華為iDVP智能汽車數字底座的結構與預期功能

在汽車產業(yè)向智能化轉型的過程中，汽車的開發(fā)模式、消費者對車的認知，以及汽車銷售的商業(yè)模式都在發(fā)生著顛覆性的改變。傳統(tǒng)的電子電氣架構已經越來越無法適應現如今消費者對汽車智能化的要求。 ?

工程師在傳統(tǒng)電子電氣架構上開發(fā)新功能時，耗時長且迭代難，此外，工程師在開發(fā)時還需要考慮種種限制條件并且要針對不同車型做定制化開發(fā)。 ?



△傳統(tǒng)電子電氣架構的痛點 ?

為避免上述問題，越來越多的車企傾向于選擇區(qū)域接入+中央計算的SOA架構。華為在這次上海車展前夕發(fā)布的iDVP智能數字底座，便是這樣一套滿足區(qū)域接入+中央計算標準的SOA架構。 ? ?

1.?華為iDVP智能汽車數字底座的結構與預期功能 ?

?在底盤等機械硬件之上，華為將整車分為幾個層次，從下往上依次為硬件平臺、軟件平臺、應用生態(tài)以及車云，如上圖所示。 ?

iDVP包含硬件平臺和軟件平臺兩部分，其中，硬件平臺是指計算與通信架構基礎硬件平臺，軟件平臺又分為操作系統(tǒng)、基礎管理框架以及SOA軟件框架。為方便用戶在iDVP上開發(fā)軟件，華為還開發(fā)了配套的工具鏈，如下圖所示： ?

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△iDVP結構示意圖 ?

1.1 計算與通信架構硬件平臺 ? ?

計算和通信架構平臺負責設計車輛的計算和通信方式，目前主要包括星型組網和以太環(huán)網，如下圖所示： ?



△?通信架構示意圖 ?

VDC代表智能車控域控制器，MDC代表智能駕駛域控制器，CDC代表智能座艙域控制器。域控制器可以通過VIU連接到傳感器和執(zhí)行器。 ?

在星型組網中，VDC通過以太網和分布于車身的VIU相連，從而控制車身上的傳感器和執(zhí)行器，MDC和CDC通過連接VDC來控制傳感器和執(zhí)行器。 ?

在以太環(huán)網中，各個域控制器和VIU均通過以太網有直接的連接，并且VIU可以組成一個環(huán)狀網絡，某一段網絡斷掉時還有備份路線，通信的可靠性和安全性更能得到保障。 ?

1.2 操作系統(tǒng) ? ?

操作系統(tǒng)包括VOS和AOS。 ?

VOS：智能車控操作系統(tǒng)，可以支持存量應用平滑地從CP向AP遷移，并且可以在多核部署的同時保證應用對多核無感知，還支持數字孿生和整車OTA。 ?

AOS：智能駕駛操作系統(tǒng)，支持車規(guī)級安全，具備豐富的AI原生開發(fā)庫，可以提高模型化仿真、驗證、智能駕駛開發(fā)的效率。 ?

1.3 SOA軟件框架 ? ?

SOA軟件框架包括了設備抽象層和原子服務層，方便用戶在iDVP上開發(fā)軟件。 ?

根據4月16日華為智能汽車解決方案發(fā)布會上的信息，華為的SOA架構涵蓋了車身域、動力域、底盤域、智能駕駛域，以及熱管理域，相關的應用均可以在SOA架構下實現。 ?

1.3.1 設備抽象層 ?

據華為方面的設計理念，設備抽象層對傳感器、執(zhí)行器、Legacy ECU 等硬件資源進行抽象，通過API向上為服務提供設備訪問接口，屏蔽設備功能實現差異（硬件差異&廠家差異），減少定制化與重復勞動。工程師在開發(fā)相關功能時，不用考慮硬件設備的電氣參數差異，直接調用相應接口即可。 ?

例如，當工程師需要調用電機時，只需要輸入“轉動方向”，“轉速”的參數，然后調用電機的接口就可以實現對電機的控制，而無需了解及考慮電機的控制電氣信號差異性。 ?

根據4月16日華為智能汽車解決方案發(fā)布會上的信息，目前，華為已經開發(fā)了符合中汽協(xié)SDV標準的300+個設備抽象API。設備抽象服務涵蓋了車身域、熱管理域、動力域、底盤域等，而可以提供抽象服務的設備包括了電機、按鈕開關、繼電器、車燈、溫度傳感器等各類執(zhí)行器和傳感器。

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△SDV設備抽象API ?

1.3.2?原子服務 ?

原子服務將硬件設備的基礎動作封裝成API，從而給上層應用提供最基本的操作單元。如此一來，硬件設備和軟件端口就可以實現解耦。例如，調整車窗的車窗開度，打開車窗，關閉車窗，停止開啟或關閉車窗，在原子服務里都會根據基礎操作封裝成一個個接口。 ?

根據4月16日華為智能汽車解決方案發(fā)布會上的信息，目前，華為已經開發(fā)了符合中汽協(xié)SDV標準的400+個原子服務API，服務涵蓋了車身控制、交互域、運動控制、能量管理、智能駕駛域等各個方面，包括了車門服務、霧燈服務、通風服務、座艙溫控等各類服務，方便工程師在開發(fā)軟件時調用。

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△SDV原子服務 ?

1.4 基礎管理框架 ? ?

基礎管理框架主要負責分布式通信、整車OTA、功能安全、診斷等基本功能。 ?

1.5 工具鏈 ? ?

工具鏈可以提供車輛軟件開發(fā)過程中的工具，匹配軟件開發(fā)工作流程。 ?

按照工作流程，工具鏈產品可分為：整車級架構設計工具——包括iDVP API服務定義庫、iDVP SWC工程庫、iDVP網絡拓撲庫等，主要用于整車級的服務化設計；然后是模型化開發(fā)工具——包括iDVP底軟配置工具包、iDVP行為模型庫等，主要用于模型化開發(fā)與配置；最后是數字底座仿真器——包括時序分析工具等，主要用于整車級的服務化驗證。 ?

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△iDVP工具鏈 ?

2.?iDVP的優(yōu)勢 ?

在4月16日的華為智能汽車解決方案發(fā)布會上，iDVP被稱為是軟件定義汽車的“黑土地”，在軟件定義汽車時代，iDVP可以大幅提升軟件開發(fā)的效率，平衡用戶體驗的基礎一致性和個性化。那么，iDVP有哪些優(yōu)勢呢？ ?

2.1 區(qū)域接入+中央控制架構，提升架構靈活性 ? ?

iDVP采用區(qū)域接入+中央控制的架構。在這樣的架構下，整車ECU可以減少20～30個，節(jié)省約50w的功耗。 ?



△iDVP典型架構 ?

如上圖所示，車輛上一般會部署VIU，車上的傳感器和執(zhí)行器會連接到VIU上，然后域控制器就可以通過VIU對傳感器和執(zhí)行器進行統(tǒng)一控制。 ?

在區(qū)域接入+中央控制的架構下，OTA較為簡單。相比于在分散的ECU式架構下，在iDVP架構下，整車OTA可以節(jié)省約50%的時間。 ?

而且，中央控制之后，車內的空氣質量、溫度等信息都可以通過傳感器傳到車身域控制器，然后進行集中控制。集中控制的好處是跨域的應用會變得非常容易，?如果某個應用既包括了熱管理系統(tǒng)也包括了車身域，我們不會被跨域調用困擾。 ?

另外，iDVP對執(zhí)行器和傳感器采取就近接入和二次智能配電的方式，可以節(jié)省20～30%的線束，有助于車身減重。 ?

同時，iDVP引入高速以太環(huán)網，能夠把百兆級的網絡提升到千兆級，提高數據傳輸效率。 ? 除此之外，有了合理的分層方式，SOA服務化的標準接口，整車軟件的復雜度大大降低，各個軟件的開發(fā)模塊單元可以分工協(xié)作，軟件迭代的速度快，質量也更容易得到保障。 ?

2.2 軟硬解耦，方便擴展，開發(fā)效率提高 ? ?

iDVP將汽車的電子電氣架構按照層次分類，實現軟件和硬件的解耦，提高了開發(fā)效率。 ?

分層之后，各個分支的軟硬件之間的耦合性大大降低，工程師不用擔心“牽一發(fā)而動全身”的問題。未來不管硬件如何改變，都不會影響到軟件，每個層之間沒有必然聯(lián)系，任何一個層的變化只會影響相鄰層，不會影響不直接相鄰的層。 ? 軟硬解耦之后，工程師只要對硬件做好適配工作，就可以很方便地調用這個硬件，然后做應用開發(fā)。甚至于，假如硬件廠商按照中汽協(xié)SDV工作組的標準接口的要求做好硬件的標準化，屆時，廠商生產出的硬件就可以直接接入iDVP的架構，而無需再做適配。 ?

華為在設計原子服務層和設備抽象層時，遵循中汽協(xié)SDV標準規(guī)范定義，這樣可以適應更多廠商的開發(fā)習慣，方便不同的硬件設備廠商接入。 ? 假如軟件供應商按照SDV標準來開發(fā)軟件或者硬件設備生產商按照SDV標準來生產硬件，可以省去很多適配工作。 ?

在實踐中，工程師需要實現新功能或更改某個功能時，基本只需要在應用服務層對原子服務做一些組合或者對組合的方式做一些更改，偶爾需要兼顧一下硬件適配的問題，而無需改變原子服務之上的架構。 ?

在傳統(tǒng)的基于信號開發(fā)的架構下，假如車企希望將座椅從a型號更換成b型號，那么一系列的架構都需要相應地改變，包括通信矩陣、接口等，而在iDVP平臺下，工程師只需要在設備抽象層做一些適配就可以完成座椅更換工作。 ?

此外，iDVP架構是跨車型適用的，基礎應用在不同車型上的復用率較高。 ?

對于不同車型的可以采用相同的電子電氣架構，差異主要在于硬件配置以及應用服務，更上層的設備抽象、原子服務、基礎軟件等幾乎沒有差異，因此工程師可以復用已開發(fā)好的基礎應用，那么開發(fā)的工作量就可以大大節(jié)省。 ?

假如一個車企在同時開發(fā)多款車型，在車型a的開發(fā)中，它已經實現了一些設備抽象和原子服務，那么在車型b的開發(fā)中，這些設備抽象和原子服務都可以直接復用，已經開發(fā)好的功能也可以復用，額外的工作量主要來自于硬件的適配以及新功能的開發(fā)。 ? 采用iDVP的開發(fā)方式，車企可以把新功能的開發(fā)周期從幾個月甚至一年縮短到一個月。 ?

2.3 數據通信網絡可靠性高、性能好 ? ?

根據4月16日華為智能汽車解決方案發(fā)布上的信息，借用華為過去30年的ICT的通信經驗，iDVP智能汽車數字底座基于全自研的高可靠的以太協(xié)議棧，可以實現數據的全速率可靠傳輸，且數據傳輸過程中沒有丟包、震蕩、擁堵等問題。傳統(tǒng)以太協(xié)議棧在車上應用時可能出現的啟動慢、抖動時間長導致網絡擁塞等諸多問題，在華為自研的以太協(xié)議棧上可以得到明顯的改善。 ?

此外，業(yè)務調度引擎可以保證通信處理數據低至30us的穩(wěn)定時延。 ? 基于高性能的通信引擎，iDVP可以基于業(yè)務需求靈活分配系統(tǒng)的算力資源，來保障系統(tǒng)的性能。 ?

2.4 車控功能安全可靠 ? ?

車控功能的安全主要依賴于架構的可靠性以及網絡安全。 ?

2.4.1 環(huán)網倒換和最小系統(tǒng)保障架構可靠 ?

華為推薦用戶將VIU的通信鏈路設計成環(huán)網模式，有利于保障通信鏈路的安全，因為環(huán)網比較容易快速倒換。 ?

正常情況下，數據在通信網絡中順時針傳輸，假設某段網絡突然斷掉，在這段網絡斷掉后，系統(tǒng)可以立馬檢測到故障（一般來說是20毫秒內），然后數據可以很快變成逆時針傳輸。如此一來，正常的通信仍然可以得到保障，而且不會丟包。 ?

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△通信鏈路示意圖 ?

VDC和一個VIU可以組成一個最小系統(tǒng)，也就是說VIU上備份了與之連接的VDC的最基本的行車安全功能。 ?

假如行車過程中出現一些故障，例如通信線路斷掉、突然斷電、車輛物理受損等，那么VDC無法給VIU發(fā)送指令。此時，VIU可以在幾十毫秒內把最基本的行車和安全相關的內容接管過來，保證車以一定的時速平穩(wěn)運行，駕駛員可以選擇靠邊停車，或者以一定的時速將車開到維修點。 ?

另外，iDVP采用了二級配電的方式，并且用cmos取代了傳感器的保險絲和繼電器。傳統(tǒng)情況下，當電路過載或者短路時，保險絲會熔斷，此時工程師只能更換保險絲來使得車輛恢復正常狀態(tài)，而采用cmos后，當電流電壓恢復平穩(wěn)以后，線路會自動復原，不需要手工維護。 ?

此外，采用cmos后，故障診斷的時間大幅縮短，保險絲的診斷時間一般是毫秒級甚至是秒級。當電流突然變大時，保險絲不會馬上燒掉，而是會在高電流狀態(tài)持續(xù)一段時間，溫度達到一定高度之后才會燒掉。而cmos方案下，只要電流超過了一定范圍，相應線路就會自動斷開，從而保護其他電流正常的線路，而且這個反應時間是微妙級的。 ?

2.4.2 網絡安全 ?

針對網絡安全，iDVP也有相應的對策。 ?

iDVP有三層防御能力，針對車外網絡，iDVP通過設備認證，安全服務，安全協(xié)議等技術，防止黑客從車云批量攻擊車輛，提升遠程操控指令操作的安全性；針對車內網絡，iDVP有車載信任環(huán)，防止假冒件/水貨接入車內網絡后觸發(fā)錯誤行車動作，規(guī)避駕駛安全隱患；針對車身部件，iDVP采用一車一授權的方式，確保車身部件都是正版，實行部件級的安全啟動和升級。 ?

3.?華為與客戶的合作模式 ?

有了iDVP的平臺，車企可以聚焦于和用戶體驗直接相關的應用層，迅速開發(fā)新功能，滿足用戶對智能化的需求，在軟件定義汽車時代更好地服務用戶。 ?

那在實踐中，車企等客戶如何與華為合作，讓iDVP給自己賦能呢？ ?

車企可以采用平臺模式——華為提供基礎管理軟件和設備抽象，車企自己開發(fā)原子服務和應用軟件；也可以采用共創(chuàng)模式——華為提供基礎管理軟件和設備抽象，車企和第三方共同開發(fā)原子服務和應用軟件；或者直接采用全棧交付模式——華為提供包括基礎管理軟件、設備抽象、原子服務、應用軟件等全套服務。如下圖所示： ?

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△合作模式 ?

車企具體選擇那種方案主要基于自身的特點及需求，而且也不局限于上述三種方式。? ?

除了靈活地選擇合作模式，客戶還可以按需靈活選擇配套工具。華為提供了全套的工具鏈，客戶可以采用全套工具，也可以采用一部分工具。當前，華為跟業(yè)界主流的工具都已做了格式匹配。 ?

4.結語 ?

根據華為在4月16日的發(fā)布會上釋放的信息，華為iDVP智能汽車數字平臺已經正式進入商用階段，今年下半年就會有兩家車企的五款車型正式SOP上市。? ?





審核編輯：劉清