赋能车载数据服务器 - S32G域控制器芯片

近几天的CES 2020上，NXP公司发布了新一代的S32G车载网络处理器。作为NXP S32系列最新的处理器，S32G将汽车行业整车EE架构往高性能，分域架构的现代设计落地进一步推进。

根据ABI研究的报告，目前路上跑着超过4千万的网联汽车，车辆每小时可以产生超4G的车辆数据。基于大规模的车辆数据服务可以为整车厂和车主带来新的机会和体验。大规模的车辆原始数据全量传输到云端处理在延时和带宽方面不能满足应用场景的要求， 数据驱动的车载服务对车载数据处理能力提出了更高的要求 。

随着整车架构朝着分域控制，跨域融合的方向改进，新的EE架构采用的面向服务的网关预计需要10倍于当前车载网关微控制器的性能。除了算力的提升，新的架构也对车载网络，功能安全，信息安全等方面也提出了更高要求。

互联网+汽车的思想最初源于造车新势力研发的整车产品，近几年来逐渐在全行业中扩散。 特斯拉及4，5年前国内涌现的造车新势力热潮，经过若干年的实战，一些宝贵经验正在行业链条中沉淀下来。 新型的一级供应商的产生为整车厂提供互联网+的智能化零部件使得整车产品的设计得以更进一步的优化，而部分传统车企也纷纷与各大互联网企业建立合作成立智能网联公司。在这场互联网+汽车的演化活动中，芯片厂商的入场更是将互联网+的优化思想推向了极致，使得上层产品得以更大的简化整体设计的同时提供更强大的产品功能。

以OTA为例，为什么当前整车OTA是一件比手机OTA复杂度高非常多并且容易出错的事情？在传统汽车EE架构中存在着数十到上百数量的功能ECU，这些功能ECU由不同的供应商提供，不存在统一的中央代码仓库，其中运行着各种不同的操作系统及应用软件，以至于整车代码行数规模达到上亿级。过去分散的功能架构使得汽车不像现代手机一样有中央大脑处理器集中处理软件逻辑。 在分散的EE架构中做整车OTA，就好比把30个人的脚绑在一起大家同时往前迈一步一样，这个协调难度比起只有2~3个人做这件事情困难很多 。现代EE架构的设计致力于将软件逻辑集中处理，不断的减少整车的ECU数量降低复杂度及成本。车规芯片处理能力的发展使得软件逻辑得以集中，数据更好的共享。

数据作为服务（Data-As-A-Service），网关控制器的芯片处理能力的增强以及其连接车辆数据的中央地位使得其天然适合作为一个车载数据服务器。在分域架构的整车设计里，不同的域控制器向网关注册服务，发现服务及使用服务。域控制器和面向服务网关构成了整车内部的一个分布式系统。拥有数据及算力的车载数据服务器不再是简单的路由转发报文角色，一方面可为整车提供公共的数据存储和共享服务，另一个方面可根据需要对数据加工处理产生新的数据（如跨域融合数据）服务于各个域。原先在云端处理的部分车联网数据业务也可以部署到车载端，为车载HMI及自动驾驶提供实时服务。 过去以信号及控制驱动的设计思想慢慢在转变为以数据及服务驱动的现代整车EE架构设计。

互联网+汽车为车载数据的价值挖掘打开了一扇门，数据分析的目标是产生影响，从原始数据中获取信息学习到知识，达成深刻见解进而领悟出智慧方可最终产生影响。现代整车EE架构使得车辆数据可以被集中处理和挖掘价值，而不再是各路总线上转瞬即逝的一些信号。

S32G芯片的一些关键特性包含：

• 性能方面：S32G处理器提供了符合ASIL D要求的MCU和MPU处理器，特定应用的网络硬件加速以支持复杂环境下的实时性要求；

• 信息安全：S32G包含高性能的硬件安全加速以及用于可信密钥管理的PKI支持；

• 功能安全：S32G提供ASIL D要求的处理器，包含支持同步模式（lock-step）的ARM Cotex-M7微控制器，以及多个ARM Cortex-A53应用处理内核的lock-step clusters功能。
  

S32G的架构图如上，包含了3对Cortex-M7内核，以同步模式运行。每一对中的两个内核运行着相同的指令，为处理的异常错误检测能力提供了支持，而不同对的内核可以执行不同的任务。另外四个Cortex-A53内核可以配置为同步模式运行（2x2），这样每对内核就可以同时在两个内核上运行任务，或者如果不需要这种处理冗余，四个A53内核也可以配置为独立运行模式。

通讯方面，S32G有20个CAN接口，4个千兆以太网接口和2个PCIe 3.0接口，为各种应用支持提供了灵活性。网络加速是S32G的关键特性之一。如果没有它，千兆以太网处理满载时将消耗ARM核心90%的处理能力。启用加速器后，这一性能下降到可用性能的0.2%左右，使得CPU可以自由处理一系列其他任务。