前言：
前段时间陆续写了一些与电子电气架构相关的文章。在这里，我打算写最后一篇作为结尾，结束整个系列，填坑。这个话题就过去了。在接下来的一段时间里，试着填上之前文章挖的坑。写作逻辑将从5中学习W2H进行。
此外，本文作为一篇综合性文章，为了保证逻辑的完整性，主要是整理和整合过去文章中的大量内容。业内专家也有很多公开文章。请原谅我。
WHAT1：什么是汽车电子电气架构？
电子电气架构：EEA，Electrical/Electronic Architecture
根据百度百科全书的解释：汽车电子电气架构是集汽车电子电气系统原理设计、中央电气盒设计、连接器设计、电子电气分配系统设计为一体的汽车电子电气解决方案的概念(DELPHI)首先提出。具体来说，在功能需求、法规和设计要求的具体约束下，通过对功能、性能、成本和组装的分析，将动力总成、传动系统、信息娱乐系统等信息转化为实际电源分配的物理布局、信号网络、数据网络、诊断和电源管理（如图1所示）。
图1 车辆电子电气架构和功能域
EEA不仅常用于汽车，还广泛应用于航电系统、工业自动化、国防系统等控制系统。
EEA开发包括需求定义、逻辑功能架构设计、软件/服务架构设计、硬件架构设计、线束设计等不同层次的开发活动，如图2和图3所示。
图2 基于PREEvision的EEA开发模式
图3 基于PREEvision的EEA设计
2.WHY：电子电气架构演变的基本驱动力（Motviation）是什么？
答：人类生产生活重心的转移和客户预期的变化
随着移动互联网在消费者生活领域的广泛渗透，人们的生活习惯和价值取向开始转移。随着互联网的快速发展，特别是移动互联网，人类的生产和生活重点逐渐转移到虚拟的博客空间(Cyberspace)中。特别是在苹果在2007年创建了智能手机等便携式智能终端后，无论是在线购物、在线娱乐、在线社交网络、移动支付、在线咨询、在线政府事务、在线办公、在线教育等生产和生活活动，都逐渐转移到博客空间。未来，更多的人将被转化为网民，更多的人将在赛博空间生活。
在人类生产生活逐渐转移到赛博空间的过程中，也会对PC、消费电子产品的使用习惯和偏好，如平板电脑、手机或其他智能终端，转移到其他人类生产和生活工具上。一旦有了其他工具PC、平板电脑或手机的相应特点将形成市场需求，因为人类有另一个智能终端可以连接到博客空间，熟悉和方便的互联网应用程序可以在新工具和设备上运行，方便生活，提高生产效率。
汽车驾驶自动化(Drving Automatization)趋势已经出现很久了。了解下Global OEM的Demo项目，甚至上知网搜索相关论文，都会发现ADAS这是一项多么古老的技术，远早于近几年的人工智能热潮。但是，随着特斯拉Model S、Model X一系列车型的推出，让人们智能化汽车(Intelligence)有了新的期待。仔细品一下Automatization和Intelligence我个人认为这两个词的含义仍然存在Intelligence含义更丰富。因此，智能汽车不仅包括驾驶自动化，还包括数字化和信息化趋势，如智能网络、智能交互（以及后续的智能驾驶舱）。
由于特斯拉和其他新玩家的创新车型的推出，人们开始对汽车有以下强烈的期望（图4），即智能汽车。所谓的智能汽车，基本上是标记手机，PC这种数字化/信息化的半导体设备去了。
图4 智能汽车四轮大型智能手机
由于人们的需求是智能汽车，具有智能汽车特征的车型将有更多的市场需求，客户更愿意付费。那么，智能汽车的核心智能功能是什么呢？根据汽车智能化的趋势(即CASE，Connected互联、Autonomous自动、Sharing共享、Electric智能驾驶、智能驾驶舱、智能网络应该是终端用户期待的功能。与以往的汽车电子功能相比，上述功能的复杂性大大提高。为了实现上述复杂功能，我们需要软件SOA架构，我们需要基于服务的通信，我们需要满足汽车规则RTOS(实时操作系统)FOTA总之，我们需要一辆能够用软件定义功能的软硬件解耦汽车。这需要一个很大的前提——集中EEA。为什么会这样？
先粗略分析。首先，看看当前的整车EEA现状：a) 电子单元：许多分散的操作&控制单元；b) 电气单元：发动机、伺服电机、电磁阀等； c) 执行机构：机械、液压、阀门机构... 换句话说，目前的汽车只是一个相对精密的机电一体化设备（Mechatronics，隶属于控制工程范畴，还需进一步电气化），半导体设备不是数字化/信息化（ICT类别)，离智能手机有点远。但是消费者目前想要的是一台像手机一样的车（智能终端、电子设备）。但消费者目前想要的是像手机这样的汽车（智能终端和电子设备）。我们如何将汽车转变为大型电子设备？答案是继续提高电气化程度，即电子电气架构从分布式发展到集中式，直到形成真正的车载中央计算机。下一步分为两个具体维度：
2.2.1 车辆设计/制造维度
从整车的设计/制造维度来看，如果汽车继续按照当前的分布式结构发展，更不用说计算能力是否满足了，仅在车辆的物理安装空间上就会出现问题。可能会导致布局更加困难ECU和更多的线束；更多ECU而且线束较多，必然导致组装困难，只能继续依靠人工。伊隆马斯克也曾为过度依赖自动化产线而焦头烂额，之后也曾发誓要对汽车进行“线束革命”，说明过多复杂线束和过多ECU安装会严重影响生产线的高度自动化。集中式电子电气架构可以逐渐平静下来ECU以及线束的增长趋势，即使在到达某个时间节点后，也能促进大幅减少ECU减少和线束的用量EEA网络拓的复杂性。倘若确实能够减少ECU电子电气系统的重量和线束的数量也可以降低，这也有助于整车的轻量化设计目标。
电子电气架构的集中意味着单个ECU以及多个扩容ECU合并。换句话说，ECU计算能力越来越大，需要控制功耗/成本。结论是什么？车载需要大、高计算能力、小工艺(意味着低功耗)SOC芯片。为什么要用SOC芯片？控制器不可行，因为堆放大量计算能力低的芯片；芯片多，集成度低，PCB板和域控制器太大，布置不好(想象一下Demo车的后备箱装满了工控机的场景)，功耗和成本也很高。总之，高度集成化是刚需，SOC芯片可以更好地解决这个问题。芯片玩家疯狂扩大SOC规模(从英伟达Xavier和ORIN，到特斯拉FSD芯片，甚至Mobileye提供EyeQ5开放方案)也是为了解决这个痛点。所谓规模，本质上是指计算能力，DMIPS/TFLOPS/TOPS足够高。
有了强大而趁手的芯片，就可以存出来满足集中要求ECU是的。不管是叫什么DCU(域控制器)，还是HPC(高性能计算机)，甚至VCC(车载中央计算机)只是一个表征ECU规模有多大。
综上所述，从整车维度来看，大型SOC芯片(以及基于大型的芯片SOC芯片构建的大型域控制器/高性能计算机)和先进线束集中EEA关键基础技术。
2.2.2 价格/成本维度
无论是什么产品，在价格/成本的竞争中，基本上意味着没有太大的创新。因为创新是有代价的，创新是一件非常昂贵的事情，我相信集中EEA也将遵循发展常识。最开始是功能导向，为了实现某些关键功能的落地而不惜代价，价格/因素会较少考虑；然后是性价比导向，关键功能实现了，为了体现性价比，就会把手伸到“别人的地盘”，即几个大型ECU吸收其他特殊小型ECU功能(小ECU将整个系统的成本从车上杀死)，通过集成更多功能来保持虽然贵，但功能强大的性价比优势；最后是成本导向，大规模ECU的功能scope确定了、“扩张边界”也确定了，就得比价格/成本了。然后不断循环上述逻辑。
目前的智能驾驶领域，在L0-L因为这个层次的各个层次都比较成熟，所以已经比较成熟了ADAS功能相对确定，边界已经清晰，开始玩性价比牌和赤裸裸的价格牌也就不足为奇了。L2 到L如果3还在竞争功能，那么价格因素可以妥协(当然不能无限妥协，毕竟产品归根结底就是做生意，钱永远是最重要的)。
简而言之，如果智能驾驶和智能驾驶舱的复杂功能被视为必须实现的既定事实，则应集中EEA还是省钱。因为，即使假设分布式EEA复杂的功能可以从技术角度实现，成本会很高。
以上也可以作为量产回答作者ADAS/AD技术人员，为什么要注意整车电子电气架构的演变？因为要注意EEA本质上，前装量产高级自动驾驶功能的落地节奏，以及汽车数字化、软件化的推广节奏！
3 HOW：如何实现集中化EEA，如何发展（Roadmap）？
根据下图的描述，一般来说，EEA从分布式到中央集中式需要三个阶段，即分布式-域集中-中央集中。
图5 电子电气架构演变的三个阶段
4 WHAT2:什么是集中式？EEA？常见的类型有哪些？
4.1 三域EEA（域集中式EEA）
顾名思义，三域是指车辆控制、智能驾驶和智能驾驶舱。其中，车辆控制域基本整合了传统的车辆域，如原动力域、底盘域和车身域（整合更多的是系统层面的概念，不一定是硬件层面的整合，所以这并不意味着该域的其他部分ECU它不存在或减少）；智能驾驶领域和智能驾驶舱领域专注于实现汽车的智能化和网络化。车辆控域控制器主要涉及4类零件（VDC，Vehicle Domain Controller）、智能驾驶域控制器（ADC，ADAS\AD Domain Controller）、智能驾驶舱域控制器（CDC，Cockpit Domain Controller）以及几个高性能网关，其中：
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VDC作为Private DCU，负责整车制，实时性安全性要求高；
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ADC作为Public DCU，负责自动驾驶相关感知、规划、决策相关功能的实现；
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CDC作为Public DCU，负责HMI交互和智能座舱相关（甚至整合T-Box）功能的实现；
三域EEA算是非常彻底的域集中式EEA。
三域EEA常见的实践包括：
4.1.1 大众MEB平台的E3架构
大众的MEB平台（首款车ID3）的E3架构，即由3个车辆应用服务器（ICAS，即In-Car Application Server）组成的域集中式EEA，具体包括：车辆控制服务器ICAS1、智能驾驶服务器ICAS2和信息娱乐服务器ICAS3（如图6所示）。通过ICAS这种大型域控制器，逐步得将本域的其他ECU的软件功能（如智能传感器Smart Sensor的一些功能Applications，以及基础软件Basic Services）逐步向ICAS中转移，直到其他ECU（本域的传感器和执行系统）慢慢被合并。
图6 大众MEB平台的E3架构示意图
E3的骨干网采用车载以太网实现，如下图所示。由图可知，车控域控制器需要更多DMIPS算力，因此除了提供MCU（Micro Controller Unit）外，还有一个多核ARM作为MPU（Micro Processor Unit）。ICAS1作为Conti提供的方案，不知道这颗MPU会采用谁家的芯片。
图7 E3架构中车控域控制器（ICAS1）与智能座舱域控制器（ICAS3）的连接示意图
4.1.2 宝马iNEXT车型的三域架构
宝马iNEXT车型的EEA也包括3个域控制器，分别是BDC（body Domain Controller，对应VDC），SAS（即ADC）以及MGU（Media Graphics Unit，对应CDC）。
宝马ADC的hPAD版本，主要由 1xMCU（TC397）+ 2xCPU（Intel Denveton）+ 2xSOC（Mobileye EyeQ5，1个软硬件一体，1个开放）。
宝马ADC的uPAD版本，主要由 1xMCU + 1xCPU（Intel Xeon）+ 3xSOC（Mobileye EyeQ5，1个软硬件一体，2个开放）。
4.1.3 华为的CC架构
华为的“计算+通信”架构（CC架构）比较特殊，把智能网联也囊括了，应该是IOT视角的中心计算（云）+通信（管）+边缘计算（端）这种思路。从华为的视角，所有业务都分为“云”、“管”、“端”；把端做多做大了，就像往悬崖对面拉了更多的锁链，桥梁（华为的“管”，一端是5G基站、路测单元等设备，另一端是类似T-Box等设备）就更结实稳固了。手机、汽车、智能家居（华为的智慧屏），都属于各种“端”。而华为的汽车三域架构，也属于“端”（车端）的范畴。因此车端的EE架构算是CC架构包含的一个“小架构”，也是VDC、ADC、CDC和网关等部件组成，而且把T-box也作为。另外，华为将ADC叫做MDC（大名鼎鼎的“移动数据中心”，Mobile Data Center）。
图8 华为CC架构
4.1.4 伟世通的三域EEA方案
伟世通的三域EEA方案（概念），也是三个域控制器，Body Super Core即为VDC，ADAS Super Core即为ADC，Cockpit Super Core即为CDC。
图9 伟世通的三域EEA方案
4.2 Zonal EEA（中央集中式EEA）
Zonal EEA有几个关键组成，即车载中央计算机（VCC，Vehicle Central Computer）、区控制器（ZCU，Zonal ECU）、环形链接的以太网TSN组成的主干网及CAN/LIN/10BaseT1s区内网、双电源冗余供电及区域内智能分级供电。
图10 Zonal EEA示意图
简单讲，分布式架构就是“计算的分布式，供电的集中式”；而Zonal EEA就是“供电的分布式，计算的集中式”，正好反过来。Zonal EEA不仅能将计算资源集中，便于软硬件分离；也给整车各个控制器的电源管理带来很多想象力。
4.2.1 车载中央计算机（VCC）
定位：VCC在车辆中的定位是中央计算机，核心定位是实现智能驾驶和智能座舱相关的业务逻辑；并且具备网联功能，连接车端（边缘侧）和云端。VCC的操作系统的可能实现形式，比如会是Classic AUTOSAR、Adaptive AUTOSAR（POSIX OS）和Linux（如图11所示）。Classic AUTOSAR覆盖安全性和高实时性需求，Adaptive AUTOSAR覆盖灵活的安全性需求，Linux只需要QM。
图11 博世对于车载中央计算机OS的一些见解
架构：VCC这种中央计算机的软件架构，可能会是基于Adaptive AUTOSAR的SOA（面向服务的架构）；硬件架构，可能会是多颗大型SOC芯片，甚至会有专用SOC搭配（例如纯粹的AI加速核）；芯片间通信，可能会是以太网或PCIe。
算力：DMIPS算力至少250k，可能需要500k；TOPS(int8)算力至少600；若车路协同落地，TOPS算力可能会往云端转移，例如车端至少300+云端AI算力。
接口支持：支持Automotive Ethernet，以及Fast Ethernet (OBD)。
VCC整体特点的总结：可扩展的计算能力，可升级的软件能力。
4.2.2 区控制器（ZCU）
定位：ZCU主要充当网关、交换机和智能接线盒的角色；提供并分配数据和电力，并实现车辆特定区域的feature，如图12所示。
图12 区控制器的一种设计方案
具体来讲：
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关于数据分发：1.支持任何类型的传感器、执行器和Display（显示器）的接口；2.区域内，区控制器与低阶的ECU通信时，有可能会用10BaseT1s（无屏蔽双绞线以太网1）代替其他的通信方式，比如CAN、FlexRay等；因此，也会充当IP-based设备（以太网通信设备）与骨干网（车载中央计算机与区控制器级之间的以太网通信）之间的交换机角色；当然，如果区域内的通信不完全被10BaseT1s以太网替代时（有CAN、LIN等通信存在），还会充当传统设备的网关；3.关于TSN主干网（以太网），要具备高带宽和实时通信，同时保证可靠性和fail-operational特性；4.eSwitch/eFuse功能；
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关于分级配电（供电）：1.一级配电网络，双电源（冗余）将电力输送到区控制器；2.二级配电网络，区控制器负责将电力继续向下输送到底层控制器，因此区控制器需要具备eFuse/高边power distribution功能；
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关于车辆特定区域的feature实现：区控制器会配置ASIL等级高的MCU来实现车辆区域的各种基本功能。同时保证系统功能安全。
接口支持：
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车载以太网：10BaseT1s/100BaseT1/1000BaseT1；
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I2C/I3C/CSI/DSI/I2S；
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PCIe/GMSL/FPDLink
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LIN/CAN/CANFD/PSI5/UART/SPI
ZCU除了以上基本特性外，可能也会涉及到一些变迁，比如逐步“吸收”区内其他ECU的功能。第一阶段，可能是相对通用化的ZCU，采用标准化软件模块，兼容现有ECU网络（CAN/LIN/FlaxRay）；作为数据转发设备，将区内的功能在服务层面就行抽象；第二个阶段，会以降低区内ECU数量为目的，整合其他ECU功能，并将控制I/O虚拟化。可能带来的影响：ZCU的对于计算需求增大，MCU难以满足算力需求，可能还需要增加MPU（增加纯DMIPS算力的SOC，比如Denverton甚至Xeon）来满足算力需求。
图13 ZCU与区内其他传感器与执行器之间的配合关系（区内架构图）
具体的变迁方式，如下图所示。
图14 区控制器的“扩张”和功能的集中化趋势
4.2.3 基于Zonal EEA的通信架构
Zonal EEA的通信主要包括主干网（1000BaseT1）和区内网（10BaseT1s/100BaseT1/CAN/ CANFD/FlexRay）。
其中，主干网主要采用千兆车载以太网，用于连接VCC和ZCU，实现面向服务的通信（Service-Oriented Communication）；要实现的通信协议有：SOME/IP（IP中间件）、DoIP（IP诊断）、UDPNM（基于UDP的网络管理）、TSN（802.1Qbv/CB/Qbu /Qch/Qci...，即车载时间敏感网络）、XCP（标定测量）等。另外，针对信息娱乐和网联服务，还需要实现HTTP。
区内网则主要是实现面向信号&PDU的通信（Signal-Oriented Communication），带宽在500k（CAN）、2M（CANFD）、10M（10BaseT1s）和100M（100BaseT1）不等。未来的趋势，可能会逐步被10BaseT1s取代（伴随着上文提到的功能集中化趋势）。
实现SOA需要面向服务的通信。基于HTTP及SOME/IP(车载)的以太网通信，能够提供更高的带宽及灵活性；同时可以尽最大可能地使用下图（图15）的通信栈中的协议和标准，简化车载通信类型。
图15 面向服务的通信常见协议
4.2.4 基于Zonal EEA的SOA软件架构
SOA架构，具备什么优点呢？根据大众软件定义汽车材料的描述，有以下优点：
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基于服务发现&订阅发布模式的动态绑定特性
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基于REST的数据表征（统一接口，无状态stateless，关注点分离separation of concerns）
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接口的前后兼容性
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软件可更新性（Updateability）、软件可移植性（Portability）、组件可重用性（Reusability）、硬件可升级性（Upgradeability）
图16 在VCC和ZCU上实现SOA
具体地，车载中央计算机（VCC）中基于多芯片的软件部署架构，也将会是SOA架构，如图17所示。
图17 SOA在VCC中的实现
4.2.5 Zonal EEA的一些优势
伊隆马斯克曾高调宣称：Model Y线束长度减少到100米。想要达到这个目标的实际难度是很大的，但是这种提法的理论依据确实还是很充分的。
图18是博世建立的一个理论模型，对不设置区控制器（左边）和设置了区控制器（右边）的线束长度对比。很明显，所有外围ECU直连车载中央计算机，线束只多不少，线束拓扑非常不合理；只有设置了相应的区控制器，线束拓扑才得以简化，线束密度也大大降低。因此，Zonal EEA说能够降低线束长度，减少线束质量，是有理论支撑的。线束复杂度和长度减少了，装配就简化了，也能大大提高产线的自动化水平，提高制造能力。当然，这就需要开发出更为先进的整车线束链接。可能德尔福拆分时，把动力部分作为SpliCo拆出去，ADAS和德尔福派克（线束工厂）作为RemainCo留下来，改名为APTIV，也是为了开发SVA架构更方便吧。控制器和线束的设计制造能力都在，可以更好的形成系统方案。
图18 Zonal EEA如何减少线束
图19是博世用PREEvision搭的线束拓扑（转成PPT展示），模拟Zonal架构layout出来的线束拓扑。线束复杂度和长度降低幅度不小。
图19 基于PREEvison模拟的线束拓扑
图20，基于Zonal EEA的通信方式，会从Signal-Oriented通信（CAN/CANFD）切换到 Service-Oriented通信（以太网，和以太网TSN），便于SOA（基于服务的软件架构）在车辆上的实现。
图20 基于服务的通信
4.2.6 Zonal EEA的常见实施案例
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特斯拉的Zonal EEA：特斯拉的CCM（Central Computing Module），其实是伪“中央计算机”，主要是由Autopilot ECU和MCU（Media Control Unit，即IVI车机）以及网联模块组成的，封装在一个控制器中（液冷系统冷却）；
图21 朱玉龙总结的Model3 Zonal EEA
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丰田的Zonal EEA：丰田的EEA属于典型的Zonal-EEA。首先，在硬件上，通过ECU的集成来降低控制器成本；软件上，使用基于Adaptive AUTOSAR和Classic AUTOSAR的SOA架构，实现便捷的软件迭代和功能的可扩展性；线束上，最大程度减少线束长度，降低线束设计复杂度，减重降本，提高产线自动化；安装空间上，集中化的架构减少了ECU数量和线束长度，腾出更多空间，为后续迭代预留空间。
图22 丰田的Zonal EEA概念
图23 丰田认为Zonal EEA几个较有优势的点
图24 如何从分布式EEA逐步过渡到Zonal EEA
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沃尔沃的Zonal EEA：沃尔沃的Zonal EEA包括Core System和Mechatronic Rim，不过将ZCU划入了中央计算集群中；同时还定义了与核心计算系统相对应的概念：机电一体化区域，其实如果以VIU为节点看的话，也可以分出几个区来。VCU对应车载中央计算机，冗余设计；VIU对应区控制器。
图25 沃尔沃的Zonal EEA概念
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安波福的Zonal EEA：即SVA架构；供应商层面的Zonal EEA。中央计算群对应冗余的车载中央计算机，PDC即为区控制器。
图26 APTIV的SVA 架构
SVA架构的落地节奏。也可参考下，真正高级别前装自动驾驶落地，时间要比该时间更晚。
图27 安波福的SVA架构部署时间表
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博世的Zonal EEA概念：
图28 博世的Zonal EEA概念
图29 减少线束是主要目的之一
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伟世通的Zonal EEA概念
图30 伟世通对Zonal EEA的设计概念
5 电子电气架构演进背景下的ADAS/AD ECU零部件形态
典型的分布式ADAS零部件形态，正好对应L1至L2级别自动驾驶。这些零部件分别为：
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FCM：Front Camera Module，前视摄像头模块(一体机)
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FCR：Front Central Radar，前雷达模块(一体机)
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SRRs：Side-Rear Radar，侧后雷达模块（左、右）
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AV-ECU：Around-View ECU，全景环视控制器
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PA-ECU：Parking Assist ECU，泊车辅助控制器
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DMS-ECU：Driver Monitoring System ECU，驾驶员监控系统控制器
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MAP ECU：地图控制器（ADAS或高精度）
典型的集中式ADAS/AD零部件形态，正好对应L2+至L4级别自动驾驶。这些零部件分别为：
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ADAS DCU（低阶ADC）：驾驶辅助域控制器，chipset除了MCU外，可能会包含0-1个MPU；
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ADAS/AD DCU（高阶ADC）：chipset除了MCU外，可能会包含1-3个MPU；
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AD HPC：除了MCU，可能会包含1-4个MPU；
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VCC：目前想象不出来会是哪种chipset；甚至起初的VCC大概率不会是单个PCB板，而是像特斯拉CCM一样的多板叠加形成的车载中央计算机。
后记
在智能驾驶和智能座舱争相落地的大背景下，在软件定义汽车的呐喊声中，抽时间关注下电子电气架构的演进，或许能帮助我们“荡涤心灵”，看清楚汽车真实的智能化进展。