如何A2B正在改變SOTA在汽車應用中的游戲規(guī)則

作者：Joe Triggs,Jagannath Rotti,Karthik Radhakrishna, andDanny Ko

抽象

空中軟件 （SOTA） 正迅速成為汽車 OEM 開發(fā)和部署的重要功能。更新模塊、支持客戶和將附加功能貨幣化的能力使掌握 SOTA 成為一個有吸引力的主張。本文討論了為什么SOTA會出現在汽車環(huán)境中，如何部署它，以及如何2B技術可用于在音頻和信息娛樂網絡中實現SOTA。

介紹

如果消費者要對其物品的軟件復雜性進行排名，那么排名靠前的是什么？他們的筆記本電腦？他們的智能手機？他們的游戲機？坐在車道上的車輛很可能比這些設備中的任何一個數量級高出一個數量級，這一事實可能會令人驚訝?，F代汽車平均有多達150個電子控制單元（ECU），運行多達1億行代碼。相比之下，F-35戰(zhàn)斗機的代碼不到2500萬行，Android操作系統的代碼不到1500萬行，谷歌瀏覽器的代碼不到1000萬行。

汽車應用中出現的大量軟件需要一種方法來管理和控制整個車輛中存在的無數軟件版本和修訂。汽車制造商（OEM）利用SOTA更新所帶來的好處包括從解決輕微的車輛問題到應對自然災害。特斯拉展示了 SOTA 更新最廣泛認可的應用之一，以應對 2017 年 9 月的颶風艾爾瑪。隨著風暴席卷美國佛羅里達州，特斯拉通過發(fā)布SOTA更新來響應客戶的要求，以解鎖其車輛的額外范圍，以幫助車主試圖從即將到來的颶風中前往安全地帶。2其他整車廠在車輛的SOTA能力方面存在差距，導致聲譽受損和消費者信心喪失。

隨著車輛電氣化和汽車自動駕駛等新興大趨勢進一步增加車輛中的ECU和代碼行數，確保車輛各個領域強大而有效的SOTA功能的重要性也在加速。

自1977年奧茲莫比爾多倫多首次使用微控制器控制火花時序以來，ECU一直是汽車領域的一部分。3軟件更新的早期實施需要從車輛上拆下ECU進行重新編程，這可能是一個耗時且勞動密集型的過程。從發(fā)動機艙中卸下發(fā)動機管理 ECU 可能很簡單。相比之下，拆卸無線電主機可能需要對儀表板、中控臺和其他裝飾進行大量拆卸。一旦從車輛上拆下，早期的ECU需要使用復雜的工具重新編程，例如釘床編程器，這些工具昂貴，復雜，偶爾會喜怒無常。這些因素結合在一起，使得向早期ECU發(fā)布軟件更新不如簡單地用另一個模塊替換單元的吸引力。

無線軟件

SOTA 是汽車行業(yè)軟件更新開發(fā)的頂點，從早期的 ECU 到當今高度網絡化、靈活的汽車基礎設施的橋梁。在車輛中原位更新ECU的能力不僅具有吸引力，而且對于汽車原始設備制造商來說也越來越重要。我們已經研究了OEM如何利用SOTA以響應迅速和敏捷的方式提供潛在的救生功能。SOTA 最明顯的用例之一是允許 OEM 在需要時解決其車輛中的關鍵軟件問題。這是一項非常強大的功能，因為它可以消除與軟件相關的車輛召回的需要，從而改善消費者的擁有體驗并降低OEM的召回成本。以受控方式應用軟件更新的能力，無需車輛前往經銷商處，為 OEM 提供了巨大的價值。

SOTA有可能簡化車輛生命周期的許多其他元素，而不僅僅是簡化軟件召回管理。SOTA可以在生產過程中使用，以確保車輛固件在汽車完成并發(fā)送運輸之前是正確的。由于車輛的運輸時間在幾天（例如，OEM國內市場）到幾周（例如，國外市場）之間變化，因此在車輛到達目的地市場時需要軟件更新的可能性很大。在交付前檢查 （PDI）、收貨港或供應經銷商處有效更新車輛 ECU 的能力可確保車輛完全按預期到達新車主手中。這對于處于生命周期早期的模型尤其有價值，這些模型可能正在頻繁進行軟件更新。

隨著OEM尋求為消費者創(chuàng)造臨時或永久解鎖其車輛附加功能的能力，SOTA可能存在更多機會。以信息娛樂系統為例;未來，OEM可以為客戶提供根據客戶需求升級車輛中運行的軟件的能力。對于日常駕駛，標準音頻配置可能足以在通勤期間收聽收音機或撥打免提電話。對于長途旅行或度假，OEM可以提供升級到高清音頻或音頻處理算法的選項，以優(yōu)化車內的聲音分布。SOTA可用于在交易發(fā)生后的幾分鐘內促進此類升級，從而為OEM提供有利可圖的額外收入來源。

SOTA 注意事項

在OEM考慮在車輛中實施SOTA之前，必須檢查幾個系統特性，例如需要多少帶寬，節(jié)點之間的傳輸如何協調以及是否需要安全性。

SOTA 解決方案提供的帶寬必須在典型軟件更新文件大小和可用于通過網絡傳輸軟件更新的時間的上下文中考慮。盡管許多軟件下載以增量格式提供，其中僅包含需要更改的軟件組件，但文件大小仍然可以在數十兆字節(jié)的范圍內。如果可用帶寬在千字節(jié)范圍內，則下載軟件更新可能需要數十分鐘，而不是在服務設置中可能更實用的分鐘或秒。

傳輸協調注意事項包括確保在網絡上可靠傳輸信息所必需的協議方面：握手、錯誤檢測和糾錯。握手是 SOTA 節(jié)點協商并確認通過鏈路傳輸數據的過程，例如，確保在傳輸下一個塊之前成功完成傳輸的每個塊。錯誤檢測是SOTA節(jié)點監(jiān)控通過鏈路傳輸的數據以識別傳輸中何時發(fā)生錯誤的過程。例如，在源節(jié)點和目標節(jié)點中計算的循環(huán)冗余校驗 （CRC） 值通常用于此類要求。糾錯是 SOTA 節(jié)點響應錯誤條件并從錯誤條件（如果可能）中恢復的過程。有幾種技術可以實現糾錯 - 從重新請求源節(jié)點到重新傳輸錯誤接收的數據塊，再到使用前向糾錯 （FEC） 等方案修復損壞的數據。

根據SOTA解決方案提供的帶寬和傳輸協調要求，可能需要在不同的網絡上實現數據傳輸和傳輸協調。汽車ECU通常具有多個通信接口（A2B， CAN， LIN， CXPI， 以太網， FlexRay， 等等）對于不同的負載，這通常不是問題。但是，如果可能的話，顯然最好在同一鏈路上同時容納數據傳輸和傳輸協調。

汽車網絡中安全漏洞的后果在很多場合都得到了強調，在這些場合中，道德黑客已經控制了車輛網絡，并展示了行使雨刮器、立體聲甚至制動等功能所涉及的風險。這些弱點可能對車輛乘員和其他道路使用者的安全造成災難性影響。原始設備制造商必須采取措施，確保在所有車載網絡上進行適當的身份驗證，以防止未經授權的節(jié)點或用戶獲得訪問。

已經提到的許多已建立的汽車網絡適用于SOTA架構，例如CAN或以太網。近年來，A2ADI公司的B已成為滿足日益復雜的音頻要求的實際選擇。與其他連接解決方案相比，擁有顯著的音頻帶寬優(yōu)勢，A2B 還提供了傳輸數據的能力，使 OEM 有機會將 SOTA 功能整合到其音頻網絡中，而無需額外的硬件要求。

一個2B 概述

一個2B是一種高帶寬、雙向數字總線，最初旨在解決汽車應用中出現的音頻分配挑戰(zhàn)?，F有的汽車音頻架構通常涉及音響主機、放大器、揚聲器和麥克風之間的多個點對點模擬連接。一個2B解決了點對點模擬連接的許多挑戰(zhàn)：電纜重量、電纜成本、布線困難以及多個連接的可靠性問題。一個2B 有助于傳輸完全同步的音頻數據（I2S/TDM/PDM） 和控制數據 （I2C/SPI）使用非屏蔽雙絞線 （UTP） 電纜和連接器基礎設施的分布式多節(jié)點音頻系統。

A 上最多支持 32 個音頻通道2上行和下行方向的 B 總線，總帶寬為 50 Mbps。一個2B 的確定性延遲小于 50 μs，使其成為對延遲敏感的應用極具吸引力的解決方案，例如主動降噪 （ANC）、道路噪聲消除 （RNC）、回聲消除和降噪 （AEC-NR） 以及波束成形 （BF）。

一個2B 支持多種不同的拓撲結構，如點對點、菊花鏈和分支，使其適用于各種汽車應用，從具有主機和麥克風模塊的入門級信息娛樂系統到更復雜的音頻系統，例如具有多個麥克風、揚聲器和加速度計的 ECU 的 RNC。

一個2B網絡由一個主節(jié)點和最多16個子節(jié)點組成，節(jié)點之間的最大電纜長度為15 m，主節(jié)點和最終子節(jié)點之間的最大電纜長度為80 m（包括分支）。主節(jié)點包含一個2連接到主機處理器的 B 收發(fā)器，可以發(fā)送音頻、控制數據和 I2C/SPI 數據到 A 上2B 音頻總線。子節(jié)點（從具有大量處理的復雜功率放大器到簡單的麥克風節(jié)點）的復雜程度各不相同，包含2B 類收發(fā)器，可連接到各種外圍設備，如麥克風、數字信號處理器 （DSP）、揚聲器、傳感器（例如加速度計）或 D 類放大器。

主節(jié)點和子節(jié)點收發(fā)器器件支持各種增值功能，如時分復用 （TDM） 和脈沖密度調制 （PDM） 麥克風輸入。A的成本降低衍生物2B 收發(fā)器具有優(yōu)化的功能集，例如端點子節(jié)點收發(fā)器（不支持 TDM）和優(yōu)化的主節(jié)點收發(fā)器（減少電纜長度，減少子節(jié)點）。

除了支持 A2B 節(jié)點，本地供電，A2B 提供總線電源，以促進具有挑戰(zhàn)性的音頻系統架構，如有源遠程調諧器和創(chuàng)新音頻功能，如支持 D 類的頭枕揚聲器。最新一代的 A2B收發(fā)器（AD243x）能夠支持標準總線功率模式（高達2.7 W）或高功率模式（高達50 W）。

從一開始就設計為汽車鏈節(jié)，A2B 具有一流的 EMI/EMC 性能，收發(fā)器中集成了幾個特定的設計考慮因素（例如，可配置的輸出功率水平），以緩解汽車一級供應商和 OEM 通常遇到的 EMC 挑戰(zhàn)。一個2B 針對全套汽車 EMC 測試進行了全面測試，例如 CISPR 25 5 類（輻射）、ISO 11452-2/ISO 11452-4/ISO 11452-9、ISO 7637-3（抗擾度）和 ISO 10605（ESD）。

通過 A 傳輸數據2B

除了支持音頻傳輸之外，A2B還有助于通過總線傳輸其他形式的數據的幾種機制。A 的基本結構之一2支持通過總線傳輸音頻和數據的 B 是超幀，該結構由多個下行和上行同步數據槽、同步控制和同步響應幀組成。同步數據槽承載I2S和TDM數據在音頻應用中，也可用于承載其他類型的數據，以滿足SOTA應用的要求。

主節(jié)點啟動超幀的傳輸，添加同步（音頻）和異步（I2C/SPI）數據在同步控制幀之后。每個子節(jié)點可以使用或使用一些下游數據，并為其他下游節(jié)點添加數據。總線上的最后一個子節(jié)點構建超幀的上游部分，每個節(jié)點在同步響應幀之后添加任何其他同步數據。每個節(jié)點都可以使用或使用上游數據。

圖2.超框架結構。

由幾代 A 支持的另一種數據傳輸機制2B 收發(fā)器是郵箱。主節(jié)點和子節(jié)點可以使用郵箱發(fā)送 I2網絡中的 C 消息 — 從主節(jié)點到子節(jié)點或從子節(jié)點到主節(jié)點。郵箱通常用于在主節(jié)點（例如，主機）中的主機和子節(jié)點（例如，放大器）中的處理器之間建立握手。

主機處理器可以通過加載所需的數據來啟動與子節(jié)點中的處理器的通信，跨2B總線，進入子節(jié)點A的郵箱寄存器2B 收發(fā)器。該 A2子節(jié)點中的 B 收發(fā)器提醒子節(jié)點中的處理器存在 I2通過中斷引腳的 C 消息。子節(jié)點中的處理器可以直接通過 I 讀取消息2C 從 A2B 收發(fā)器。子節(jié)點中的處理器可以通過將要傳輸的所需數據加載到郵箱 I 中來啟動與主節(jié)點中的主機的通信2C 寄存器中的子節(jié)點收發(fā)器。該 A2主節(jié)點中的 B 收發(fā)器提醒主機存在 I2C消息通過中斷引腳在子節(jié)點收發(fā)器中。主機然后可以選擇讀取子節(jié)點收發(fā)器郵箱寄存器中跨 A 的數據2B巴士。

第三種運輸機構，在最新一代 A 中引入2B收發(fā)器系列（AD243x）是在A的同步插槽內遠距離傳輸SPI數據2B 超幀。該 A2B 收發(fā)器 SPI 接口可用于多種不同的應用，以配置2SPI時鐘速率高達10 MHz的B收發(fā)器，可實現對子節(jié)點收發(fā)器中的寄存器和狀態(tài)信息的直接訪問，與子節(jié)點中支持SPI的外圍設備通信，甚至促進子節(jié)點之間的SPI到SPI通信，而無需主節(jié)點的參與。前幾代 A2B收發(fā)器沒有SPI接口，能夠透明地將具有SPI數據的超幀上游和下游傳遞到網絡中的其他節(jié)點。

一個2B 參考軟件

一個2B 在整個網絡中具有最低的處理要求，主控制器可以遠程執(zhí)行整個網絡的完整初始化。為了支持網絡配置和配置后與網絡的交互（例如，事件/中斷驅動、寄存器輪詢），ADI提供了全面的ISO/IEC 15504（汽車SPICE）認證軟件包。該軟件有多種變體，包括與嵌入式 C、Linux、Android 和 QNX 兼容的變體，以幫助縮短客戶的上市時間，并確保與最佳實踐收發(fā)器配置保持一致。?

除了提供用于支持A基本操作的軟件外2B、可選配軟件包，協助客戶演練跨A數據傳輸等功能2B. 軟件包可用于利用2B 功能已經討論過，如圖 3 所示。該 A2B 通信通道軟件附加組件利用 A2B 郵箱在網絡上的節(jié)點之間傳輸信息。該 A2B 數據管道軟件附加組件利用 A2B 同步插槽，用于在網絡上的節(jié)點之間傳輸信息。該 A2B 數據隧道軟件附加組件利用 A2B SPI數據遠距離傳輸網絡上節(jié)點之間的信息。

圖3.A 的相關性2B 用于數據傳輸的硬件和軟件功能。

A的組合2帶有通信通道軟件附加組件的 B 郵箱功能以高達 15 kbps 的速率提供數據吞吐量。雖然郵箱功能對診斷等應用程序很有用，但對于帶寬密集型應用程序（如 SOTA）來說，吞吐量不足。

A的組合2帶有數據管道軟件附加組件的 B 同步插槽能夠以超過 1 Mbps 的速率提供數據吞吐量。這為 SOTA 應用提供了更具吸引力的通信速度，例如，在 20 秒內傳輸 20 Mb 文件。遠距離 SPI 數據與 A 的組合2B 數據隧道軟件附加組件能夠以超過 16 Mbps 的速率提供數據吞吐量。這在 A 上產生了最快的數據通信速度2B 總線 — 例如，在 7 秒內傳輸 100 Mb 文件。

一個2B 工具

一個2B還通過ADI公司業(yè)界認可的算法和網絡設計工具SigmaStudio提供支持。SigmaStudio支持A的各個方面?2B 設計導入流程 — 通過拖放 A 進行網絡設計2B節(jié)點及輔助設備、節(jié)點配置、誤碼率分析、帶寬計算、功耗計算。SigmaStudio組合提供的數據并生成.c和.h文件，以集成到客戶應用軟件中。

測試設備是任何汽車技術的重要生態(tài)系統元素，并且2B也不例外。ADI公司將加入其他值得信賴的測試設備供應商的行列，這些測試設備供應商已經提供2具有全功能 A 的 B 分析儀和監(jiān)測儀2B總線分析儀專為支持新型AD243x產品系列的所有特性而開發(fā)。

一個2B 分析器可以模擬 A 中的主節(jié)點或子節(jié)點2B 網絡。這在設計和原型化 A 時有所幫助2B 網絡。一個2B 監(jiān)視器用作 A 上的被動監(jiān)視節(jié)點2B 網絡，觀察 A2B音頻和數據通過節(jié)點，同時支持音頻的輸入和輸出。這些工具有助于縮短上市時間并為客戶降低設計復雜性。它們還加速了在 A 的所有階段中觀察到的任何問題的調試和調查2B 設計導入。

一個2B 擁有多個第三方設計服務合作伙伴，在引入 A 方面有著良好的記錄2B設計推向市場。這些合作伙伴提供一系列服務，從現成的硬件模塊到定制的硬件設計和軟件設計支持。

AD243x系列的四種通用器件推薦用于汽車應用，概述見表1。

該 A2通過ADI公司的一系列產品評估板支持B音頻總線，這些產品評估板涵蓋A的各種通用器件2B 收發(fā)器。這些板由其他幾個 A 補充2由一系列第三方設計服務提供的 B 板。

總結

一個2B被廣泛認為是汽車市場中音頻網絡的實際選擇。無論系統涉及音頻分配還是聲學功能（例如道路降噪或降噪），A 提供的眾多優(yōu)勢2B，如低延遲和出色的EMC性能，是眾所周知和理解的。該 A2B產品組合還具有在同一網絡上傳輸非音頻數據的能力，為系統設計人員提供了幾個新選擇，包括能夠輕松有效地支持音頻網絡上的SOTA。

審核編輯：郭婷