隨著汽車電子電氣架構(gòu)由分布式向集中式的演變，以及汽車電動化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化、共享化的技術(shù)變革，對于控制器的計算能力、存儲能力、通信能力的需求也逐漸增加，傳統(tǒng)的基于MCU控制器已經(jīng)無法滿足以上需求。聯(lián)合電子順應(yīng)市場需求，研發(fā)推出全新一代整車計算平臺VCP。

VCP分為MCU(uC)實時控制核和MPU(ARM A，uP)高性能計算核。對于傳統(tǒng)基于MCU的控制器，市場已經(jīng)有了一套完整的基于classic Autosar的軟件基礎(chǔ)和開發(fā)體系，在MPU的開發(fā)體系中，Adaptive Autosar也為我們提供了一些基礎(chǔ)的開發(fā)組件，但是一方面Adaptive Autosar昂貴的價格讓很多客戶望而卻步，另一方面Adaptive Autosar并不能完全滿足客戶的定制需求，因此我們額外開發(fā)了VCP上的關(guān)鍵中間件，一方面可以作為Adaptive Autosar的補充，另一方面可以為客戶提供定制化需求。

VCP上下電管理示意圖

在此背景下，聯(lián)合電子開發(fā)了基于VCP的關(guān)鍵中間件，且已經(jīng)在多個客戶項目上量產(chǎn)。中間件作為基礎(chǔ)軟件的重要組成部分，為整個系統(tǒng)的運行、更新、安全提供基礎(chǔ)的保障，具備如下功能需求：

上下電管理功能，協(xié)調(diào)控制器整體供電和運行狀態(tài);

健康管理功能，實時監(jiān)控系統(tǒng)運行狀態(tài)，確保功能有效運轉(zhuǎn);

OTA刷新功能，提供便捷的軟件更新方案;

大數(shù)據(jù)和Log功能，為數(shù)據(jù)挖掘和控制器維護提供渠道;

應(yīng)急刷新功能，為控制器的更新提供最后一道保障;

一.上下電管理方案：

目前域控制器多采用MCU + MPU的多核處理器方案，現(xiàn)有的獨立供電、各自管理運行狀態(tài)的方案不能滿足整車電源管理的要求;上下電管理功能可以更好的協(xié)調(diào)兩塊處理器的供電和運行狀態(tài)，保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行。考慮到MCU具備更高的功能安全等級，將MCU作為主控節(jié)點，如下圖所示，在MCU側(cè)開發(fā)Power Management,電源管理模塊，在MPU側(cè)開發(fā)SM(State Management,狀態(tài)管理)模塊和EM(Execution Management,運行管理)模塊，用于實現(xiàn)MCU對MPU的供電管理和MPU運行期間的狀態(tài)管理。在系統(tǒng)下電過程中，Power Management協(xié)調(diào)MCU和MPU的下電順序，防止MPU因不期望的掉電導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失。

VCP上下電管理示意圖

二.健康管理方案：

Posix OS本身僅對系統(tǒng)的基本運行做基礎(chǔ)的監(jiān)控，無法滿足車載控制器對于系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)控的需求;健康管理模塊針對系統(tǒng)關(guān)鍵健康指標(biāo)進行實時監(jiān)控和預(yù)警，對于可能損壞元器件的狀態(tài)采取合理的應(yīng)對措施，使系統(tǒng)進入安全狀態(tài)，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

健康管理模塊對如下指標(biāo)進行監(jiān)控：

MPU/eMMC溫度，根據(jù)不同溫度范圍采取分級響應(yīng)機制;

CPU負荷，當(dāng)CPU負荷超過閾值及時報警，且將當(dāng)時對CPU負荷貢獻最大的三個進程記錄到日志，便于后續(xù)分析;

DDR使用率，當(dāng)DDR使用率超過閾值及時報警，且將當(dāng)時對DDR使用率貢獻最大的三個進程記錄到日志，便于后續(xù)分析;

eMMC使用率和壽命，當(dāng)eMMC使用率超過閾值或壽命評估低于閾值及時報警;

VCP健康管理框架圖

三.OTA軟件升級方案：

隨著汽車新四化的推進，軟件定義汽車已經(jīng)成為汽車的發(fā)展趨勢，對于軟件故障的修復(fù)以及個性化定制需求的更新，僅通過傳統(tǒng)的4S店升級難以給予用戶最佳的體驗，因此OTA功能已經(jīng)逐漸成為了控制器標(biāo)配。聯(lián)合電子的OTA軟件升級方案具備如下特點：

支持全分區(qū)獨立A/B備份，將MPU分為kernel、rootfs、app分區(qū)，各分區(qū)完全解耦，均可獨立升級和回退;

支持對同控制器內(nèi)的MCU進行安全備份和軟件升級;

集成更新軟件的信息安全簽名和驗簽功能，提供信息安全保障;

支持多種文件下載方式，包含DoIP、HTTPs等主流車載控制器文件傳輸協(xié)議;

支持當(dāng)前各平臺的自動化測試;

支持各硬件平臺無縫移植;

VCP OTA自動測試示意圖

四.大數(shù)據(jù)和Log方案：

VCP強大的計算、通信和存儲能力，使得收集和上傳大量車載數(shù)據(jù)到云端成為可能。有了這些關(guān)鍵的車載數(shù)據(jù)信息，OEM和第三方數(shù)據(jù)分析機構(gòu)就可以基于此做大數(shù)據(jù)挖掘，建立各種汽車應(yīng)用模型，從而發(fā)現(xiàn)更多的商機。此外，這些關(guān)鍵的數(shù)據(jù)和日志，還為后續(xù)的維護工作提供了便捷的通道，工程師可以據(jù)此分析車上的一些故障原因，加速問題的解決。當(dāng)前大數(shù)據(jù)和Log方案支持的主要模式和功能有：

完整收集：能夠記錄下車上所有的CAN/LIN總線報文和系統(tǒng)運行日志

觸發(fā)收集：在車輛發(fā)生事故前后記錄下關(guān)鍵運行數(shù)據(jù)，支持黑匣子功能

診斷收集：支持遠程和本地診斷，可通過診斷協(xié)議來獲取所需的關(guān)鍵數(shù)據(jù)

數(shù)據(jù)壓縮：對大數(shù)據(jù)和Log文件進行壓縮，提高數(shù)據(jù)存儲和上傳效率

信息安全：支持數(shù)據(jù)加密和數(shù)據(jù)導(dǎo)出及上傳的安全認證，保證數(shù)據(jù)的安全性

VCP大數(shù)據(jù)和Log架構(gòu)圖

五.應(yīng)急刷新方案：

OTA作為車載控制器標(biāo)配，已經(jīng)讓控制器的軟件更新更加的便捷，但在某種極端情況下，執(zhí)行OTA功能的控制器端軟件出現(xiàn)損壞或者無法啟動時，便無法通過應(yīng)用軟件中的OTA功能來修復(fù)自身的系統(tǒng)軟件，此時，需要設(shè)計額外的應(yīng)急刷新方法來修復(fù)系統(tǒng)。

應(yīng)急刷新方案通過在MPU端正常啟動時加載的boot-loader(u-boot)中，使用TFTP協(xié)議來動態(tài)下載一個應(yīng)急刷新系統(tǒng)，在該刷新系統(tǒng)中實現(xiàn)MPU軟件刷新功能，該應(yīng)急刷新系統(tǒng)部署在上位機的TFTP Server中。由于應(yīng)急刷新系統(tǒng)是采用動態(tài)下載的方式，本身存在軟件問題可在線下修復(fù)后，再次動態(tài)下載到控制器中運行，從而保證刷新功能可以成功得到執(zhí)行。

和主流的微控制器應(yīng)急刷新方案對比，聯(lián)合電子的應(yīng)急刷新方案有如下特點：

主流的應(yīng)急刷新需要事先在控制器內(nèi)刷入包含備份系統(tǒng)的Recovery分區(qū)，該備份系統(tǒng)需要具備復(fù)雜的刷寫功能，一旦出現(xiàn)問題會導(dǎo)致控制器無法復(fù)原，而基于聯(lián)合電子的應(yīng)急刷新系統(tǒng)采用動態(tài)下載方式，避免了因Recovery分區(qū)本身問題導(dǎo)致的刷新失敗，可靠性得到大幅提升，減少因刷新失敗帶來的換件成本;

不需要事先刷入Recovery分區(qū)，減少存儲區(qū)域的占用空間，可用存儲空間提升，同時減少工廠產(chǎn)線刷寫內(nèi)容，效率得到提升。

除上述提到的中間件以外，聯(lián)合電子還開發(fā)了功能安全，信息安全，SOA，診斷服務(wù)等相關(guān)的多個關(guān)鍵中間件。隨著汽車行業(yè)加速變革與發(fā)展，聯(lián)合電子將繼續(xù)發(fā)力，為新一代VCP整車計算平臺開發(fā)中間件等軟件模塊，為客戶與合作伙伴提供更多更優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品和服務(wù)。

原文標(biāo)題：VCP功能的正確打開方式——關(guān)鍵中間件

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審核編輯：湯梓紅