> **来源：[研报客](https://pc.yanbaoke.cn)** # 智能网联汽车电子电气架构产业技术路线图 电动汽车产业技术创新战略联盟 中国智能网联汽车产业创新联盟 汽车电子电气架构工作组 电子电气信息架构与网络工作组 2023年5月 # 参研单位 国汽（北京）智能网联汽车研究院有限公司、中国汽车工程学会、国汽智控（北京）科技有限公司、北京邮电大学、北京理工大学、北京国家新能源汽车技术创新中心有限公司、中国第一汽车集团有限公司、北京新能源汽车股份有限公司、华为技术有限公司、中兴通讯股份有限公司、武汉路特斯科技有限公司、岚图汽车科技有限公司、网络通信与安全紫金山实验室、博世汽车部件(苏州)有限公司、惠州市德赛西威汽车电子股份有限公司、上海鲲宜软件技术有限公司、紫光展锐（上海）科技有限公司、东软睿驰汽车技术（上海）有限公司、博泰车联网科技（上海）股份有限公司、华砺智行（武汉）科技有限公司、极氪汽车(宁波杭州湾新区)有限公司、宇通客车股份有限公司、天海汽车电子集团股份有限公司、上海科络达云软件技术有限公司、清华大学深圳国际研究生院、中国信息通信研究院、北汽福田汽车股份有限公司、北京交通大学、普华基础软件股份有限公司、上海仰望平凡科技有限公司、长城汽车股份有限公司、合众新能源汽车股份有限公司、重庆长安汽车股份有限公司、中国汽车工程研究院股份有限公司 # 编写组成员 唐风敏、丛炜、朱海龙、曹万科、刘璟、邹广才、李秋霞、赵立金、刘国芳、刘德舟、常伟、刘兴亮、李红、靳龙辉、王翔宇、冷卫杰、董玉廷、赵琳、王勇、鲍振标、韩可强、黄小云、王磊、包哈达、谢晓、樊琛、黄韬、鲁京京、黄成凯、张旭东、李克、高长胜、李超、林源、李长龙、孔祥明、张兆龙、孙江辉、王颖鑫、王孟轩、刘建业、李玉鹏、李振、白平在、陈晓、宋超、李雪峰、丁先山、尹扬、叶淼波、张贵海、司华超、方伟家、张华宇、严园园、李庆、李迎宾、王存跃、孔德刚、和林、邱安崇、王碧、黄军、梁迪、林永彬、甘庆忠、陈翠兰、唐侨、叶浩宇、周晓萌、吴胜武、朱勇旭、刘威、闻继伟、刘德宽、时红仁、张瑜、顾照泉、任学锋、殷凡、彭方强、张伟云、赵公旗、李剑峰、康金灿、章鑫杰、聂晟、李志恒、张凯、李巍、何巍、张立峰、李明辉、葛文奇、李宗辉、杨冬、赵亚涛、罗青松、陈浩鑫、贾承前、彭双印、胡斌、张良、王静、刘建峰、王野、侯亚飞、蒋峰、雷剑梅、刘杰、徐维 # 前言 智能网联汽车成为全球汽车产业战略重点，各类新技术加速在汽车上融合应用，汽车智能化功能越来越多，汽车电子电气架构随之持续演进，有着向中央集中式架构及车路云一体化系统架构进化的趋势，同时软件架构通过服务化逐步实现分层解耦，通信升级确保智能网联汽车海量数据的高速传输。 《智能网联汽车电子电气架构产业技术路线图》的研制立足于智能网联汽车新型电子电气架构，新型电子电气架构本质是为车端提供一个面向服务的分布式异构计算平台，涵盖汽车电子软件架构、硬件架构和通讯架构等要素。 本报告在中国汽车工程学会、电动汽车产业技术创新战略联盟（CAEV）和中国智能网联汽车产业创新联盟（CAICV）的支持和指导下，通过CAEV汽车电子电气架构工作组和CAICV电子电气信息架构与网络工作组的通力合作，历时一年多，由来自三十多家参研单位的一百余名专家倾力研制。 最后，感谢参与《路线图》编撰、研讨、审核修订的全体专家的努力和贡献！感谢编写组牵头单位国汽（北京）智能网联汽车研究院有限公司、国汽智控（北京）科技有限公司、北京邮电大学、北京理工大学、北京国家新能源汽车技术创新中心有限公司的专家和老师的颇具成果的贡献！感谢广州汽车集团汽车工程研究院侯旭光、奇瑞汽车股份有限公司石瑞林、北京理工大学邹渊、中汽研（天津）汽车工程研究院有限公司韩光省、中国信息通信研究院技术与标准研究所张恒升、普华基础软件股份有限公司解决方案中心陈永钢、武汉光庭信息技术股份有限公司新能源事业部技术中心钟国华对本报告的评审及专业指导！ # 目录 # 第1章 概论 5 1.1行业背景 5 1.2新型电子电气架构（EEA）定义 6 1.3总体研究目标和范围 # 第2章产业发展概况 9 2.1产业发展现状 10 2.2 产业链概况 ..... 18 2.3 政策和标准 33 2.4 产业技术发展趋势 ..... 45 2.5 问题和挑战 ..... 55 # 第3章 关键技术体系 59 3.1 软件架构关键技术 ..... 59 3.2 硬件架构关键技术 ..... 84 3.3通信架构关键技术 1100 3.4 车路云协同关键技术 ..... 149 3.5 电子电气架构相关安全体系 ..... 1555 # 第4章 开发与测试流程方法及工具（PMT） 167 4.1 基于模型的汽车电子电气系统设计理论基础 ..... 167 4.2 架构开发模式和开发流程 ..... 1711 4.3 架构测试流程 ..... 1733 4.4 开发和测试工具链 ..... 1811 # 第5章 产业技术发展路线图：预期目标和实现路径 ..... 1942 5.1 产业发展总体路线 ..... 1942 5.2软件架构发展路线 199 5.3 硬件架构发展路线 206 5.4通信架构发展路线 2177 5.5 车路云协同发展路线 ..... 2222 5.6 电子电气架构相关安全体系发展路线 ..... 2255 # 第6章 总体发展建议 2322 # 参考文献 2366 # 英文术语、英文名词缩略语对照表 239 # 第1章 概论 # 1.1 行业背景 上世纪80年代起随着汽车电子技术的快速发展，电子控制单元（ECU）逐渐成为汽车的核心组成部分。汽车电子技术的演进历经从最早的发动机管理单元（EMS）、到防抱死控制系统（ABS）、到智能车控、智能驾驶、智能座舱和智能网关域控制器，以及智能传感器、智能执行器和线控系统等。 近年来，在国家产业政策的引导和扶持下，以节能环保为代表的新能源汽车得到发展机遇。同时，在物联网（IoT）和IT技术的推动下，智能驾驶及智能网联技术在汽车行业得到广泛应用，使汽车从简单的代步工具逐步演变为用户移动出行的智能伴侣—智能网联汽车，如图1-1所示。 图1-1 智能网联汽车发展趋势 目前，智能网联汽车正从单车智能向车路云协同的方向转变。智能网联汽车不仅与基础设施网联通信，而且可进行更广泛的网联（V2V、V2I、V2P、V2N）。可以预见，智能网联汽车远期形态将向“车路云网图”协同发展模式演进。当云端得到充分发展后，车云通信技术可支持高实时、高可靠、低延时、大带宽的数据传输时，车端与5G、边缘计算和云计算技术可做到真正融合。同时，支持高级别自动驾驶和车路云协同的智能网联汽车要求电子电气架 构在车载算力集中、车路云多源算力分配、时间敏感关键信息流、多核多任务软件架构等方面提供相应的技术支撑能力。 智能网联汽车的电动化、网联化、智能化、共享化发展需求对汽车电子电气架构（EEA）的技术演进和变革提出创新要求，也促进汽车电子电气架构技术向“软件定义汽车”方向逐步演绎和进化。 汽车电子电气架构的发展历程和趋势总体上正在从分布式架构向域集中式架构、中央集中式架构、车路云一体化架构发展，如下图1-2。 图1-2汽车EEA发展路线 # 1.2新型电子电气架构（EEA）定义 智能网联汽车新型电子电气架构区别于传统汽车的电子电气架构，其本质是为车端提供一个异构的分布式面向服务的计算平台，涵盖汽车电子软件架构、硬件架构和通讯架构等要素。 传统电子电气架构集合应用场景需求、功能逻辑实现、网络通讯拓扑、线束连接等，包含电子电器部件以及建立这些部件之间的交互机制的过程。在功能需求、法规和设计要求等特定约束下，通过对功能、性能、成本、装配等各方面进行分析，得到优化的电子电气系统 解决方案。而智能网联汽车新型电子电气架构以软件架构为核心，以支撑汽车进入“软件定义汽车”的新愿景。 其中，软件架构层面采用面向服务架构（SOA）作为车端软件系统的架构风格，通过服务化对功能逻辑进行封装，通过服务组合方式进行软件集成，通过软件集中化、一体化、横向化和敏捷化管理降低软件开发成本，提高软件架构的可组合扩展性等，加快智能网联汽车场景应用的快速迭代更新；在硬件架构层面采用域控制器、区域控制器和中央计算平台等高性能大算力平台为支撑，在提升算力的同时实现硬件平台的集成化、通用化和标准化，为软件服务灵活部署和运行提供高效能的物理平台；在车载通讯架构层面，以太网作为骨干网络，采用 SOME/IP（Scalable Service-oriented Middleware over IP，可扩展面向服务的通信中间件协议）或 DDS（Data Distribution Service，用于数据分发/订阅的通信中间件协议和应用程序接口标准）面向服务通讯中间件，融入 TSN（Time-Sensitive Network，时间敏感网络）、安全等技术，确保智能网联汽车海量数据的高速传输；在信息物理层面，借助 5G 无线通信、车规级边缘云、数字孪生、安全以及实现车路云同步的数字底座等技术，形成车路云一体化集中计算能力。 # 1.3 总体研究目标和范围 《智能网联汽车电子电气架构产业技术路线图》（后简称《路线图》）的研制旨在推进新一代电子电气架构技术、标准、工具链和产业发展等方面的合作研究，集聚产业链及产学研各方力量，促进电子电气架构共性技术研究，在产业内促成友好互助的技术交流势态和开放共享的产业合作模式，支撑国家汽车强国建设工作。《路线图》总体研究目标为： 1. 适应新一代智能网联汽车技术及其应用场景的特点，如智能驾驶、智能座舱、新能源驱动、“车路云网图”协同、共享出行； 2. 研究产业生态发展趋势，立足现状，促进产业生态不断完善，可持续发展； 3. 研究汽车新型电子电气架构的关键技术体系，主要包括软件架构、硬件架构、通信架构等； 4. 研究汽车电子电气架构设计方法论以及开发测试的流程、方法和工具； 5. 促进将信息安全、功能安全和预期功能安全融入到架构开发和系统升级中； 6. 对智能网联汽车电子电气架构的产业和技术发展路线给予预判和发展建议。 围绕上述研究目标，本报告从产业发展、关键技术体系、开发测试流程方法工具、发展路线四大部分展开研究，覆盖智能网联汽车电子电气架构产业和技术的发展现状与目标，引领行业对新一代汽车电子电气架构技术演进和产业促进的思考、探索和践行，促进产业创新、跨界融合、共享生态，为从业者及决策部门提供智能网联汽车基础平台智库。 同时，《路线图》中的关键技术体系将聚焦于新型电子电气架构，重点介绍软件架构、硬件架构、通信架构、车路云协同中的关键技术，以及纵贯电子电气架构的信息安全、功能安全和预期功能安全核心流程和关键技术。 《路线图》整体内容结构如下图 1-3 所示。 图1-3《路线图》整体内容结构 # 第2章 产业发展概况 表 2-1 产业发展概况导读 <table><tr><td rowspan="3">2.1产业发展现状</td><td colspan="2">2.1.1 国外整体产业发展现状</td></tr><tr><td colspan="2">2.1.2 国内整体产业发展现状</td></tr><tr><td colspan="2">2.1.3 国内外架构整体方案对比</td></tr><tr><td rowspan="9">2.2产业链概况</td><td>2.2.1 产业链综述</td><td></td></tr><tr><td>2.2.2 软件架构产业链</td><td></td></tr><tr><td rowspan="3">2.2.3 硬件架构产业链</td><td>1. 域控制器</td></tr><tr><td>2. 域控制器芯片</td></tr><tr><td>3. 感知传感器</td></tr><tr><td rowspan="4">2.2.4 通信架构产业链</td><td>1. 综述</td></tr><tr><td>2. 传统总线芯片</td></tr><tr><td>3. 汽车以太网芯片</td></tr><tr><td>4. 汽车以太网设备 - TSN 网络设备</td></tr><tr><td rowspan="8">2.3政策和标准</td><td rowspan="3">2.3.1 政策</td><td>1. 全球智能网联汽车产业政策概况</td></tr><tr><td>2. 全球智能网联汽车产业发展支持体系</td></tr><tr><td>3. 智能网联汽车产业政策的若干建议</td></tr><tr><td rowspan="5">2.3.2 标准</td><td>1. 软件架构标准化组织和软件平台规范</td></tr><tr><td>2. 接口标准化与互操作性</td></tr><tr><td>3. 车载总线标准化组织和标准</td></tr><tr><td>4. 功能安全/预期功能安全标准</td></tr><tr><td>5. 信息安全标准法规</td></tr><tr><td rowspan="6">2.4产业技术发展趋势</td><td colspan="2">2.4.1 电子电气架构演进</td></tr><tr><td colspan="2">2.4.2 整车计算平台形态演进</td></tr><tr><td colspan="2">2.4.3 构建 SOA (面向服务架构)</td></tr><tr><td colspan="2">2.4.4 通信架构升级</td></tr><tr><td colspan="2">2.4.5 功能安全、网络安全升级</td></tr><tr><td colspan="2">2.4.6 计算芯片短期分化与长期融合</td></tr></table> # 2.5 问题和挑战 # 2.1 产业发展现状 # 2.1.1 国外整体产业发展现状 关于汽车电子电气架构演进，行业内讨论最多的是博世提出的电子电气架构发展六阶段，如图2-1所示。博世将整车EEA划分为六个阶段：模块化（Modular）、集成化（Integration）、域集中（Domain Centralization）、域融合（Domain Fusion）、整车中央计算平台（Vehicle Computer）、车-云计算（Vehicle Cloud Computing）阶段。该演进概念清晰指明了未来汽车电子电气架构算力会逐渐集中化，最终会发展到云端计算。当前主流架构处于功能域控制器集中阶段，正在朝多域控制器融合架构方向发展。 图2-1 博世EEA发展六阶段 安波福提出智能电气架构（SVC），采用中央计算机及带有标准化接口和互联网安全网关，统一供电和数据主干网，通过双环拓扑结构实现冗余网络。而动力数据中心（PDC）可以为周围的电子系统分配电源，收集并分发大量原始传感器数据到中央计算机，在中央计算 机中对它们进行处理以实现自动驾驶命令。区域控制器为传感器提供接口，管理电源，并提供区域算力。作为中央计算平台的开放式服务器平台可动态分配算力资源，保证汽车即使在关键部位发生故障的情况下也能安全行驶，从而保证汽车的安全冗余。 为了适应市场对电动化的需求，实现从分布式向集中式电子电气架构转变。国内外整车企业已开始建立适合未来的车辆电子电气架构和汽车软件架构，使其可以在不同的车辆计划、开发单位和组织之间进行协调，从而提高开发的灵活性和创新性，减少开发时间与风险。国外整车企业如特斯拉和大众已实现整车集成至4个主控ECU，实现整车域控制器软件开发，实现软硬件解耦设计，并多次通过OTA升级整车功能。 特斯拉 Model S、Model X 再到 Model 3/Y 的电子电气架构演变，推动力是商业模式及技术路径的变革，充分体现了软件定义车辆的技术创新。 图2-2 特斯拉Model3ECU图示 目前最有名的是特斯拉 Model 3 采用的架构，如上图 2-2。Model 3 车载中央电脑和区域控制器架构，采用 Autopilot（自动驾驶）+IVI（信息娱乐系统）+T-BOX（远程信息处理器）三合一计算平台，将三块控制板集成到同一壳体中，新引入 BCM-F/L/R 三个区域控制器，实现 ECU 整合并对执行器供电。彻底抛弃了功能域的概念，实现集中式电子电气架构和区域控制器方案，通过中央计算模块（CCM）对不同的区域 ECU 及其部件进行统一管理，并通过 CAN（（控制器局域网））进行通信，并实现了高度集成，高度模块化，对传统汽车电子架构进行了全方位的创新，实现了“软件定义汽车”，加快了汽车产品迭代速度。实现了算力集中化、服务附加值提升、内部拓扑结构简化。特斯拉的准中央计算 EEA 已带来了线束革命， Model S/Model X整车线束的长度是3公里，Model 3整车线束的长度缩短到了1.5公里，Model Y进一步缩短到1公里左右。 特斯拉的集中控制功能集成在三个域控制器中，中央计算模块直接整合了智能驾驶与信息娱乐域控制模块，以及外部连接和车内通信系统域功能，架构方案较之前车型简化，即： AICM（智能驾驶与信息娱乐域控制模块）：连接各类自动驾驶传感器，综合执行逻辑计算功能，以及完成人机交互； FBCM（前车身控制模块）/智能配电模块：负责12V的电池、电源分配和热管理的功能； LBCM（左车身控制模块）和RBCM（右车身控制模块）：分别负责剩下的车身与便利系统、底盘与安全系统和部分动力系统的功能。 德国曼恩商用车（MAN）的中央计算式电子电气架构，以集中化为特征，采用了一个中央控制单元，部署了所有与策略相关的功能，因此车辆的ECU也相应地减少。剩余的ECU也不再包含任何策略相关功能，因此新功能的集成发生在功能架构级别，不影响ECU和CAN通信。另外该EEA引入了标准化的I/O模块，如果车辆新增功能，仅需安装附加的I/O模块以及相关的执行器和ECU。这也为将来的车辆功能和系统提供了良好的可扩展性，并使该架构与时俱进。 大众为了适应市场对电动化的需求，推出了MEB平台，实现从分布式向域融合电子电气架构转变。MEB电子电气架构分为整车控制器（ICAS1）、智能驾驶（ICAS2）和智能座舱（ICAS3）三大域控制器。ICAS1实现整车所有控制类功能集成，如高压能量管理、低压电源管理、扭矩控制、车身电子控制、网关、存储等功能；另外ICAS1连接诊断接口和T-BOX，实现信息安全设计，并作为OTA主控ECU实现整车并行刷写。ICAS2作为智能驾驶运算中心，通过以太网接收ICAS1的雷达和摄像头信息，实现运算处理，并实现对于制动和转向系统的请求。ICAS3采用一机多屏控制方式，通过以太网接收ICAS1和ICAS2的需求。另外大众推出自身VW.OS，并采用Adaptive AUTOSAR（又称AUTOSAR AP，AUTOSAR自适应平台）和SOA实现不同应用的集成。 沃尔沃的区域电子电气架构包括Core System（核心系统）和Mechatronic Rim（机电区域），如下图2-3所示。沃尔沃的VIU（Vehicle Integration Unit，整车集成单元）对应不同 整车区域的感知、控制与执行。沃尔沃的 VCU（Vehicle Computation Unit，整车计算单元/整车控制器）对应车载中央计算机，提供整车智能化所需的算力与数据存储。 图2-3 沃尔沃EEA架构示意图 奥迪将采取中央集群计算方案（Central Computing Cluster）。如下图2-4所示，整车划分为：驱动域、能源域、横纵向控制域、驾驶辅助域、座舱域、车身舒适域、信息安全域；不同的域之间通过高速以太网来进行信息交互，域内采用CANLIN等进行实时低速通信；新架构分为传感器与执行器层和承载不同功能的域层；车辆的中央计算单元会与企业的后台相连接，奥迪的后台会与HERE后台相连，接进行数据共享。 图2-4奥迪EEA架构示意图 # 2.1.2 国内整体产业发展现状 目前，国内主流汽车企业三化融合车型的电子电气架构方案已从完全分布式控制，进入域集中式控制。国内造车新势力普遍直接采用功能域控到域融合的过渡方案，域融合方案普遍集中在智能驾驶和智能座舱。 国内传统整车企业和Tier1较多采用采用功能域控式控制，如下图2-5，即“中央网关+域控制器”方案，大体上划分动力、底盘、信息娱乐、自动驾驶、车身舒适等领域。中央网关通过CAN/以太网路由，统筹动力、底盘、信息娱乐、自动驾驶、车身舒适等子网的信号交互。同时国内传统整车企业也存在不同的技术路线。 图2-5 国内传统整车企业EEA架构示意图 宇通电子电气架构当前采用的是分布式电子电气架构（如图2-6），由独立网关隔离不同功能域，分别为动力域、底盘域、车身域、交互域、网联域等。 图2-6宇通EEA架构示意图 极氪汽车已量产（车型：极氪001）的电子电气架构是功能域集中式架构（如图2-7），由四大功能域主控承担整车级别的各域功能逻辑软件部署中心的角色，将绝大多数传感器和 执行器的控制逻辑与整车功能应用进行分离，大部分普通ECU作为纯粹的传感和执行控制单元，功能域内跨子系统和子系统内部的逻辑接口交互在域控内部即可完成，跨域信息交互通过Flexray（高速容错网络协议）和以太网为主干网的双网实现。ECU实现功能业务应用和执行器控制逻辑的解耦，功能接口模块化、标准化、开放化。在电子硬件集成度上，域控集成了大量的简单I/O驱动，复杂的执行器和传感器作为独立的电子单元通过CAN/LIN/A2B/LVDS等网络连接在各自的域控上，一定程度上缩减了ECU数量、降低了整车成本。 图2-7 极氪汽车EEA架构示意图 华为基于自身的ICT技术为积累，推出华为CCA架构为基础的全栈式解决方案（如图2-8）。其中底层的基础是“计算+通信”为核心的CCA架构，用以太环网作为车载通信主干网络，实现了“功能域”+“区域”的集成。以太环网+VIU区域控制器构建车内通信架构。整车网络架构设置3-5个VIU，相应的传感器、执行器甚至部分ECU就近接入，实现电源供给、电子保险丝、I/O口隔离等功能。VIU之间通过高速以太网的环形网络进行连接，确保整车网络高效率和高可靠。在整车通信架构之上，设置智能座舱域控制器CDC、智能驾驶域控制器MDC和整车控制器VDC，共同完成信息娱乐、自动驾驶、整车及底盘域的控制。 图2-8 华为EEA架构（CCA）示意图 国内造车新势力整车企业普遍采用功能域控到域融合的过渡方案（如下图2-9），大体上划分信息娱乐、自动驾驶、整车控制、车身控制四个领域，骨干网采用以太网与CAN混合，各领域内多种通信总线混合搭配。在自动驾驶域、信息娱乐域分别采用了域融合控制器，利于后续持续迭代开发。 图2-9 国内造车新势力EEA架构示意图 集中控制主要适用动力底盘控制系统、智能驾驶系统及部分智能座舱系统，分布式控制主要适用车身控制、舒适控制、车联网等系统。在主流现行电子电气架构方案下，整车通信主干网采用CAN或Flexray通信技术。在智能驾驶域、车联网系统、诊断系统引入了车载以太网通信技术。 高合汽车（华人运通旗下纯电汽车品牌）HiPhi X的H-SOA超体架构包含六大计算平台： 娱乐域计算平台IDCM、自动驾驶域计算平台ADCM、动力和底盘域计算平台VDCM、车身域计算平台BDCM、中央网关CGW、V-Box通信计算平台，据称实现主动自主学习和软件远程迭代，实现整车级FOTA，采用千兆以太网，可支持5G+V2X车路协同和智慧城市技术。 # 2.1.3 国内外架构整体方案对比 总体而言，国内整车企业电子电气架构整体方案与国外传统整车企业方案相当，都处在功能域控或功能域控到域融合的过渡阶段。不过，国内方案相对比在行业内处于领先地位的特斯拉架构方案，大概有3~5年的的差距，这些差距主要体现在： 1. 功能软件设计模型方面，国内整车企业自主设计车载核心功能较少，缺少开发和验证能力积累。 2. 架构设计的模型库方面，尤其是在智能驾驶功能方面，国外主流整车企业在开发智能驾驶功能时均基于较为完善的功能模型库进行设计和验证，以确保智能驾驶的可靠性和安全性。而国内各整车企业在智能驾驶功能模型的开发领域还处于空白阶段，大部分需要依靠国外供应商或者第三方技术支持才能开展智能驾驶设计工作。另外，智能驾驶的场景数据库也是目前国内整车企业的储备软肋。 3. 控制器底层软件方面，市场底层软件多为国外产品，我国产品的应用范围少、用量少，很难发展完善； 4. 主流车载总线技术方面，技术被国外垄断，难以满足国内智能网联汽车在通信方面需求； 5. 汽车电子基础软件方面，国外汽车行业已较成熟（日本汽车软件标准化组织JASPAR和欧洲AUTOSAR体系），而国内属于发展初期。另外，汽车电子底层软件主要依赖国外零部件供应商。 6. 网络架构设计方面，智能网联汽车的通信网络需要满足大带宽、高实时性的要求，车载以太网作为车载网络中的主干网是新型网络架构的必然趋势。国际上基于车载以太网的新型网络拓扑结构以及通信协议已经基本成型，而国内车载以太网的研究和应用较少，无法 在车载以太网标准发布后快速进入应用阶段。 7. 冗余技术方面，冗余技术在保证未来智能汽车安全性和可靠性方面具有十分重要的作用，国际上领先的电子电气架构研发团队提出多种冗余方式，将冗余技术应用在整个电子电气架构的开发过程中。国内目前更多将冗余技术应用于高级别自动驾驶系统的开发中。 # 2.2 产业链概况 # 2.2.1 产业链综述 智能网联汽车的发展对原有汽车产业链已经产生一定冲击和影响，具体表征在以下三个方面： 上游由仅提供零部件的传统模式，增加了可提供车用操作系统（OS）、计算平台硬件等多种形态的Tier1（一级供应商）生态，且感知传感器，包括摄像头、毫米波雷达、激光雷达等得以快速发展，并且随国内外智能驾驶功能装配比例增加，加速了落地，行业得以蓬勃发展。 中游从仅由传统整车企业占据市场，变为科技公司迅速下场与传统整车企业展开角逐，并形成了一定的竞争力。新造车势力对新技术的拥抱，对用户体验的重视，使得汽车行业开发周期迅速缩短，形成从对标逆向开发到以产品功能需求和用户体验为主导向的正向开发模式的转变。 下游后市场变化更加巨大，随着移动出行的快速推广，网约车等新的出行方式被广泛使用，整车企业在下游的经营方式由传统的以TOC（对消费者）为核心的汽车销售策略转变为多样化经营。如可以和出行公司合作TOB（对企业）、TOM（对市场）获得盈利，也可以亲自下场组建出行公司，同时可采用软件运营的方式增加用户粘性并持续获得经营利益。 智能网联汽车电子电气架构相关的产业链概况如下图2-10所示。从云平台、OTA、应用软件、车用OS、控制器及芯片、关键基础部件、信息安全和数据安全、网络通信、工具链多个产业要素分别列举上中下游企业。 图2-10 汽车电子电气架构产业链概况 # 2.2.2 软件架构产业链 汽车智能化的趋势下，“软件定义汽车”成为产业共识。软件定义汽车（Software Defined Vehicles，SDV）指的是软件将深度参与到汽车定义、开发、验证、销售、服务等过程中，并不断改变和优化各个过程，实现体验持续优化、过程持续优化、以及价值的持续创造。 传统汽车软件产业中，产业链较短，产业结构较为简单（如图2-11）。软件产品主要为一些基础软件程序或简单的嵌入式实时OS，与ECU硬件深度耦合。产业链上游为软件产品供应商，中游为零部件集成商，下游为整车集成商。部分主流Tier1厂商同时涉及上游和中游环节，构建核心技术壁垒，整车企业基于单个车型设计需求选择各个ECU进行搭配，零部 件间关联较小，车型间设计经验无法积累，车型不具备持续升级能力，无法应对智能化、网联化变革趋势，更无法追踪消费者对车辆的升级需求。 图2-11：传统汽车软件产业链 在智能化、网联化变革趋势下，车载软件以软件架构视角做统一设计、开发、管理和运维，软件系统和硬件系统将在零部件层面全面解耦，软件以服务组件的形式成为核心商业产品。伴随汽车软件越来越复杂，代码量指数级增长，软件质量提升难度加大，传统的产业供应链方式已不合时宜。汽车软件产业链正在重塑过程中，具有软件研发优势的互联网和ICT（信息通信技术）企业不断入局，与传统汽车软件Tier2厂商一起成为上游环节Tier1厂商，甚至出现了新的Tier1.5供应商。整车企业成为中游环节，同时部分车企向上游软件环节布局，下游向应用服务延伸，互联网类企业凭借与消费者的深度关联深挖汽车软件后续应用服务价值。如下图2-12所示。 图2-12：新一代汽车软件产业链 国内汽车基础软件架构标准及产业生态整体发展较晚，在汽车智能化转型升级的趋势下，国内厂商纷纷将Adaptive AUTOSAR作为发力重点，推出相应的中间件及其工具链产品，抢占市场先机，取得了一定进展，但总体和国外还存在差距。 国内智能汽车软件操作系统底层技术多基于国外，内核层面仍由国外企业掌控，宏内核主要是采用Linux以及Linux定制化的宏内核，目前Linux主要推广组织是GENIVI联盟和Linux基金会。微内核代表企业有美国Wind River（风河，TPG Capital旗下）和加拿大的 BlackBerry（黑莓），国内自主企业华为、中兴、斑马等也开发出了相应产品，有望摆脱国外内核。 汽车电子软件标准主要包括 AUTOSAR、OSEK/VDX 等，其中 AUTOSAR 标准发展了十多年，形成了复杂的技术体系和广泛的开发生态，已成为车控操作系统的主流。全球应用 AUTOSAR 解决方案的知名厂商包括 Vector、ETAS（博世旗下）、EB（大陆旗下）、Mentor Graphics（西门子旗下）、Wind River 以及 KPIT 等，国内主要是东软睿驰、华为、普华软件、经纬恒润等。Adaptive AUTOSAR 处于起步阶段，EB 已与大众合作将 Adaptive AUTOSAR 和 SOA 平台应用于大众 MEB 平台 ID 系列纯电动车型上。 功能软件是智能汽车软件操作系统核心共性功能模块，能够高效支持自动驾驶、智能座舱等功能开发。国内外功能软件的研发还都处于起步阶段，国内外企业“并跑”，目前国汽智控、华为等企业已发布自主研发的功能软件层。功能软件还需要在技术上突破壁垒，在架构理解和产品定义等方面实现统一认识，便于快速建立产业生态和产品落地。 # 2.2.3 硬件架构产业链 # 1. 域控制器 随着芯片算力集成度提高，控制器向着功能集成和算力集成的方向发展。减少整车线束长度，降低ECU数量，从而降低整车电子部件总重量，降低整车制造成本，将分散的控制器按照功能域或空间区域划分，集成为运算能力更强的域控制器（Domain Control Unit，DCU）的想法应运而生。 功能域与空间域是当前域控制器发展的两条路径。域控制器根据划分方式，主要可以分为以五大功能域划分和以车辆特定物理区域划分两种，相较于纯粹以功能为导向的域控制器，空间域划分的集中化程度更高，对整车企业厂商自身开发能力要求也会更高： (1) 基于功能划分的域控制器: 典型代表, 博世、大陆等传统Tier1 博世、大陆等传统Tier1将汽车EEA架构按功能划分为动力域（安全）、底盘域（车辆运动）、信息娱乐域（座舱域）、自动驾驶域（辅助驾驶）和车身域（车身电子）五大功 能域。每个功能域对应推出相应的域控制器，最后再通过 CAN/LIN 等通讯方式连接至主干线甚至托管至云端，从而实现整车信息数据的交互。 (2) 基于空间划分的域控制器：典型代表，整车企业特斯拉 基于空间划分的域控制器是以车辆特定物理区域为边界来进行功能集成部署，相较于纯粹以功能为导向的域控制器，其集中化程度更高。特斯拉则是其中的典型代表，2012年Model S还是以典型的功能域划分为主，2017年推出Model 3则直接进入中央计算+空间域架构阶段，特斯拉的EEA只有四大部分，包括AICM（智能驾驶与信息娱乐域控制模块）、FBCM（前车身控制模块）/智能配电模块、LBCM（左车身控制模块）、RBCM（右车身控制模块）。 其中，自动驾驶域控制器： 自动驾驶域控制器能够使车辆具备多传感器融合、定位、路径规划、决策控制的能力，通常需要外接多个摄像头、毫米波雷达、激光雷达等设备的数据，完成的功能包含图像识别、数据处理等。 全球范围内，全球Tier1基本都已布局自动驾驶域控制器产品，典型产品如伟世通DriveCore、博世DASy、大陆集团ADCU、采埃孚ProAI、VeoneerZeus、麦格纳MAX4等，国内方面，如德赛西威IPU系列、经纬恒润ADC、东软睿驰CPDC、华为MDC等。 其中，智能座舱域控制器： 智能座舱域控制器提供座舱的软硬件支持。座舱功能的智能化、主动化，依赖座舱域控制器的硬件普及和算力支撑。智能座舱域控制器最初的作用为管理车内日益增多的显示屏及其信息排布展示，从车机触控屏，到液晶仪表和触控屏，再到如今高端车中前后排多块不同的显示屏。未来则不再局限于实现多屏互联，将逐步整合空调控制、HUD（抬头显示器）、后视镜、人机交互、DMS（驾驶员监测系统）、OMS（乘员监测系统），以及T-BOX（远程信息处理器）和OBU（车载微波通讯单元），在统一的软硬件平台上实现座舱电子功能。 全球范围内，伟世通、大陆、博世、安波福、佛吉亚歌乐、哈曼市场占据主导地位，国内企业华为、德赛西威、航盛电子、东软睿驰、博泰等也纷纷推出了座舱域控制器解决方案。 国内自主Tier1在智能座舱域领域快速渗透。德赛西威率先量产座舱域控制器，在座舱AI场景生态也有成熟技术。在智能座舱领域，德赛西威产品线布局完整，硬件范围覆盖域控制器、中央网关、传感器、显示器等，软件范围覆盖信息娱乐系统、ADAS系统、IMS系统、健康系统等。德赛西威和高通（Qualcomm）合作推出一机多屏智能座舱域控制器，该域控制器采用了8155和QNXHypervisor，实现座舱双系统，已应用于奇瑞和广汽等车型。 诺博科技的座舱域控制器也投入量产。诺博基于高通8155芯片和BlackBerry实时操作系统打造的智能座舱域控制器IN9.0现已投入量产，软件采用虚拟化技术，单颗芯片支持多操作系统，可集成多个电子部件模块如仪表、中控娱乐、副驾屏、抬头显示器、座椅空调控制、DMS、360环视等，最大可支持6块屏幕显示。IN9.0已被应用于10月底上市的哈弗H6S。 华阳集团已定点多个座舱域控制器项目。华阳集团在21年上海车展推出“一芯多屏”座舱域控制器，通过虚拟化技术将不同操作系统和安全级别的功能融合到一个平台上，实现仪表、信息娱乐、副驾屏、AR-HUD等多屏互联及跨屏显示。公司公告已定点多个整车企业的座舱域控制器项目。 博泰、东软睿驰将推出基于高通芯片的座舱域控制器。2021年博泰基于恩智浦（NXP）芯片的智能座舱方案量产搭载东风岚图FREE已上市，一机三屏（仪表、中控、副驾），支持多屏交互、多模交互（手势+语音）等多种生态闭环服务，且博泰正在研发基于高通8155芯片的智能座舱域控制器方案。2019年东软睿驰基于英特尔车载计算方案以及Hypervisor虚拟化技术，已实现一机双系统多屏功能配置。目前，东软主推智能座舱平台化产品线，高端平台基于高通8155/6155高性能芯片座舱域控制器，即将进入量产阶段。 中科创达推出座舱域方案可兼容多个芯片供应商。2021年公司推出E-Cockpit4.5座舱域控制器，可适配高通（Qualcomm）、瑞萨（RenesasElectronics）、恩智浦（NXP）三个主流芯片平台，支持一芯多屏（仪表、中控、副屏、空调座椅屏）多系统（Android、Linux、QNX、INTEGRITY）。中科创达还可提供定制的包括汽车娱乐系统、智能仪表盘、集成驾驶舱、ADAS和音频产品在内的整体智能驾驶舱软件解决方案。 均胜电子绑定华为生态。公司旗下均联智行与华为在智能座舱领域达成合作，华为提供 座舱芯片核心模组、鸿蒙操作系统以及应用生态，均胜智行主要负责智能座舱中与操作系统适配的算法、软硬件架构设计、系统集成开发。 # 2. 域控制器芯片 硬件方面，相比MCU（微控制单元）芯片，SoC（System on Chip，系统级芯片，也称片上系统）芯片算力和集成度更高，可应用于智能座舱、自动驾驶等领域。在ECU（Electronic Control Unit，电子控制单元）时代，MCU芯片为主控芯片；进入DCU（Domain Control Unit，域控制器）时代，汽车智能化程度大幅增加，运算处理复杂度呈指数级增加，如L4级以上自动驾驶所需算力或将超过700TOPS，且整车企业在智能化功能开发过程中，往往先预埋高性能硬件，通过算法软件实现功能更新，需要DCU主控芯片有更强的多核、更大的计算能力。不同于以CPU为主的MCU芯片，SoC芯片集成了CPU、AI芯片（GPU、FPGA、ASIC）、深度学习加速单元（NPU）等多个模块。相比MCU芯片，SoC芯片算力和集成度更高，算力主要来自于AI芯片，其中以图像运算为主的GPU相比CPU运算优势明显，帮助SoC芯片获得比MCU明显更强的算力优势。因此，DCU采用SoC芯片成为主流趋势。 目前SoC芯片中GPU为主力，ASIC有望在软件算法成熟稳定后成为主流。GPU运算优势明显，且在消费电子领域多年应用，通用性强，开发难度相对较低，因此在目前及未来一段时间都将占据主流地位。为弥补GPU成本高、功耗大的劣势，又引入定制化的FPGA芯片和ASIC芯片。FPGA是半定制型芯片，相比GPU有明显的性能和能耗优势，但量产成本高；ASIC是定制化芯片，需要定制化的研发，设计研发周期较长、资金需求较大，在当前技术路线尚不明确情况下大规模流片的性价比不高。因此，目前二者在AI芯片中均是补充作用。未来当软件算法技术路线大部分标准化后，高性能、功耗低、量产成本低的ASIC将对GPU形成替代作用，成为主流AI芯片。FPGA结合能耗和功能可修改优势，对GPU和ASIC将形成长期补充作用，保持一定市场份额。 # （1）自动驾驶AI芯片 目前自动驾驶AI芯片市场能实现大规模量产的厂商主力有英伟达(NVIDIA)、Mobileye和特斯拉（自研FSD）等，高通正在加速推进，国内华为、地平线和黑芝麻等公司尚在起步阶段。 英伟达占据先发优势，目前是整车企业主要芯片供应商。英伟达进入自动驾驶市场较早，且技术路径激进，Xavier芯片、Orin芯片都是同时期市场上算力最高的量产芯片。2021年4月英伟达又发布了下一代芯片Atlan，单芯片算力达1000TOPS，预计2023年向开发者提供样品，2025年大量装车，高算力助力英伟达在L3及以上等级的自动驾驶具备明显优势。另外此前英伟达的低能效比被认为是短板，2022年即将量产推出的DRIVE AGX Orin解决方案能效比已经达到了2.7，预计Orin芯片的推出和Drive、AGX、Orin软件平台的配合，将奠定英伟达在L3级以上市场的先发优势。 高通在2020年CES大会上发布自动驾驶平台“骁龙Ride”，入局智能汽车领域，骁龙Ride SoC搭载第六代高通Kryo CPU与第六代Adreno GPU，算力达700-760TOPS，支持L1/L2级ADAS及L2+功能，如高速公路辅助/自动驾驶，辅助/自动泊车等；L4/L5全自动驾驶，用于城市自动驾驶，出租车和机器人物流等。 Mobileye EyeQ封闭式方案弊端显露，转向开放。Mobileye对外提供摄像头+芯片+基础软件+应用算法的一体式解决方案，多是黑盒子模式，对于刚起步或技术能力不足的整车企业来说可以缩减成本，加速车型成型并实现量产。但软件算法是车企自动驾驶的核心能力，主流车企需要掌握软件开发能力，黑盒子模式不再是优选，为此Mobileye自2020年提供开放版EyeQ5芯片，可执行第三方的程序代码，支持车企自行编译程序。同时，英特尔目前正全力支持EyeQ5新芯片的工具链开发。 华为具备软硬件集成能力，是自动驾驶域控的重要力量。华为具备MDC计算平台+AOS智能驾驶操作系统，MDC计算平台全栈布局单车智能所有软硬件，且AI芯片全部自研。华为MDC是业界率先量产的车规级智能驾驶计算平台，算力范围覆盖48~400TOPS，支持L2+~L5级别自动驾驶的平滑演进，兼容AUTOSAR架构。。 地平线征程芯片与多家车企合作。2021年地平线发布面向L3级以上自动驾驶的征程5芯片，采用 $16\mathrm{nm}$ 工艺，单颗芯片最高算力可达128TOPS，且功耗只有30W，延迟仅有60ms，可支持16路摄像头视频输入。 黑芝麻也实现芯片突破。黑芝麻目前最先进的芯片是华山二号A1000Pro，采用 $16\mathrm{nm}$ 工艺，基于16核Armv8CPU构建异构多核架构，支持20路高清摄像头输入，且功耗只有 25W。 # （2）智能座舱域控制器芯片 “一芯多屏”是目前智能座舱域控制器发展共识，同一芯片模组支持中控大屏、数字仪表、后座娱乐屏等设备，可减少ECU数量，避免多个芯片间的通信传输问题，同时降低成本。实现一芯多屏的难点在于芯片需要强大的处理能力以及复杂的软件操作系统，目前芯片厂商加速技术迭代，如高通8155/8195芯片最多支持8个传感器输入和5路显示屏；2021年芯驰科技最新发布的智能座舱芯片X9U，能够支持10个独立高清显示屏。目前智能座舱芯片市场能实现大规模量产的主要包括高通、英伟达，国内华为、地平线、芯驰科技等公司尚在起步阶段。 高通率先采用 $5\mathrm{nm}$ 汽车芯片，是座舱域芯片领导者。高通第三代数字座舱平台搭载全球首款 $7\mathrm{nm}$ 工艺的8155芯片，是目前量产车可以选用的性能最强的座舱芯片，因此已有十多个品牌的车型宣布搭载。第四代骁龙汽车数字座舱平台于2021年1月发布，将采用全球第一款 $5\mathrm{nm}$ 汽车芯片及第6代高通KryoCPU、高通Hexagon处理器、多核高通AI引擎、第6代高通AdrenoGPU以及高通SpectraISP,性能媲美旗舰手机芯片骁龙888,预计于2022年实现量产，已与20家主流车企达成合作意向，高通在座舱域的地位已经确立。 英伟达借助自动驾驶开发经验异军突起。英伟达之前只是单纯地出售芯片，但目前除了针对自动驾驶的DRIVE AV全套协议栈，还有针对座舱的DRIVE IX全套协议栈，支持仪表显示、座舱娱乐、乘客交互和监控领域功能。英伟达一芯多屏产品实现上车，搭载于现代汽车GV60车型，实现一套计算硬件拖动仪表、中控、HUD和两个电子倒车镜。英伟达另外也与奔驰、奥迪合作开发座舱域。 地平线基于征程系列芯片提出座舱解决方案。2021年上海车展，地平线提出基于征程5芯片的车载智能交互解决方案，在统一芯片架构的基础上，能够基于车外路况和车内驾驶员状态融合判断主动介入，如疲劳提醒、高速匝道警示、吸烟模式等，实现车内场景感知和理解动态调整驾驶策略。 华为主推麒麟芯片和鸿蒙OS。华为座舱方案主要包括三部分鸿蒙OS、鸿蒙车域生态和基于华为麒麟芯片平台的CDC智能硬件平台。现阶段华为座舱业务的重心是推广麒麟芯 片和发展鸿蒙OS生态，由Tier1负责智能座舱中与操作系统适配的算法、软硬件架构设计、系统集成开发。 芯驰科技芯片可支持10屏。2021年上海车展，芯驰科技发布智能座舱芯片X9U，CPU算力100KDMIPS，AI算力1.2TOPS。可以支持语音、导航、娱乐、环视、DMS、OMS等座舱功能，支持多达10个独立全高清显示屏。 # 3. 感知传感器 # （1）激光雷达 得益于创新技术的快速推进，前半场国外激光雷达Tier1得以迅猛发展，主要的激光雷达公司包括Velodyne、Ibeo、Quanergy、Innoviz和LeddarTech等； 而我国车载激光雷达尚处于起步阶段，自动驾驶企业尚未大规模采用，但已经形成了一定的竞争格局。国内主要的激光雷达公司包括禾赛科技、速腾聚创、华为、镭神智能以及大疆子公司Livox等。国内公司在固态激光雷达领域积极布局，已经研制出较多的产品，部分产品技术性能在全球领先，随着激光雷达往固态化持续发展，国内激光雷达公司具备较大的发展机会。 激光雷达上游元器件方面，距离完全自主供应还存在一定的差距。但国内厂商的激光器、传感器、控制芯片等产品的性能也在不断提高，逐渐追赶世界先进水平。激光雷达的开发方面，国内激光雷达厂商已取得重大突破，多线束高性能车载激光雷达在探测范围、分辨率等方面已达到国际领先水平。 # (2) 毫米波雷达 芯片技术方面，国内毫米波雷达芯片创业公司渐多，部分厂家的技术已经成熟，部分指标与国际主流产品相当，在量产化方面需要进一步得到毫米波雷达整机企业的支持，以检测量产质量与加快量产化进程。 在产品化方面，通过近年来的技术探索和经验积累，国内的毫米波雷达在很多关键技术上已经取得突破，以森思泰克为代表的自主品牌企业在角雷达方面实现大批量产并获得一定市场份额；但在前雷达方面尚需加快产品化、批产进程。 毫米波成像雷达（4D毫米波雷达）方面，国内毫米波雷达厂家与国际主流企业处于同一起跑线。成像雷达涉及大量的数据处理及高级处理算法，在数据处理层次国内外都需要做进一步的探索。 在市场应用上，本土厂商在毫米波雷达领域已展现逐渐驱逐国外厂家的能力，在未来数年内本土厂商的市占率完全可能超越国际厂商。 当前主要的毫米波雷达厂商有福瑞泰克、森思泰克、博世、大陆等。 # (3) 车载摄像头 产业链角度来看，镜头、CMOS芯片、DSP（数字信号处理器）和模组是车载摄像头最重要的成分，其中CMOS芯片是摄像头的核心部件，价值约占整个摄像头的三分之一。 光学镜头方面，产业比较成熟，基本满足预期目标，如国内的舜宇光学、联创电子、丘钛科技等，在行业中已占有一席之地。在未来的发展中国本土产业链仍会进一步发展。 感光芯片方面，在高分辨率、低功耗、高动态、高低照度等技术方面已经取得了很大突破，但在市场占有率方面仍显不足，国际厂商如索尼、安森美、豪威科技仍占据主流市场，国内厂任重道远。 视觉计算芯片方面，以地平线为代表的本土玩家在国内市场已初获成功，但国际市场上仍有待突破。 视觉感知算法和产品方面，预警类产品已经取得了大规模应用，以视觉感知为基础的车辆控制类产品渗透率较高，但是为高度自动驾驶实现的全方面识别和集成技术仍然在初期阶段。 在市场应用上，视觉系统在整车上的配备的增长将带来产业整体需求的增长，未来五年内本土厂家将迎来高速发展期。 # 2.2.4 通信架构产业链 # 1. 通信架构产业链综述 早期汽车采用点对点的单一通信方式，相互之间少有联系。每一路信号传递都需要一根 铜电缆连接交换数据，导致每一个ECU都需要N个接口，有些ECU的接口数会是十几个甚至三十几个，形成庞大的布线系统。这引发了车辆空间占用、车重、成本、系统复杂度以及不稳定性等一系列问题。以CAN为代表的现代总线出现以后，硬线连接大大减少，有效降低了系统、零部件设计的复杂度和开发成本，驱使整车企业与零部件供应商之间形成标准化协议。总线作为一种车辆网络拓扑结构，是车上所有电子和电气部件互联结构的线束表现，直接影响到控制器功能的分配、数据网络的规划，犹如汽车的神经。 目前汽车上普遍采用的汽车总线主要有控制器局域网CAN，局部互联协议LIN，高速容错网络协议FlexRay，用于汽车多媒体和导航的GMSL、MOST、A2B和车载以太网等。另外，当然也有传输带宽达到12Gbps以上的SerDes总线，也称LVDS总线，主要应用于音频、视频信号的传输。随着车辆应用交互场景的增加，越来越多的传感器、控制器对总线带宽的要求越来越高，车内不同电子器件间和不同区域之间彼此通信的需求也越来越高，这些复杂性直接导致了对总线使用上的增长。然而，几乎每个汽车电子器件都有其特定的线缆和通信要求，这必然导致车内总线布线复杂性，车内线束已成为继引擎和底盘之外车内第三大成本支出的部分，生产环节中布置配线的人工成本占整车的 $50\%$ ，车内线束重量也是继底盘和引擎之外占第三位重量要素。 “智能驾驶、智能座舱、智能网联”的趋势下，车载通信网络向着“高速、低延时、安全、互联”的方向演进。车载以太网依托单线对非屏蔽双绞线的传输介质，使用更小巧紧凑的连接器，其可减少高达 $80\%$ 的车内通信连接成本和高达 $30\%$ 的车内布线重量。为此，得到汽车与通信行业技术人员、汽车制造商与半导体公司的广泛关注，成立了OPEN、AVnu、IEEE、AUTOSAR等联盟和标准化组织，致力于车载以太网推广与使用，积极讨论制定适用于车载环境及应用的以太网标准，支持车载以太网技术应用与发展。 当然，汽车是一个既传统又现代的产品，现阶段以车载以太网完全替代传统总线是不实际的。对于典型的控制任务，基于信号的方法经历了近三十年的测试和验证。所以，基于服务的通信与基于信号的通信将在车内并存。咨询公司弗若斯特沙利文公司（Frost & Sullivan）预测，到2025年，车载以太网的市场渗透率将增加至 $80\%$ 。 # 2. 传统总线芯片 传统的车身总线 CAN/LIN/FlexRay/MOST 芯片，通常称收发器器件，负责车载总线信号 的转换，在主机内部，转换成标准的SPI（Serial Peripheral Interface，串行外设接口）、UART（Universal Asynchronous Receive Transmitter，通用异步接收/发送装置）或专用的总线低电平低压信号，实现主机系统和车身网络、传感器网络等信息交互。该类收发器芯片，主要以国际巨头恩智浦、TI（德州仪器）等为主，占据了市场 $90\%$ 以上的份额。芯力特电子科技有限公司围绕智慧电网、车联网等物联网进行相关芯片技术攻关，继成功研发CAN FD收发器芯片SIT1042后，芯力特电子再次打破国外垄断成功量产42V耐压LIN收发器芯片SIT1021。 串行-解串器芯片，主要通过LVDS信号实现音视频图像的数据传输，如摄像头信号传输，图像显示信号传输等，具有高带宽、低延时、无压缩等特点。目前占有率最高的是美信公司的GMSL和TI公司的FPD Link，几乎覆盖了市场 $80\%$ 以上份额。 # 3. 汽车以太网芯片 以太网芯片，主要包括PHY和Switch芯片（交换芯片），将车载以太网总线100Base-T1、1000Base-TI转换成标准低压的SGMII、RMII等以太网MAC接口。在以太网通信芯片领域，以太网芯片市场规模庞大，而且比较稳固，目前主要以博通（Broadcom）和美满电子（Marvel）为行业领头羊，技术领先，占据大部分市场，但恩智浦（NXP）、TI（德州仪器）、Microchip、Realtek（瑞昱）等多家公司也已布局，以更优的性价比占据一定市场份额。 车载以太网PHY芯片的主要供应商有Marvell、Broadcom、Microchip、Realtek和NXP。 Marvell与Micrel（麦瑞半导体）在2012年就发布了全球首款完全符合IEEE802.3标准的用于车载网络的以太网实体元件，最高可支持 $100\mathrm{Mb / s}$ 的速率。Micrel推出的以太网物理层芯片支持高达 $125^{\circ}C$ 的环境温度，而且针对汽车市场的需求加强了ESD保护（静电保护）。2019年1G的车载以太网PHY芯片开始量产。在CES2019，Marvell推出了1000BASE-T1汽车以太网物理层（PHY）收发器Marvell88Q2112，符合IEEE802.3bp1000BASE-T1标准草案要求。2020年11月，Broadcom宣布推出的BCM8989X是业内第一个对应NGBase-T1标准的多G车载PHY芯片。而10Gbps车载PHY芯片当前仅有Aquantia（已被Marvell收购）的AQV107。 交换（Switch）芯片的供应商主要是Marvell、Broadcom、NXP和Realtek。 Continental（大陆）旗下子公司Elektrobit与Marvell联合打造了一款车载以太交换芯片， 型号为88Q5050，用于英伟达最新旗舰Pegasus，这也是基于TSN（Time-Sensitive Network，时间敏感网络）的首次实际应用。NXP的LS1028A工业应用处理器内置了TSN转换器和TSN终端模块。TI的Sitara处理器、Renesas Electronics（瑞萨）的RZ/N1D处理器支持TSN标准。NXP和ADI（亚德诺半导体）也推出了专用TSN交换芯片。Xilinx（赛灵思）等FPGA（现场可编程逻辑门阵列）厂商，也提出了基于FPGA的TSN IP核心解决方案。在可以预期的未来，基于TSN的以太网MAC（介质访问控制）将被普遍集成到各类嵌入式SoC芯片中。 2022年9月工信部工业互联网产业联盟公布最新“时间敏感网络（TSN）产业链名录计划”，其中东土科技刚刚发布的中国首颗自主设计的TSN芯片—KD6530，成为首款进入该名录的TSN芯片。东土科技车规级时间敏感网络交换芯片可在车载以太网网关或车载多媒体网关等车内通信网络中使用。这标志着国产芯片正式进入TSN商用领域，打破该领域长期被欧美企业垄断的格局。 飞思卡尔（NXP旗下）是中央网关芯片的领导者，在2008年量产第一代以太网诊断的网关控制器MPC5667，并用在当年宝马5系和7系上。2013年量产第一片带EAVB网关的芯片MPC5604e，并用在宝马X5的360环视上。第四代MPC574x系列，以MPC5748G为最高级配置，拥有多达8个CAN接口。 # 4. 汽车以太网设备 - TSN 网络设备 TSN以太网交换机是车载网络解决方案的关键组成部分。Elektrobit（EB）于2021年11月宣布推出业界首款能够实现安全、高性能车载网络通信的车载以太网交换机固件。据Elektrobit（EB）介绍，EB zoneo SwitchCore现可用于行业领先硬件供应商的交换机，并已在量产电动汽车中得以应用。EB zoneo SwitchCore增加了智能模块的固件，能够满足增强车辆可扩展性、功能安全和信息安全的要求；提供高级网络管理和网络安全功能，例如路由、网关、防火墙以及网络入侵检测和防御系统。 Cisco（思科）IE4000系列TSN交换机提供高带宽交换（第2层)和经过验证的基于Cisco IOS软件的路由（第3层）功能，使用思科弹性以太网协议（REP）提供高度安全的访问并且支持工业协议，具有更高的整体性能、更大的带宽、更全面的功能集和增强的硬件。 Belden（百通）2017年发布的模块化管理的赫斯曼（Hirschmann）交换机类型RSPE35 和RSPE37可针对TSN技术进行升级。RSPE35和RSPE37版本支持符合IEEE1588-2008的精确时间协议（PTP），并具有FPGA模块，可以实现基于硬件的选择性冗余机制，如高可用性无缝冗余（HSR）、并行冗余协议（PRP）。 MOXA（摩莎）推出两款TSN交换机TSN-G5004和TSN-G5008，采用紧凑型设计，配有用户友好配置界面的全新Moxa web GUI，简化了网络部署。支持IEEE 802.1 AS, IEEE 802.1 Qbv等TSN协议，并将进一步提供对其他TSN协议的支持。 TTTech 推出的 PCIE-0400-TSN 网卡是基于 FPGA 的超薄型千兆以太网接口卡，支持 IEEE 802.1AS、IEEE 802.1Qbv、IEEE802.1Qbu、IEEE 802.1Qcc 等标准，用于将工控机连接到符合 IEEE 802.1TSN 的网络，具有四个 10/100/1000 Base-T 以太网端口，可用于从生产层到 IT 层的融合网络中构建确定性控制应用。 近年来，国内厂商对TSN技术的关注度持续提高，积极推进TSN相关网络设备的研发和应用。2017年起，包括华为、东土科技、研华、新华三在内的多家通信设备厂商已经研发出或正在研发TSN相关网络设备，包括交换机、网关及通信模块。 研华公司于2020年发布了EKI-8500G工业级TSN以太网交换机，采用TSN专用芯片设计，具备8个千兆RJ45端口+2个千兆SFP端口。支持IEEE802.1AS、IEEE802.1Qbu、IEEE802.1Qbv和IEEE802.1CB等TSN协议。 东土科技推出两款TSN交换机SICOM3000TSN、SICOM3028TSN及基于SDN（软件定义网络）的时间敏感网络交换机的组网管理配置平台，具有IEEE802.1Qbu、IEEE802.1Qbv、IEEE802.1Qci、IEEE802.1Qch、IEEE802.1Cr等协议功能模块。 华为2018年首次展出的中国国内第一款TSN交换机样机，支持IEEE802.1AS和IEEE1588v2时钟同步协议，支持IEEE802.1Qbv（门控调度）、IEEE802.1Qbu（帧抢占）、IEEE802.1Qci（流过滤）、IEEE802.1CB（无缝环网冗余）等TSN协议。同时打通了OPCUA至TSN协议栈，并可通过YANG模型从网络控制器对网络中TSN交换机进行集中配置。 新华三（H3C）推出两款TSN工业交换机IE4320-10S-UPWR、IE4320-10S，同时支持基于SDN的时间敏感网络交换机的网络管理配置平台，目前已支持IEEE802.1AS、IEEE802.1Qbv、IEEE802.1Qcc等TSN特性，具体性能为：转发延时最低小于10us秒，时延 抖动最高指标能达到正负2us内，802.1Qbv门控精度可达到ns级。 中国电子技术标准化研究院和华中科技大学/国家数字化设计与制造创新中心联合搭建的TSN测试床，包含当前主流的TSN交换机设备和终端设备，用于进行TSN设备的兼容性测试、互操作性测试，面向典型应用场景的网络配置和性能测试。在兼容性和互操作性测试方面，目前主要针对IEEE802.1AS、IEEE802.1Qbv和IEEE802.1Qcc的核心内容进行测试。在网络延迟和抖动等性能测试方面，主要参照正在制定中的IEEE60802标准，对8种类型网络流量的的QoS进行测试。 总体而言，目前TSN产业初具规模，产业链包括了科研机构、标准化机构、芯片厂商、设备厂商、应用厂商和测试厂商。TSN产品主要包括芯片、交换机等终端设备以及测试床。从TSN产业发展看来，国内外差距明显。大部分的TSN芯片厂商和设备厂商为国外企业。国内厂商主要以开发TSN交换机为主，但数量远远不及国外厂商。 # 2.3 政策和标准 # 2.3.1 政策 智能网联汽车作为前沿科技集聚的代表载体，已成为全球汽车产业发展的战略方向，世界各国争先围绕战略规划、法律法规、标准规范、研发创新等方面，制定滚动发展的综合性产业发展政策体系，力求在新一轮汽车产业变革中取得领先优势。 # 1. 全球智能网联汽车产业政策概况 总体上，国内外主要围绕智能网联汽车研发设计、生产准入、销售流通、测试示范、报废回收等全生命周期环节，聚焦战略规划、研发创新、法律法规、标准规范等领域，推动产业政策制定完善，加快构建支持智能网联汽车高质量发展的政策环境体系。 # （1）美国：持续弱化监管，政府主导完善政策体系 美国自动驾驶先发至，初步建立领先全球的战略规划-创新支持-法律法规-标准规范-推广应用完备综合性产业政策体系，在平衡创新与安全的基础上，总体呈现为监管持续弱化 的特征。 战略规划方面，形成连续性的产业发展顶层布局，自2010至2021年每5年发布智能交通战略，持续强调自动驾驶与V2X发展规划；自2016至2021年，陆续发布自动驾驶 $1.0\sim 4.0$ 以及综合计划，细化自动驾驶研发应用、法规标准等准则要求。创新支持方面，向自动驾驶技术研发应用提供专项资金，其中道路运输管理局累计拨款超过800万美元。法律法规方面，推进新技术车辆豁免程序、运输安全条例等既有法规的解释、修订，2017年众议院通过《自动驾驶法案》，加州、内华达州分别通过8部及4部相关法案，涉及测试、税收等多个领域。 （2）欧洲：立足商业布局，率先探索创新保险及伦理专项政策 面向自动驾驶商业的全方位布局，欧洲率先开展自动驾驶保险、责任规则及伦理道德研究，以战略规划、法律法规、标准规范为主的产业政策日益完善。 战略规划方面，聚焦自动驾驶创新、基础设施、法律、数据安全等，欧盟及成员国持续开展顶层路线设计，其中《通往自动化出行之路：欧盟未来出行战略》明确到2030年普及完全自动驾驶。创新法规方面，强调安全保障，英国《自动与电动汽车法案》率先明确保险和责任分担；德国《自动化和互联互通道德准则》是全球首个自动驾驶系统设计伦理要求。标准规范方面，着力推动跨国协同，出台《自动驾驶指导文件》。技术研发方面，面向自动驾驶技术、商业模式、保险等研究探索，英国建立了2亿英镑的专项基金，法国开展1亿欧元资助。 (3) 日本：注重法规引领，产学官共建商业应用支持政策环境 围绕智能网联汽车稳步有序的商业应用，日本持续完善以法规为引领的智能网联汽车综合政策体系，明确产学官一体的产业发展协作机制。 创新法规方面，针对合法上路、合理执法面临的瓶颈障碍，持续推进《道路交通法》、《道路运输车辆法》等法规修订，增加自动运行装置管理等新的安全标准，将自动驾驶模式下的交通事故纳入传统汽车强制保险适用范围。创新机制方面，制定国家级创新项目《SIP（战略性创新创造项目）自动驾驶系统研究开发计划》，并据此成立自动驾驶推进委员会，形成产学官一体的自动驾驶研发机制。标准规范方面，注重智能网联汽车与智能道路基础设施标准的协同推进，发布《自动驾驶汽车安全技术指南》，明确运行设计范围管理要求。 （4）国内：战略标准并重，聚焦产业指导及测试示范管理政策 从部委行动上升为国家战略，我国着力完善智能网联汽车顶层设计及基础支撑环境，逐步形成以发展规划及标准建设为核心的产业政策体系。 战略规划方面，从工信部2018年发布的《车联网（智能网联汽车）产业发展行动计划》、2020年发布的11部委《智能汽车创新发展战略》到国务院《新能源汽车产业发展规划（2021—2035年）》，智能网联汽车上升为国家战略，封闭测试、道路测试、示范应用、试运营、商业运营的发展路线基本明确。标准建设方面，奉行成体系布局、专项突破的推进模式。工业和信息化部科技司2017年开始制定并持续更新《国家车联网产业标准体系建设指南（智能网联汽车）》，明确统一的标准体系架构，并在此基础上，陆续制定《基于LTE的车联网通信安全技术要求》、《汽车驾驶自动化分级》等技术规范。 2020年10月，中国汽车工程学会《节能与新能源汽车技术路线图（2.0版）》的发布，进一步明确了构建中国方案智能网联汽车技术体系和新型产业生态，强调应围绕车载操作系统等智能网联汽车核心零部件加强攻关。 2021年8月，工业和信息化部印发《关于加强智能网联汽车生产企业及产品准入管理的意见》，要求加强汽车数据安全、网络安全、软件升级、功能安全和预期功能安全管理，保证产品质量和生产一致性，推动智能网联汽车产业高质量发展。 2021年11月工业和信息化部印发了《“十四五”软件和信息技术服务业发展规划》，指出提升应用软件、平台软件、嵌入式软件等产业链中游的软件水平，充分释放“软件定义汽车”创新活力。 2021年12月，中国智能网联汽车产业创新联盟牵头编制的《智能网联汽车团体标准体系建设指南》（2021版）指出，以“3+N”智能网联汽车相关标准研究框架、智能网联汽车技术路线“三横两纵”技术体系为基础，构建中国方案智能网联汽车团体标准体系。 这一系列举措为智能网联汽车发展指明了方向，同时也要求汽车电子电气架构能够适应汽车智能化、网联化、共享化及数字化的发展趋势，与时俱进。 # 2. 全球智能网联汽车产业发展支持体系 未来5年是智能网联汽车场景式规模部署及早期商业探索的快速突破期，世界各国力图构建智能网汽车从上路、使用、监管、商贸到生态的完整产业发展支持政策体系，力促既有政策障碍破除及新技术发展基础强化。 (1) 力推合法上路，以有条件的商业运营寻求产业自我造血的破解之道 率先推动智能网联汽车有条件的运营落地，是当前各国力推行业自我造血，支撑新技术迭代可持续演进的首要举措。 面向成熟产品的商业应用法规需要一定周期的探索和验证，其他国家主要从解释及修订现有法规，从豁免及有条件商用部署的角度平衡创新发展与安全保障，为近期产业投入与合理运营造血提供支持。例如，美国政府计划进一步简化新技术车辆豁免申请法规、修改调整道路运输条例中有关车辆操作、维修等内容，支持符合条件的智能网联汽车上路运营，并于2021年向Nuro自动驾驶低速配送车辆发放运营许可，允许提供收费服务。我国于2021年由工信部发布的《智能网联汽车道路测试与示范应用管理规范（试行）》支持示范应用，并探索推动高速公路测试工作；地方也有开启智能网联汽车政策先行区高速公路及城市快速路测试。 (2) 加快产业落地，支持出行体系重新定义下的关键技术及理论突破 自动驾驶系统替代驾驶员实现环境感知、决策控制及人车路交互，需要汽车产业由车辆制造向高精度传感器、智能算法软件、车联网等新技术拓展，叠加智能移动空间出行模式引领的交通服务与管理重构，新技术与新理论突破作为迎接未来交通的基础储备已成为各国共识。 技术突破方面，欧盟推出《Horizon2020》、《GEAR2030》，重点强化自动驾驶、网联驾驶技术研发支持，开展C-ITS系统研究试点；我国出台《智能汽车创新发展战略》，提出开展复杂系统体系架构、复杂环境感知、车路交互等关键基础技术研发。理论突破方面，美国《自动驾驶综合计划》提出推进自动驾驶对现有政策体系影响、自动驾驶提升交通运输效能等理论研究。 (3) 创新安全监管，强化车辆运行状态的实时监测与多源数据要素保障 智能网联汽车实时动态联网是其核心功能体系，涉及车云、车车、车人、车路、车内等五个通信场景，加上公众出行偏好等行为数据将是交通服务潜在盈利点之一，如何防范网络安全漏洞、信息数据泄露、网络攻击等是各国以强化监管促进产业发展的重要关注方向。例如，美国在其系列自动驾驶政策3.0~4.0均将网络安全及隐私保护作为基本原则，并推进自动驾驶数据开放平台建设，向公众展示自动驾驶运行区域、部署规模、运营企业、事故状态等实时数据，初步具备自动驾驶车辆运行监管能力。我国于2021年由工信部发布了《智能网联汽车生产企业及产品准入管理指南（试行）》和《关于加强智能网联汽车生产企业及产品准入管理的意见》，要求加强汽车数据安全、网络安全、软件升级、功能安全和预期功能安全管理。 (4) 蓄力市场竞争，开展产品流通的标准规范-基础设施-协作机制探索 毋庸置疑，当前处于智能网联汽车商业运营前夜，面向未来智能网联汽车全场景运营及成熟商品发展阶段的自由商品流通，各国争先前瞻性布局国际化标准、认证体系等未来汽车产业价值分配制高点。例如，欧盟推出《合作式智能交通系统战略》，建立完善成员国内部统一的车路协同标准体系，破除贸易壁垒，为未来商品流通做好储备。美国积极参与国际智能网联汽车组织及国际标准制定，推动七国集团自动化和联网驾驶专家组成立，健全未来国外市场转入环境。另外，智能网联汽车技术仍处于探索发展阶段，技术路径、商业模式、潜在影响有待进一步打磨及迭代，各国高度关注政府与行业企业、研究机构、社会公众的协同发力的生态圈共建机制建设，政府引导、支持并监管新技术发展，行业企业、研究机构推动产品突破与理论研究，公众认可并监督新技术应用。 # 3. 智能网联汽车产业政策的若干建议 当前世界新一轮科技革命和产业变革如火如荼，应主动推动智能网联汽车产业升级、出行模式重构，积极应对技术路径的不确定性，从战略路线、法规政策、技术研发、配套环境、产业生态等方面，构建智能网联汽车综合性产业政策体系，实现政府上层引导、企业底层自驱、行业协同共建的完整覆盖，推动形成全生命周期各环节齐头并进的行业发展格局。 (1) 发挥战略路线顶层引领作用 立足技术发展阶段性特征、已有基础及自身潜能研判，理念上从赶超转变为领跑，加快 明确智能网联汽车产业发展路线图，包括场景到全域的应用时间表、主流技术方案、产业链空间分布及区域互补策略等部署计划。推进上下协同，鼓励有条件的地区在国家宏观路线的基础上出台地方特色推进路线。 # （2）有序推进法规政策制定完善 面向智能网联汽车合法上路、合规商用、合理执法等近期迫切需求及长期发展需要，一是推动既有相关法规适应性修订或编制智能网联汽车专用法规，建议率先探索智能网联汽车豁免上路机制，支持标准尚未完善但技术稳定成熟的细分场景开展运营收费，同时逐步制定面向全面商用的认证、准入、责任认定等法规。二是建立滚动更新型支持政策，当下技术探索阶段，鼓励并资助在有条件的区域开展试运营，未来随着规模扩大及逐步成熟后，则偏重模式规范及效益奖惩。 # (3) 提升关键核心技术研发能力 技术尚未完全成熟、新技术对既有交通体系影响的不确定性是当前制约自动驾驶发展的底层瓶颈，建议提升关键核心技术研发支持力度，通过重点研发计划、重大科技专项、企业税收优惠等措施，对车规级量产零部件、复杂环境智能决策控制算法及平台、自适应敏捷组网理论等技术突破给予资助。 # （4）加快搭建新型开放配套设施 紧扣新基建战略窗口期，充分发挥5G、卫星互联网、智能交通等细分领域与智能网联汽车的协同共进作用。一是研究制定智慧道路建设规划及保障政策，明确智慧道路功能等级划分、部署计划、建设运营职责及资金资助政策等。二是推进面向全量测试服务的封闭测试场建设，由当前的场景测试及评估，向基于实际运行情况的多功能一体化测试、混行驾驶能力评估、按需响应服务模式等全量测试服务转变，提升测试场评估科学性。 # （5）提升产业生态协同创新能力 鼓励行业企业协同突破、差异化发展。一是支持产业链上下游联合开展技术攻关及应用，推进激光雷达等关键零部件、整车制造、决策控制整体解决方案、车路协同设备、出行服务商等产业链上下游企业强强联合，形成产业链各环节产销高效对接可持续发展格局。二是支 持团体标准突破，鼓励企业、科研机构、高校组建具有国际影响力的联盟平台，优先资助团体标准制定，并支持向行标、国标乃至国际标准迭代，以点带面加快培育行业国际竞争力、抢占关键领域话语权。 # 2.3.2 标准 # 1. 软件架构标准化组织和软件平台规范 AUTOSAR（Automotive Open System Architecture，汽车开放系统架构），是一家致力于制定汽车电子软件架构标准的联盟，成立于2003年，由全球汽车制造商、部件供应商及其他电子、半导体和软件系统公司联合建立，致力于建立一个标准化平台，为独立于硬件的分层软件架构制定各种车辆应用接口规范和集成标准，为应用开发提供方法论层面的指导，以减少汽车软件设计的复杂度，提高汽车软件开发的灵活性和效率，以及在不同汽车平台的复用性。AUTOSAR以OSEK/VDX为基础，但涉及的范围更广。截至目前，AUTOSAR组织已发布Classic Platform和Adaptive Platform两个平台规范，分别应对安全控制类和自动驾驶的高性能类软件功能。Classic AUTOSAR平台基于OSEK/VDX标准，定义了安全车控操作系统的技术规范。AUTOSAR组织为应对自动驾驶技术的发展推出了Adaptive AUTOSAR平台，其主要特点是采用面向服务的架构（SOA），服务可根据应用需求动态加载，可通过配置文件动态加载和配置，并可进行单独更新，相对于Classic AUTOSAR，可以满足更强大的算力需求，更安全，兼容性好，可进行敏捷开发。Adaptive AUTOSAR平台是适应新一代电子电气架构下的集中式计算需求而产生的，但只是整车功能中的一小部分，缺乏从整车电子电气系统视角考虑信息安全、功能安全、通信等需求。 国内汽车基础软件架构产业及标准化发展整体较晚。2020年，国汽（北京）智能网联汽车研究院有限公司、华为技术有限公司等16家单位联合起草和发布了《智能驾驶功能软件平台设计规范》；全国汽车标准化技术委员会研究并发布研究报告《车载操作系统总体技术要求》（2021年）、《车载操作系统架构研究》（2021年），并且将进行研制国家标准《智能网联汽车 车载操作系统技术要求及试验方法》；中国汽车工业协会和中国汽车基础软件生态委员会从2020年开始研究并于2022年9月发布了最新版《中国汽车基础软件发展白皮书3.0》；中国智能网联汽车产业创新联盟于2022年8月发布了《车载智能计算基础平台SOA软 件架构白皮书》。 # 2. 接口标准化与互操作性 接口标准化主要涉及原子服务接口与硬件抽象接口。其中原子服务是实现一定的数据融合或控制逻辑的功能模块。对于作为服务的最小单位和单一执行实体（如传感器、执行器）进行抽象，通过API（应用程序编程接口）向上提供单一功能的服务接口，一次开发多次重用，最大化提升开发效率。硬件抽象接口需要为上层提供完备的设备访问能力，而又隐藏硬件实现的细节，从而实现硬件逻辑和应用程序逻辑的分离。上层服务通过规范的接口调用所需的硬件服务，无需了解底层实现，无需关心硬件的初始化、反初始化、故障重启恢复等细节的具体实现形式。 国内已有相关组织逐步开展设备抽象和原子服务接口的标准化研究工作。中国汽车工业协会 SDV 工作组 2021 年起陆续发布《软件定义汽车原子服务接口参考规范》系列规范，原子服务 API 覆盖车身域、运动控制域、热管理、能量管理，以及设备抽象 API 覆盖车身域、热管理、动力域、底盘域。中国汽车工程学会在研团体标准包括《车控操作系统功能软件架构及接口要求》、《智能网联汽车设备抽象与感知服务接口规范》等。 # 3. 车载总线标准化组织和标准 # （1）国际标准组织 # LIN LIN是由摩托罗拉与奥迪等知名企业联手推出的一种新型低成本开放式串行通讯协议，主要用于车内分布式电控系统，尤其是面向智能传感器或执行器的数字化通讯场合。主要应用于电动门窗、座椅调节、灯光照明等控制。LIN联盟成立于1999年，最初的成员有奥迪、宝马、克莱斯勒、摩托罗拉、博世、大众和沃尔沃等，最新发布了LIN V2.2版。 # CAN CAN 协议已经由 ISO 标准化，有 2 个版本，如 ISO11898 和 ISO11519-2，它们之间在数据链路层没什么不同，但是在物理层有些区别。ISO11898 标准用于高速 CAN 通讯。最初数据链路层和物理层都在标准 ISO11898 中规定，后来被拆分为 ISO11898-1（仅涉及数据链路 层）和 ISO11898-2（仅涉及物理层）。ISO11519 标准用于低速（最高 125kbps）CAN 通讯。除了 ISO，工业标准组织如汽车工程师协会（SAE，Society of Automotive Engineers）也进行了 CAN 的标准化。同时一些私立研究机构和公司也进行了 CAN 的标准化，比如博世 1991 年发布了 CAN2.0 技术规范。 为促进CAN以及CAN协议的发展，1992在欧洲成立了国际用户和厂商协会CiA（CAN in Automation），协作开发和支持各类CAN高层协议。CAN接口已经被公认为微控制器（Microcontroller）的标准串行接口，应用在各种分布式内嵌系统。目前CiA协会积极将CAN FD带入中国。 MOST 是一种专门针对车内使用而开发的、服务于多媒体应用的标准的高速数据传送系统，是汽车行业合作的成果，而不是正式的标准。90 年代中期，由宝马公司、戴姆勒克莱斯勒（DaimlerChrysler）公司、Harman/Becker 公司（音响系统制造商）和 Oasis Silicon Systems 公司联合推出。 # 车载以太网 在车载以太网的标准化方面，以下四个标准化组织或联盟起到了主要的推动作用，分别为IEEE802.3和IEEE802.1工作组、AUTOSAR联盟、OPEN联盟以及AVnu联盟。 IEEE即电气和电子工程师协会，对车载以太网的物理层和上层通信协议进行标准化。其中IEEE802.3主要负责定义传输物理层的标准，车载以太网技术是在IEEE802.3基础上开发研制的，因此IEEE是目前最为重要的车载以太网国际标准化机构。IEEE802.1则主要负责定义数据链路层中的标准。为了满足车内的要求，涉及到IEEE802.3和802.1两个工作组内的多个新规范的制定和原有规范的修订，包括PHY规范、AVB规范、单线对数据线供电等。另外，AVB中有关AV的传输、定时同步等规范还需IEEE的其他技术委员会的标准化，如IEEE1722、IEEE1588等。 OPEN 联盟（Open Alliance）于 2011 年 11 月由博通（Broadcom）、恩智浦（NXP）、宝马（BMW）等发起成立的开放产业联盟，通过推进 BroadR-Reach 单对非屏蔽双绞线以太网传输技术的标准化和车载以太网标准的完善逐步实现车载以太网技术标准的开放系统的创建。 AUTOSAR 是由汽车制造商、供应商以及工具开发商发起的联盟，旨在制定一个开放的、 标准化的车用软件架构。AUTOSAR 的规范包括车用 TCP/UDP/IP 协议栈。AUTOSAR 联盟的标准化工作从 AUTO-SAR 4.0 版本开始包含车载以太网相关内容，主要为 DoIP（通过互联网协议进行诊断通讯）协议，新版本中已经支持车载 Ethernet AVB 以及 SOME/IP 协议。 AVnu 联盟是由博通联合思科、哈曼和英特尔等成立，关注车载以太网上层协议，致力于推广 IEEE 802.1 的 AVB 标准和时间同步网络（TSN）标准，创建了一个可互操作的生态系统的社区，建立认证体系，并解决诸如精确定时、实时同步、带宽预留以及流量整形等重要的技术和性能问题。目前，AVnu 已发布其车载以太网 AVB 的认证测试规范，并已认证了多个型号的产品。 新一代网络技术时间敏感网络（TSN）是一项从音视频领域延伸至工业、汽车、移动通信领域的技术。目前，IEEE等组织均在制定基于TSN的车载以太网、工业互联网等的网络互操作性标准与规范，其发展演进详见下图2-13。 图2-13 TSN标准发展概况 TSN为以太网协议的MAC（MediaAccessControl，介质访问控制）层提供一套通用的时间敏感机制，在确保以太网数据通讯的时间确定性的同时，为不同协议网络之间的互操作提供了可能性。如图2-14所示，已经发布的TSN系列规范大致分为四个部分：时间同步、调度延时、可靠性、资源管理。 图2-14 TSN标准主要内容 # （2）国内标准化组织 # TSN SAC/TC 28：全国信息技术标准化技术委员会数据通讯分技术委员会（SAC/TC 28/SC 6）正在制定 2 项 TSN 的国家标准，一是《信息技术 系统间远程通信和信息交换 局域网和城域网 桥接和桥接网络》（计划号：20190835-T-469），该标准修改采用 ISO/IEC/IEEE 8802-1Q:2016 国际标准。二是《信息技术 系统间的远程通信和信息交换 局域网和城域网 桥接局域网用时间敏感应用的定时和同步》（计划号：20194195-T-469），该标准修改采用 ISO/IEC/IEEE 8802-1AS:2014 国际标准。两项标准规定了 TSN 的关键技术和主要的协议机制。 SAC/TC 124：全国工业过程测量控制和自动化标准化技术委员会也在研究 TSN 在工业领域应用。正在制定《基于时间敏感技术的宽带工业总线规范 AUTBUS》（计划号：20194001-T-604）。 CCSA：中国通信标准化协会（CCSA）也在进行确定性网络的标准化研究工作，研制《超高精度时间同步接口要求》（计划号：2019-1248T-YD）、《增强型同步设备时钟技术要求》（计划号：2019-1250T-YD）、《路由域通用YANG数据模型技术要求》（计划号：2019-1276T-Y）相关通信行业标准。 # 无线短距通信 在成本控制、汽车轻量化以及灵活部署等方面的诉求驱动下部分有线功能展现出无线化趋势。星闪联盟（SparkLink Alliance）2020年9月成立，目标是推动新一代无线短距通信技 术SparkLink的创新和产业生态，承载智能汽车、智能家居、智能终端和智能制造等快速发展的新场景应用，满足极致性能需求。为了满足产业发展需求，星闪联盟识别包含智能网联汽车领域在内的应用场景及需求，于2022年11月发布星闪1.0标准。星闪标准体系主要由星闪接入层规范、基础服务层规范、基础应用层规范及其配套的支撑性规范构成。 # 4. 功能安全/预期功能安全标准 为了完全满足自动驾驶车辆的安全保障需求，全球汽车工业领域亟需建立全新的自动驾驶安全评判准则体系，以指导正向设计开发和测试评价工作。国际标准化组织ISO下设的功能安全工作组（ISO/TC22/SC32/WG8）于2016年2月启动了预期功能安全ISO21448的制定工作。经WG8功能安全工作组组内起草、协商一致，于2019年1月，以PAS（可公开提供规范）形式发布了ISO/PAS21448。ISO于2022年6月正式发布《ISO21448道路车辆预期功能安全：2022》（Road Vehicles-Safety Of The Intended Functionality，简称SOTIF）。 为加快推动功能安全和预期功能安全（SOTIF）技术和标准在国内应用和实施，全国汽车标准化技术委员会汽车电子与电磁兼容分技术委员会（SAC/TC114/SC29）下设的道路车辆功能安全标准研究制定工作组，制定了“中国功能安全（Functional Safety）和预期功能安全（SOTIF）技术和标准研究中长期规划（2020-2025）”、“中国功能安全（Functional Safety）和预期功能安全（SOTIF）技术及标准体系”；道路车辆功能安全标准研究制定工作组ISO/TC22/SC32/WG8 中国专家组发布了《预期功能安全国际标准ISO21448 及中国实践-白皮书》。 # 5. 信息安全标准法规 ISO/SAE 21434 规定了有关道路车辆电子电气系统（包括其组件和接口）的概念、开发、生产、经营、维护和停用阶段的网络安全风险管理要求。SAE J3061 将分为三个部分，第一部分将定义 AcSIL 和 TARA 分析方法；第二部分侧重于供应商硬件和软件安全测试方法的概述；第三部分侧重于使用测试工具的概述。SAE J3061 还致力于指导硬件信息安全以及如何保护 OBDII（The Second On-Board Diagnostics，汽车诊断第二代系统）接口。 国际电信联盟ITU致力于智能交通系统的安全问题，重点考虑V2X通信，也考虑了车载系统信息安全问题。 联合国经济及社会理事会欧洲经济委员会中内陆运输委员会道路交通分委会下属的车辆结构工作组（WP.29）起草了车辆网络安全和远程软件升级法规。针对信息安全的要求主要分为两大方面，即信息安全管理体系认证（Cyber Security Management System，以下简称“CSMS 认证”）和车辆型式审批。CSMS 认证主要审查整车企业是否在汽车的全生命周期中制定了信息安全相关的流程，以确保汽车全生命周期中都有对应的流程措施。各流程实施于开发、生产、量产运维各个阶段，保证信息安全设计、实施及响应均有流程体系指导；车辆型式审批则是针对 整车企业信息安全开发中具体的工作项进行审查，旨在保证实施于车辆的信息安全防护技术在进行审查认证时足够完备。 美国在AV1.0~4.0基础上发布《自动驾驶综合计划》，明确智能网联汽车发展愿景及目标；强调安全第一，通过豁免机制鼓励智能网联汽车设计创新；各州加速智能网联汽车立法，推动道路测试、示范应用及商业化探索。欧盟通过法律法规修订、编制最佳实践等方式，强化数据安全管理与数据应用，欧洲各国加速完善法律法规环境，支撑L3、L4级智能网联汽车的商业化应用。 AUTOSAR 标准定义了车辆软件网络安全标准，包含三个主要安全机制，加密服务管理（CSM）、加密抽象层（CAL）和车载安全通信（SecOC）。Adaptive AUTOSAR 提供了多种加密操作的唯一标准接口，并将加密服务程序进行分组，每组实现特定的加密功能。加密服务程序包括：加密服务程序、密钥存储程序、X.509 证书管理程。 国内汽车信息安全标准研制情况如下。2021年国家市场监督管理总局发布了四项汽车信息安全国家标准，GB/T40861-2021《汽车信息安全通用技术要求》、GB/T40856-2021《车载信息交互系统信息安全技术要求及试验方法》、GB/T40857-2021《汽车网关信息安全技术要求及试验方法》、GB/T40855-2021《电动汽车远程服务与管理系统信息安全技术要求及试验方法》规定了汽车及远程服务与管理、信息交互系统、网关产品等方面的信息安全要求及试验方法。 2022年3月工业和信息化部印发《车联网网络安全和数据安全标准体系建设指南》，提出到2023年底，初步构建起车联网网络安全和数据安全标准体系。重点研究基础共性、终端与设施网络安全、网联通信安全、数据安全、应用服务安全、安全保障与支撑等标准，完成50项以上急需标准的研制。 # 2.4 产业技术发展趋势 # 2.4.1 电子电气架构演进 传统汽车采用的分布式EEA因计算能力不足、通讯带宽不足、不便于软件升级等瓶颈，无法满足现阶段汽车发展的需求，EEA升级将助力智能汽车实现跨越式革新。博世提出了众所周知的电子电气架构技术路线图，并描绘了未来电子架构的主要特征及可能的实现时间点。其中的两个重要标志性节点依然值得强调，即DCU（域控制器）或HPC（高性能计算机）平台的出现，以及统一的基础软件平台的出现，标志着EEA的本质进化。 （1）在基于域控的集中式架构之下，各个功能部件均成为独立的域，在每个域之下有相应的控制功能集合。域与域之间可以做到安全隔离，也可以根据需求进行通信和互操作，形成类似以太网总线上的计算机局域网，变成了松散耦合的架构。 各域控制器完成各自的的数据处理，并在域本地完成决策，只通过中央网关与其它域控制器交换所需数据。其中，与自动驾驶相关的传感数据由自动驾驶域控制器处理后进行决策。 （2）跨域融合架构：为进一步提升性能，满足协同执行又减少成本，跨域融合集中化方案应运而生，即将两个或者多个集成型域控制器合并为一个域控制器。比如动力域和底盘域的合并、车身域与智能座舱域的合并，座舱域和自动驾驶域再集成至同一控制器硬件，达到部分程度的中央域控。该架构示意图如下图2-15所示： （3）在未来，随着高级别自动驾驶的规模化应用，汽车电子及软件功能大幅增长，架构形式将向基于中央计算平台的整车集中式电子电气架构演进：各采集、执行节点将原始数据通过网关传输到中央控制器处理，所有数据的处理与决策制定都在这里完成。其中，与自动驾驶相关的传感数据也将由中央控制器处理后进行决策。该架构示意图2-16如下所示： 图2-15 域集中式电子电气架构 图2-16 整车中央集中式电子电气架构 （4）最终电子电气架构将向车路云协同架构发展。车路云协同架构是利用新一代信息与通信技术，将车、路、云的物理层、信息层、应用层连为一体，进行融合感知、决策与控制，可实现车辆行驶和交通运行安全、效率等性能综合提升的一种信息物理系统。 目前，少部分整车企业的EEA已经处于跨域融合阶段向整车中央集中化阶段转型过程。但大多数车企的EEA的发展现在正处于由域控集中阶段向域融合阶段转型的过程中，其显著特征是：第一，DCU的出现使ECU标准化且数量大幅减少，并直接带来“降本”和“增效”。第二，智能传感器/执行器数量增加；传统功能导向的ECU+传感器集成方案中的算力会被剥离并集中到DCU里，同时传感器本身也需具备基础算力，以便与DCU沟通。第三，软件开始独立于硬件，但并未完全分离。一些独立的功能仍然依靠ECU实现，但抽象层（Abstraction Layer）的出现是未来实现软硬件完全分离以及域融合的重要基础。第四，中央网关与各个域之间可通过以太网通讯。 而整车中央集中化阶段和跨域融合阶段的本质不同是：一，软硬件完全分离，且所有的ECU/DCU共享同一套基础软件平台。二，相互独立的功能应用搭载在一套高算力的车载计算机（HPC）上，且它的算力远超阶段二的DCU。三，基础软件平台+功能独立+HPC将带来规模化，即一套架构可以承载任何形式、数量的功能及服务。 目前EEA的演进主要集中在上述三个阶段之间，但并未存在明显的分界点。因此，基于对这套路线的基本共识，车企与全球领先供应商根据自身技术规划、车型平台和内部能力等制定适合自己的方案，以至于目前几乎没有两家车企在架构上完全相同。其中，特斯拉已经处于域融合阶段向整车中央集中化阶段过渡，而传统车企大多仍处于域融合阶段甚至域控集中阶段。 传统车企在统一战线应对特斯拉带来的冲击时，也形成了各具特色的EEA。目前，行业内没有统一的架构设置标准，却有相似的划分原则。由于采用渐进式改革，大部分传统车企（尤其是豪华品牌）短期内会定义出3-5个域，包括整车控制（底盘与动力总成）、ADAS（高级驾驶辅助系统）/自动驾驶与安全、信息娱乐（IVI）、车身和互联互通；其中，ADAS与IVI会通过以太网与中央网关相连接，以保证数据传输的低延迟与大流量。不管是特斯拉还是传统车企，领先者都不会局限于跨域融合阶段的DCU架构，因为它只能带来短期的降本与功能创新，若要实现长期效益，就必须实现新架构平台的规模化，从软件入手。 EEA由分布式ECU向域集中/整车中央集中架构方向发展主要好处在于：第一、算力利用率更高，汽车在实际运行过程中，大部分时间仅部分芯片执行计算工作，而且未满负荷，导致分散的各个独立功能的ECU运算处理能力处于闲置中，采用计算集中域控制器架构方式，可以在综合情况下，最大化利用处理器算力，不造成浪费。第二、统一交互，实现整车功能协同，传统分布式ECU在执行器、传感器、控制器、软件算法等方面都是紧耦合设计，造成跨部件跨ECU级特性设计和开发效率低、升级困难等问题；新一代架构实现软硬件解耦，减少ECU数量，实现真正意义上的整车级特性开发，提高更新迭代速度和缩短产品上市时间，并大幅度降低汽车开发和升级改款成本。第三、缩短整车线束长度和重量，降低故障率，传统分布式ECU造成线束错综复杂和长度不可控，以及导致电磁干扰，故障率提升；新一代架构实现执行器、传感器等部件区域接入，缩短线束长度从而降低整车重量。 # 2.4.2 整车计算平台形态演进 整车计算平台主要分为三个部分，自动驾驶集成平台（ADIP，Automated Driving Integration Platform）、车控集成平台（VIP，Vehicle Integration Platform）以及座舱集成平台（CIP，Cockpit Integration Platform）。VIP的主要功能范围是集成动力控制、车身控制、网关功能以及区域控制器控制和管理；ADIP的主要功能范围是高阶自动驾驶、驾驶辅助以及车辆运动控制；CIP的主要功能范围是娱乐以及网联的功能集。同时它们之间都有功能交集，正是因为这些功能交集的存在，整车计算平台的形态也会存在多种，如下图2-17。 图2-17 整车计算平台功能交集（博世） （1）针对 $\leq$ SAE Level 2+ 应用场景，如下图 2-18 所示有三种模式： 图2-18整车计算平台三种模式（≤SAE Level 2+） Pattern A: 三个集成平台之间相对独立，适合于 L2+应用； Pattern B1: CIP 集成了 L2+ 的驾驶辅助功能; Pattern B2: VIP 集成了 L2+ 的驾驶辅助功能; Pattern C: xIP（Cross-domain Integration Platform，跨域集成平台）集成了所有，通常ADIP和CIP整合在一起也属于这个范畴； Pattern B2 方案，目前的解决方案主要还是外扩一个单独的算力芯片进行驾驶辅助的感知等处理。 Pattern B1 方案，目前以及下一代的座舱芯片已有足够的算力去直接集成驾驶辅助的功能，无需单独的硬件芯片，一些整车企业已经把集成泊车功能作为第一步，进一步集成 L2+ 的行车功能。 VIP功能主要用来实现动力控制、网关以及车身等基础功能，对于实时性有很高的要求。驾驶辅助功能是以数据驱动的开发方式，持续频繁地进行软件迭代。把VIP和辅助驾驶功能糅合在一起，复杂程度会很大，并且在成本效率上也没有明显优势。因此Pattern B1方案会优于Pattern B2方案。 总体而言，Pattern A 目前仍然会是实现 L2+ 的主要架构形式，单独的 ADIP 允许接入更多的传感器，可以实现更多的功能场景；针对 L2+ 的应用，Pattern B1 会优于 Pattern B2；长期发展方向会向着 Pattern C 去演变。 （2）针对 $\geq$ SAE Level 3 应用场景，如下图 2-19 所示有三种模式： 图2-19整车计算平台三种模式（ $\geq$ SAELevel3） 针对 $\geq \mathrm{L3}$ 应用，自动驾驶的冗余是必要的： Pattern A: ADIP 内部或外部冗余 Pattern B1: ADIP 和 CIP 组成冗余 Pattern B2: ADIP 和 VIP 组成冗余 Pattern C: xIP 内部实现冗余 总体而言，针对 L3 或以上的应用，Pattern A 优于 Pattern B1，Pattern B1 优于 Pattern B2；长期发展方向会向着 Pattern C 去演变。 # 2.4.3 构建SOA（面向服务架构） # 1. SOA（面向服务架构） 面向服务的架构SOA（Service-Oriented Architecture）是一种软件架构设计的理念和方法论，也是IT行业企业软件的一种主流架构风格，是一个架构组件模型，将软件组件（称为服务）通过定义良好的标准接口和服务契约联系起来。SOA架构需从传统电子电气架构的“面向信号”转变为“面向服务”，将功能独立出来。 其核心内涵即从本质上通过复用、松耦合、互操作等机制来提高软件质量、加快软件研发效率、使研发出来的产品能够交互并灵活适应业务变化。 目标是如何最大限度地减少应用（或业务）变化对已部署或正在运行的软件系统带来最小的冲击，以满足长期治理的需求，实现服务架构随应用变化可持续性演化。 # 2. 软件的工业化生产3 面对车载软件庞大且仍在增加的软件代码量，汽车行业开始借鉴ICT（信息通信技术）行业的“软件工厂”理念。比如戴姆勒旗下的全资软件开发公司MBition正在打造软件工厂，根据开发项目需求，通过对软件组件的标准化、结构化运用，实现快速开发。正如传统制造业在上世纪初引入福特式流水线生产那样，软件开发也正在从“定制化手工制作”向“自动化产线制造”转变。 软件工厂需为开发者提供可行的软件框架、配套的开发指令、预设的程序模板、可复用的代码以及伴随开发进程可以连续测试的环境。在此基础上，当软件工厂收到一项开发需求时，开发者能够根据工厂现有能力拆解需求模块，并将其分配至各个“产品线”，每个产品线再根据新需求识别可以复用和需要新开发的部分，判断开发工作所需资源，最后部署开发、 测试工具并完成任务。相比于传统的“手工”开发模式，软件工厂可以提升软件产品的一致性、品质和开发效率，提前识别开发工作量，前置风险，使整个开发和部署流程更可预测，大大提升了车企对软件工作的资源配置和进程管控能力。 # 3. 软件与服务成为差异化的关键 汽车电子电气架构的变革使得汽车硬件体系趋于集中化，软件体系的差异化成为汽车价值差异化的关键。科技公司进入汽车行业推动了供应链生态体系的变化，汽车产业链逐渐从整车企业、一级、二级供应商的线性关系演变为更加复杂的整车企业、供应商和科技公司均参与的汽车新生态体系，以及整个产业覆盖汽车全生命周期的网状关系。商业模式上也从出售汽车硬件发展为出售硬件与后续服务的转变。研发流程也从软硬件集成开发转变为软硬件解耦的独立开发。新的整车电子电气架构构成了未来智能网联汽车的核心，软件和服务能力将成为未来汽车产业里最为重要的竞争力。 # 4. 标准化的软件架构将逐步建立 汽车软件架构走向分层化、模块化，使得应用层功能够在不同车型、硬件平台、操作系统上复用，并且可以通过标准化接口对应用功能进行快速迭代升级。未来随着智能网联汽车的应用场景越来越丰富和逐渐固化，在面向服务设计思想下，在容器化和虚拟化技术的支持下，汽车硬件设备趋向于具备通用性、算例化和标准化特性。系统软件和功能软件将是汽车行业技术研发和应用的重点。整车企业将更多聚焦在产品定义、应用算法开发及系统集成匹配等方面，而底层共性的基础软件架构等可由专业的供应商提供。 # 5. 汽车产业格局将被重塑 在软件定义汽车时代，整车企业为了掌握主导权并降低高昂的研发成本，往往会选择直接与具备较强的独立算法研发能力的软件供应商合作，因此这些软件供应商一跃成为了Tier1厂商。未来，软件供应商的盈利模式有望发生转变，基础平台开发以许可费的形式收费，功能模块以版权费的形式收费及定制化的二次开发费用等。“硬件预埋，软件升级”成为当下车企的主流策略，至2025年将成为L3及更高级别自动驾驶发展的关键节点，具有领先软件和算法能力的车企、软件供应商有望获得重要发展机遇。 从长期来看，SOA将重构汽车生态，汽车行业或将复制PC和智能手机的软件分工模式。 车企可通过自建或与供应商合作搭建操作系统和SOA平台，引入大量算法供应商和合作伙伴等形成开发者生态圈，汽车行业上下游参与者各自的角色与定位将发生根本性变化。 # 2.4.4 通信架构升级 随着新一代架构的发展和自动驾驶的应用，车载网络技术的发展趋势为高带宽、低延时、高可靠、车云协同（如图2-20所示）。汽车网络通信系统朝向多网络、高带宽、低延时、多冗余、高可靠等方向发展，同时打破核心技术垄断，提升自主化率，逐步实现引领超越。 图2-20 车载网络技术趋势 预计至2025年，CANFD-XL、10Base-T1S、2.5G+Base-T1等车载总线技术将趋于成熟，逐渐量产应用。 预计至2025年，随着中央计算+区域控制器的架构逐渐实施，将逐渐发展为以1G+车载以太网为骨干网的网络架构，结合AVB/TSN、SOME/IP、DDS等传输协议，解决低时延、高带宽、高同步、高冗余应用场景传输需求。 通信技术正在快速演进中，从CAN到CANFD到CANXL，从100M以太网到1G以太网到2.5G以太网，甚至10G以太网的技术。 自动驾驶需要以更快速度采集并处理更多数据，传统汽车总线无法满足低延时、高吞吐量要求。因此，集带宽更宽、低延时等诸多优点的以太网有望成为未来车载网络骨干。2015年首个车载以太网规范100Base-T1发布，仅需要一对双绞线进行传输，可以减少 $70 - 80\%$ 的连接 器成本，减少 $30\%$ 以上的重量，并且能够有效的满足车内 EMC（电磁兼容性）电磁干扰的要求。随着 1000BASE-T1 以及更高带宽 NGBase-T1 以太网标准的不断推出，以太网有望成为未来智能汽车时代的车载主干网络。不过为了不使零部件成本和线缆重量急剧增加，并且尽可能降低技术升级带来的安全风险，各域内依然保持 CAN/CAN FD 的连接架构。 # 2.4.5 功能安全、网络安全升级 随着汽车智能化程度的不断提高，面对车内外通信的复杂环境和未知情况，必须提高安全策略级别以应对复杂多变的外部环境。汽车架构的初期设计中需充分考虑安全保障，并在在整个产品使用生命周期内确保安全性。根据新一代电子电气架构的正向开发方式，利用用户思维、软件思维和硬件思维从整车、系统和部件的角度开展从上到下的架构设计，将安全体系融入其中，并在汽车的整个生命周期内对安全保障进行维护。汽车的智能化使得监管和法规将《机器人安全总则》三法则延伸到汽车产业上。所以最近这十年来，汽车安全的监管和法规呈现三个趋势： （1）从结果安全逐步向架构、设计、开发、构建、集成与测试、生产制造等全过程安全可控扩展； （2）从功能安全向网络、数据、隐私等安全与合规扩展；汽车数字体验需要不断地获取数据和服务，而且功能要始终保持更新，因此必须从一开始就在系统开发中考虑数据安全； （3）从整车安全向每个部件安全扩展。 # 2.4.6 计算芯片短期分化与长期融合 # 1. 自动驾驶高性能芯片的定制化 由于自动驾驶算法仍具有高度不确定性，芯片方案需兼顾目前AI算法的算力要求和灵活性，GPU（图形处理器）+FPGA（现场可编程逻辑门阵列）的组合受到大多数玩家的青睐。当自动驾驶技术路线相对成熟且进入大规模商用的阶段后，GPU也难以胜任对更多空间信息的整合处理，需要定制的专用集成电路ASIC（特定用途集成电路）。ASIC芯片可在相对低水平的能耗下，提升车载信息的数据处理速度，虽然研发和首次“开模”成本高，但量产成本 低，是算法成熟后理想的规模化解决方案。然而，鱼和熊掌不可兼得，低功耗、大算力、可编程灵活性（以应对算法的快速升级）在短期内是无法完美兼顾的。 多核SoC将成为未来智能座舱主控芯片的主流。丰富生态的中控大屏系统、“一芯多屏”系统、AR-HUD等多屏场景需求需要多核SoC进行支持。多核SoC芯片技术解决方案发展呈现多样化，如车机主控芯片+MCU兼顾安全的方案以及集成式的座舱域控制器方案。 # 2. 芯片的长期兼容与融合 远期来看，负责不同域的芯片架构将呈现兼容与融合趋势。如前文所述，短期内自动驾驶高性能芯片和座舱主控芯片分别演进。究其原因，座舱应用场景和芯片性能要求已相对明晰，并且消费电子级芯片可满足座舱现有场景需求，消费电子芯片可以利用规模优势实现低成本商业化开发；相反，自动驾驶技术路线尚不成熟，其人工智能算法所要求的芯片性能远高于目前消费电子芯片的能力，因而在自身技术路线选择下进行高成本、小规模开发应用。据罗兰贝格预测，2030年以后，随着自动驾驶技术路线的逐渐成熟，高性能芯片进入标准化、规模化生产阶段，其与座舱主控芯片进一步向中央计算芯片融合，从而通过集成进一步提升运算效率并降低成本，但由于自动驾驶和座舱安全要求不同，满足安全要求将成为融合的前提。 # 2.5 问题和挑战 # 1. 基础软件平台规范、接口不统一，服务化架构刚起步。 # （1）平台规范层面： 对于车载基础软件来说，如何满足整车电子电气架构变化的需求，是值得深入探讨的关键问题。一方面，基础软件平台需要统一标准并兼容不同整车企业的应用，另一方面，基础软件平台安全性需要重点加以考虑，并给出系统性解决方案。 无论是域集中式架构还是基于中央计算平台的架构，整车功能设计，控制逻辑都离不开高性能计算单元。高性能计算单元的引入增加了基础软件平台的复杂度，整车功能设计如何把握和驾驭这种复杂度成为首要问题。同时，基于SOA的整车设计和功能服务化理念也对基础软件平台产生了重要影响，如何满足新的设计和功能，实现未来需求也是亟待解决的问 题。 电子电气架构基础软件平台技术和测试要求的标准化和规范参考有助于形成软件定义汽车的行业共识，降低整车企业、零部件供应商等之间的沟通成本，实现应用软件复用，提高开发效率。不过国内汽车基础软件平台产业及标准化及产业发展刚起步，各行业组织或企业切入方式和领域不同，有待形成进一步的共识。于此同时，基础软件平台的安全性也应从整车电子电气架构视角考虑信息安全、功能安全、通信安全等。 # (2) 接口层面: 接口标准化主要是为智能驾驶、智能交互等应用提供标准化的运行环境和服务，满足不同硬件外设可扩展、即插即用以及功能/应用软件包可升级、可复用，高效实现和互操作，实现软硬件分层解耦，满足跨平台、跨车型、可扩展等要求。 当前汽车传感器、执行器等设备的物理接口、电气接口和通信接口还未实现标准化。以执行器为例，执行器的物理接口受限于供应商及整车企业的布置以及产品延续性等因素，其标准化进程较为艰难，目前只局限于单个供应商内部的标准化或是单个整车企业内部的标准化。执行器的电气接口当前多数为硬线驱动，由于执行器的驱动方式不同，导致其硬线的电气接口也不尽相同；但这些年已慢慢向CAN或LIN接口的智能执行器方向发展，节省大量的硬线线束与ECU硬线接口，省去了接口电路的匹配工作，诊断与刷写程序更加便捷，状态监测以及故障诊断信息更加丰富，为ECU电气接口的通用化、标准化提供了保障；而执行器的通信接口标准化目前还局限于单个供应商内部或是单个整车企业内部，待电气接口标准化后逐步完备。 此外，在远程服务和车云通信方面，除了GB/T32960《电动汽车远程服务与管理系统技术规范》规定了电动汽车远程服务与管理系统中协议结构、通信连接、数据包结构与定义、数据单元格式与定义，其他智能驾驶车辆功能的车云交互数据种类、格式、协议以及信号各类属性的标准化工作暂未有统一性的成果发布。 智能网联和智能驾驶技术正在日新月异的进化中，各汽车企业开发和应用电子电气架构的技术路线各异，架构服务化程度各异，设备抽象和原子服务数据结构标准化对实现软件定义汽车有着显著价值，同时接口标准化工作刚刚起步也面临着极大的挑战。 # 2. 自主开发操作系统内核和虚拟化软件的挑战。 随着汽车电子电气架构的发展，分布式架构向集中式架构过渡，这需要域控制器在软件层面利用虚拟化技术在一个处理器上集成多个操作系统与应用系统。虚拟化软件层作为支持多个操作系统内核和应用系统同时运行的基础模块，其安全性、隔离性和时延小成为系统的关键要素。操作系统内核和虚拟化软件是底层操作系统最为核心的基础模块，同时也是保护系统安全的核心组件。智能网联汽车的特殊属性，要求操作系统内核和虚拟化软件应该满足高实时、高安全、高性能和高可靠性。在功能安全和信息安全方面面临着极其严苛的考验。 # 3. 工具链层面缺乏从电子电气架构概念设计到产品系列开发的全过程的协同开发平台。 针对汽车电子电气系统复杂的开发过程，比如急剧增加的车型功能特性及复杂度、不同技术职能部门相关人员参与与设计交互、不同车型的特性配置管理与方案评估等，电子电气系统设计工具需提供给用户一个完整的协同开发平台，支持从电子电气架构概念设计到产品系列开发的全过程。 当前工具链多为国外企业提供，车规级芯片工具链平台，包括操作系统、集成开发环境（IDE）、编译器、调试与烧录工具、开发评估套件、底层驱动库、USB协议栈、TK产品应用开发包、无线产品应用开发包，以及和实时操作系统供应商合作开发的嵌入式操作系统板级支持包。 但在面向新一代EEA的服务化设计方面，缺少成熟工具链支撑，特别是需要支持团队协作甚至是跨地域的协作模式的服务设计平台，目前国内外较为缺乏。 # 4. 智能网联化对汽车通信技术提出了大带宽和高实时性的要求。 通信协议栈是汽车电子电气架构的重要组成部分，基于CAN总线的信号传输已经无法满足全部需求，而新型总线的各类传输协议标准（如：TSN）还在不断完善，上层应用协议的应用生态还没有构建完成，各整车企业在SOME/IP、DDS、PCIE的协议应用仍处于论证阶段。TSN国际、国内标准中与车载相关的技术标准尚不全面，并且支持TSN技术的芯片没有达到车规级应用。SOME/IP通信设计开发需实现基于服务的信号设计开发，即在功能信号中提取“服务”，然后进行打包传输，开发难度高。 # 5. 中央计算硬件平台芯片和设计方案尚不成熟 中央集中式电子电气架构下的中央计算硬件平台目前尚无成熟的芯片和硬件设计方案，需要整车与芯片供应商和硬件平台供应商进行同步验证开发。同时，中央计算平台对软件开发能力要求也很高，需协同基础软件、应用软件、软件集成等资源共同实现软件设计工作。 # 第3章 关键技术体系 本章围绕新型电子电气架构概述并重点介绍软件架构、硬件架构、通信架构、车路云协同技术中的关键技术，以及纵贯电子电气架构的安全体系相关流程和关键技术。 # 3.1 软件架构关键技术 表 3-1 软件架构关键技术导读 <table><tr><td rowspan="8">3.1 软件架构关键技术</td><td>3.1.1 整体软件架构</td><td colspan="2">SOA 设计思想, 架构组成: 系统软件、功能软件、应用软件、云平台, 设计安全要求, 分层解耦等</td></tr><tr><td rowspan="3">3.1.2 系统软件</td><td colspan="2">3.1.2.1 虚拟化管理与板级支持包</td></tr><tr><td colspan="2">3.1.2.2 内核</td></tr><tr><td colspan="2">3.1.2.3 中间件</td></tr><tr><td rowspan="2">3.1.3 功能软件</td><td>3.1.3.1 关键技术</td><td>数据抽象, 通用框架, 通用模型,安全域基础应用, 管理平面, API</td></tr><tr><td colspan="2">3.1.3.2 技术应用现状及前景展望</td></tr><tr><td rowspan="2">3.1.4 软件远程升级</td><td>3.1.4.1 关键技术</td><td>分布式部署, 可靠性设计, 差分升级, 无感升级, OTA通信协议</td></tr><tr><td colspan="2">3.1.4.2 技术应用现状及前景展望</td></tr></table> # 3.1.1 整体软件架构 汽车电子电气架构正在由传统的分布式架构向域集中式和中央集中式演进，并继续演进至车路云一体化协同。智能网联汽车整体软件架构需要采用SOA分层思路构建，从下往上，分为系统软件层、功能软件层、应用软件层，以及云平台。其中，系统软件与功能软件构成了广义上的操作系统（本文中，没有特别强调说明的“操作系统”，均指广义操作系统。如下图3-1智能网联汽车软件架构中红色线框内所示），是汽车软件的基础。此外，汽车软件一般要配合专业的硬件平台来运行，硬件平台为基于高性能芯片搭建的异构分布式硬件运行环 境，具有选型灵活、配置可插扩、算力可堆砌等特点。 图3-1 智能网联汽车软件架构 系统软件是针对汽车场景定制的复杂大规模嵌入式系统运行环境，不仅为上层应用以及功能的实现提供了高效、稳定环境的支持，也是各类应用调度底层硬件资源的“桥梁”，在智能汽车整体软硬件架构中处于核心的位置。主要包含虚拟化管理与BSP（板级支持包）、操作系统内核（如：OSEK、RTOS、Linux、Android Q）、基础中间件三层，进一步细化可分为异构分布系统的多内核设计及优化、虚拟化管理（如Hypervisor）、POSIX（可移植操作系统接口）、系统中间件及服务（如AUTOSAR、DDS）等。 功能软件是根据面向服务的架构设计理念，通过提取智能网联汽车核心共性需求，形成各共性服务功能模块，高效实现智能网联功能开发的软件模块。主要包括数据抽象、通用框架、通用模型、API，以及安全域基础应用和管理平面。 应用软件运行在操作系统之上，具体负责功能实现。即为实现具体自动驾驶功能、HMI（人机界面）交互等算法软件，基于下层基础服务实现对整车服务、应用、体验等进行定义和组合增强，构建差异化竞争力的应用。应用算法差异化涵盖了智能座舱（车载信息娱乐系统IVI、车联网、人机交互、中控系统、ADAS、智能座椅等）、智能驾驶（L1-L5级智能驾驶等级）等领域。同时伴随着云端软件复杂性的提高，车载网络信息安全（检测与防卫远程攻击）也将逐步成为未来应用算法的关注焦点。 云平台是独立与车端之外，可以在云端部署，并与车端互联互通，提供计算、互联等服务的远程服务平台。在新一代汽车的SOA架构下，越来越多的应用层接入云端，使得车载网络在以前独立的电子领域（例如信息娱乐、ADAS和动力总成）之间建立连接。云服务平台包含大数据服务、远程诊断、应用商店、驾驶服务等。 此外，汽车软件整体架构在设计和开发过程中，还需要关注安全要求，以及配套工具链。安全体系自底向上贯穿硬件、系统软件、功能软件和应用软件等各个层级，需要关注的安全要求有功能安全、信息安全、预期功能安全，防护的层次主要有三个，分别是车路云一体安全防控、整车级安全防控、零部件级安全防控。软件的配套工具链包括系统设计工具、软件配置工具、系统集成工具和开发、调试、测试工具等。 当前，车端软件架构SOA化主要集中在智驾、座舱、车身功能域，动力和底盘域受限于实际需求、时延和可靠性要求以及其他非技术原因，暂时还未实现SOA化。但未来，随着EEA向HPC中央计算平台的进一步演进，车端各功能域软件也会逐步实现完全SOA化。 各大整车企业和供应商提出的新一代软件架构中，均采用了SOA设计思想，提出分层解耦开发目标。从底层的内核与基础中间件，到框架支撑层的功能软件，再到上层应用软件，明确了各层之间的向下依赖关系，各层之间通过规范化的API进行交互，实现了不同层次间的分离与解耦。 汽车软件整体架构中，操作系统（OS）是基础支撑。不同功能域对于操作系统的要求也不同。比如传统的动力和底盘域，仍然是高实时性高确定性的嵌入式OS（如OSEK/VDX OS），通常和经典AUTOSAR平台绑定在一起。在智能座舱领域，以车端Android操作系统为主，通过SOA网关实现自身服务和外部功能域之间的服务化交互。在智驾域，满足高功能安全和高性能要求的实时操作系统RTOS被广泛应用（如BlackBerry QNX，中兴ZEOS等），同时为满足机器学习和视觉AI算法的OS层接口要求，安全Linux操作系统也需要引入，比如和RTOS一起构筑软件功能安全岛，支撑AI算法丰富接口要求的同时，满足智驾要求的功能安全等级，如图3-2所示。 图3-2 智驾域控制器软件架构示意图 汽车软件SOA新架构中均引入了自适应AUTOSAR（Adaptive AUTOSAR）平台，用于满足一定的代码规范性和功能安全的目标，同时也是借助于Adaptive AUTOSAR平台自身SOA架构完成软件系统设计与开发。Adaptive AUTOSAR经过五年左右的发展，目前推出了R21-11最新规范(如图3-3)，国内外AUTOSAR厂商均在规划对齐最新规范进行各自AdaptiveAUTOSAR产品的完善。总体而言，Adaptive AUTOSAR平台面临的场景更加多样化，相应的处理逻辑更加复杂多样，功能范围更加宽泛，即使是目前Adaptive AUTOSAR最新的规范也不能完全满足应用软件的需要，需要在此基础上做进一步的扩展和完善。在国内，中国智能网联汽车产业创新联盟基础软件工作组和中国汽车基础软件生态委员会（AUTOSEMO）等组织正在致力于推进相关标准化工作。 图3-3AdaptiveAUTOSAR21-11规范框架 在汽车软件SOA架构中，通过针对不同设备的抽象和适配，对外发布原子服务，实现设备和软件平台之间的解耦。在此基础上进一步定义组合服务、应用服务以及动态服务，实现服务的完全共享和重用。当前，中国汽车工程学会、汽车工业协会等组织在积极推进感知设 备、执行机构、车身传感器及执行器、热管理系统的设备抽象和原子服务定义，具体落地实现还需要一个较长时期的过程。 此外，软件SOA架构中各服务和应用模块之间的通讯，当前应用层协议主要还是SOME/IP及其关联的服务发现（SD）。目前Classic AUTOSAR和Adaptive AUTOSAR都已经支持了SOME/IP协议栈，同时在Adaptive AUTOSAR平台中还提供了S2S服务，实现服务和信号的相互转换，支持面向服务功能模块和面向信号模块之间的消息互通。当前，以数据为中心的DDS协议虽然已经纳入Adaptive AUTOSAR，但目前对DDS的支持还很少。另外，用于车云通讯的MQTT（Message Queuing Telemetry Transport，消息队列遥测传输，ISO标准下基于发布/订阅范式的消息协议）、RESTful还没有正式应用到车端软件架构中。 汽车SOA架构设计当前处于起步阶段，面临诸多挑战。其中包括车端硬件环境的限制，高实时性和高确定性要求，系统设计与工作模式的转变，面向服务通讯组件的整合与集成，架构服务化带来的信息安全风险，功能安全方面的挑战，异构环境及非SOA架构模块的并存增加了系统架构的复杂度等。 总体而言，目前整车企业更多是进行少量服务化尝试，SOA架构还未形成通用普适性规范。汽车软件架构正处于SOA化和传统非SOA化架构并存的阶段，软件跨域分布式计算与多功能域异构软件环境是其显著特点。未来随着汽车电子电气架构向中央集中式演进，汽车软件架构也会逐步实现全面SOA化，各域功能进一步融合，服务定义更加丰富，服务重用与共享程度更高，软件开发更加灵活便捷。伴随着车云一体化发展，汽车软件平台会逐步演进为智能网联汽车边缘计算节点，和智能网联云平台充分协同，有效推动软件定义汽车的实现。 # 3.1.2 系统软件 # 3.1.2.1 虚拟化管理与板级支持包 系统软件层面，主要包括BSP（板级支持包）、Hypervisor（虚拟化管理）、操作系统内核（狭义操作系统）、中间件组件等。 Hypervisor是运行在基础物理服务器和操作系统之间的中间软件层，可允许多个操作系 统和应用共享硬件，也可称为VMM（Virtual Machine Monitor），即虚拟机监视器。硬件虚拟化技术管理并虚拟化硬件资源（如CPU、内存和外围设备等），提供给运行在Hypervisor之上的多个内核系统。虚拟化（Hypervisor）解决方案提供了在同一硬件平台上承载异构操作系统的灵活性，同时实现了良好的高可靠性和故障控制机制，以保证关键任务、硬实时应用程序和一般用途、不受信任的应用程序之间的安全隔离，实现了车载计算单元整合与算力共享，是实现车载跨平台应用、提高硬件利用率的重要途径。 在域集中式电子电气架构下，各种功能模块都集中到少数几个计算能力强大的域控制器中，不同安全等级的应用需要共用相同的计算平台，传统的物理安全隔离被打破。虚拟化技术可以模拟出一个具有完整硬件系统功能、运行在一个完全隔离环境中的计算机系统。此时供应商不再需要设计多个硬件来实现不同的功能需求，而只需要在车载主芯片上进行虚拟化的软件配置，形成多个虚拟机，在每个虚拟机上运行相应的软件即可满足需求，如图3-4。虚拟化技术的出现让“多系统”成为现实。 图3-4虚拟化技术示意 如图3-5所示，Hypervisor通常被分成Type1与Type2，Type1类型的Hypervisor直接运行在硬件之上，Hyper