新工业革命下北京能源体系的“四个体系”

2023-05-11

新工业革命背景下，北京能源体系的战略思路是调整能源结构，适应绿色趋势、智能趋势和服务趋势“三大趋势”，构建北京能源“四大体系”：北京能源技术系统、北京能源互联网创新系统、北京能源供应系统、北京能源消费系统。

一家之言

新工业革命提供的重大机遇，有利于北京把握未来能源和经济发展方向，未雨绸缪，增强发展主动权。

北京能源结构亟待调整

现代能源系统应具备两个基本特征：合理的能源结构和能源效率。 从能源结构看，北京一次能源消费比重较大，二次能源消费比重较小； 化石能源消费比重较高，可再生能源和新能源比重较低； 高碳能源比重较高，清洁能源比重较低。 低的。 在能源效率方面，北京能源利用效率不断提高。 万元国内生产总值能耗由2010年的0.45吨标准煤下降到2015年的0.34吨标准煤（按2010年可比价格计算），五年累计下降25.08%，年均下降5.61%，能源利用效率居全国首位。 但是，与发达国家的资本相比，还有很大的差距。 根据国际能源署发布的能效报告，北京的能源消耗强度约为纽约的1.4倍、巴黎的2.5倍、东京的5.9倍。 能源结构有待进一步优化。

近年来，北京大气污染严重，以可吸入颗粒物、细颗粒物为特征的大气环境问题日益突出。 从碳排放规模看，北京市碳排放总量从1995年的7058.57万吨增加到2014年的9541.11万吨，近20年增加2482.54万吨北京能耗云平台管理系统，年均增长1.6%。 最新的碳排放数据显示，煤炭并不是造成北京空气污染的唯一“罪魁祸首”。 生活消费成为北京最大的排放源，其次是交通和工业。 可见，生活消费和交通已经超越工业，成为北京市最主要的两个排放行业。 那么，调整国内能源利用结构，优化交通方式结构和能源结构就成为当务之急，北京的能源结构必须进行战略性调整。

能源转型必须适应新工业革命趋势

第三次工业革命为北京解决能源结构问题提供了新思路。 第三次工业革命首先解决了人类社会可持续发展的生产生活能源和动力问题。 当前经济社会发展模式和生活方式、消费方式所依赖的化石能源逐渐进入枯竭期，需要转型发展可替代的可再生能源，使人类社会可持续发展——这是第三产业革命的核心问题。

新工业革命背景下，能源发展呈现三大趋势：绿色趋势、智能趋势和服务趋势。

一是绿化趋势。 通过应用新技术和优化能源生产过程，大大降低了整个产品生命周期的环境影响和资源消耗。 第三次工业革命不仅将催生可再生能源和新能源产业，也将为传统产业改造发展注入新动力。 新技术、新工艺将在煤炭工业中广泛应用，极大地提高煤炭工业的技术含量和生产效率，激活煤炭工业转型升级的内生动力。 煤炭企业可寻机进入风能、太阳能、生物质能、核能、可燃冰能等领域的开发，逐步实现煤炭产业向清洁、绿色、低碳、可持续发展的新兴能源转型。 这种产业升级符合第三次工业革命的发展方向。

二是智能化趋势。 能源系统借助信息网络，逐步实现能源生产的自动检测和自动处理，提高能源利用效率。 随着化石能源的枯竭，大规模、大批量、标准化的生产方式不可持续，必须需要新的生产组织方式。 自然界中的太阳、风、有机物是分散分布的，社会能量的消耗也是分散的。 那么，替代化石能源的生产需要采取“分散生产、分散使用、剩余社会调节”的方式。 分散生产可以是公司分散生产，也可以是家庭或事业单位进行分散生产，自己生产自给，剩下的卖的少了再买。 社会调节需要一个中心，就是能源互联网。 如果每一栋建筑、每一栋房子都将成为能源生产的来源，那么它只需要一个通信网络来分配这种能源——互联网提供了这种可能性。

三是服务趋势。 能源供应更适应新工业革命时代消费者个性化、多元化、分散化的需求，提供更有针对性的服务。 未来能源服务将通过用能设备联网、综合多元化供能、全方位能耗监测、能耗分析等手段，提高服务质量、安全性和便利性。 例如，家庭和个人可以自己投资能源生产设备，这是以前从未有过的。 这需要能源服务提供商与家庭和个人之间的实时双向交互。

在这三大趋势下，新工业革命为北京能源产业转型指明了方向。 北京市高度重视新能源产业的发展。 新能源集群主要分布在北京市延庆县八达岭新能源产业基地和八达岭经济开发区，面积约2.5平方公里。 重点发展风能、太阳能等新能源产业，聚集了中材科技、中国节能投资集团、英利（中国）等一批新能源领域的企业和研发机构。 ) 绿色能源，中国科学院电工研究所。 北京发展新能源产业也有利于缓解严重的大气污染问题。 新能源产业是资源密集型、环境友好型产业，智力投入比重高，要素投入排放低。 这些特点特别适合北京解决大气污染严重的问题。

构建北京市能源“四大体系”

新工业革命下，笔者认为北京能源系统的战略思路是调整能源结构，适应绿色趋势、智能趋势、服务趋势“三大趋势”，建设北京“四大体系”能源：北京能源技术系统、北京能源互联网创新系统、北京能源供应系统、北京能源消费系统（见图）。

一是构建北京能源科技体系。 北京能源技术体系包括：可再生能源技术体系，包括太阳能光伏发电技术、太阳能热发电技术、深层地热工程技术、生物质发电技术及其重点突破环节； 新能源技术体系，包括天然气利用技术和氢气利用关键技术及其关键突破环节； 地面交通技术体系，包括新能源汽车技术、新轨道交通技术关键技术及其关键突破环节； 电网系统技术体系，包括大规模电网安全技术、智能电网技术关键技术及其关键突破环节； 煤炭清洁高附加值利用技术体系，包括煤炭低成本高效利用技术、煤炭新型燃烧与发电技术关键技术及其关键突破环节。

二是构建北京能源供应体系。 着力保障天然气供应。 北京是典型的能源输入型城市。 能源供应的主要特点是对能源安全的要求明显高于其他地区。 从品种分析，四大能源品种中，煤炭、电力和成品油供应稳定，天然气供应偏紧。 为实现节能减排的目标，天然气作为一种清洁能源，供不应求。 北京天然气主要来自陕甘宁长庆气田、华北油田、大港油田、塔里木气田和青海油田。 长庆气田仅通过一条管道向北京供气。 气，挑战运输的可靠性。 提高天然气利用程度，实现天然气基础设施建设，大力发展优化开发体系，充分发展各种先进技术的综合利用。 通过管理规范、热电冷联产等一系列综合措施，减少供热系统。 能源消耗，从而提高天然气的利用效率。 增加新能源和可再生能源供给。 目前，北京新能源和可再生能源占能源消费总量的比重较低，“十三五”期间应提高到15%左右。 北京拥有丰富的可再生资源，如地热资源、风能、太阳能等。 北京市已在官厅及密云水库周边地区布局风能，延庆县康庄附近正在建设示范小型风电场。 因此，北京可以考虑充分利用这些可再生能源，增加可再生能源的供应； 同时，可以开发新的能源利用模式。 北京每天都会产生大量的生活垃圾，通过适当的选址可以建设垃圾焚烧发电站。 ，既解决了环境污染，又可以充分利用垃圾焚烧发电，通过垃圾焚烧发电还可以在一定程度上缓解北京清洁能源供应紧张的现状。 在北京周边农村，可以充分利用稻杆等有机物的资源优势，生产有机沼气，既可以解决北京农村居民的日常能源消耗，也可以缓解北京的环境问题。在某种程度上。 污染压力。

三是构建北京能源消费体系。 大力发展新能源交通。 推进新能源环保汽车、慢行系统和智能交通系统建设，从无污染排放、非机动车出行和交通信息终端服务等方面，缓解城市交通拥堵，改善城市出行环境。 北京要重点发展包括电动汽车在内的新能源汽车，努力营造更好的电动汽车消费环境，提供更完善的服务。 在公交车、环卫车政府采购中率先采用纯电动汽车、混合动力汽车、天然气汽车等新能源汽车。 建议“十三五”期间新能源汽车保有量由2万辆提高到2万辆。 30,000 辆汽车。 在基础设施建设方面，将充电站建设纳入城市规划建设，为未来新能源汽车的推广创造条件。 大力发展新能源建筑，将太阳能光伏板与建筑屋顶、立面相结合，充分利用太阳能； 北京市要以公共建筑和居住建筑为重点，打造试点校园绿色示范工程，推动新能源建筑在全社会的推广。 大力发展新能源电器，广泛推广太阳能热水器、空气能热泵热水器、水源热泵热水器等新一代能源综合利用产品。

四是构建北京能源互联网创新体系。

个人和家庭以建筑物为主体使用可再生能源，使得无数微小的能源生产单位遍布全球，这就需要一个高度稳定可靠的电网将建筑物连接起来，并与原有电网相连。 互联网技术提供支持。 它将个人、组织或系统的数据传输到云平台。 通过机器学习和硬件支持，进行数据分析并反馈给个人、组织或系统的流程。 这样，自产能量的人就可以通过网络以无缝、点对点的方式分享剩余的能量。 能源互联网创新系统的意义在于可以通过互联网创新快速反馈供需关系，从而不断调整能源系统的供给行为，对社会经济发展具有重要价值。 因此，北京能源系统应将能源电网与互联网相结合，构建能源互联网创新体系。 建议北京建立以应用为核心，以新能源、云计算、大数据管理一体化为主要研究方向的首都能源互联网前瞻技术中心，建设能源互联网技术创新平台。

北京能源体系建设任重道远，迫在眉睫。 它需要从四个系统来构建和完善。

（作者单位：北京市科学技术研究院）

什么是域控制器？

汽车智能化、信息化近十年的发展产生了一个显着的成果，就是ECU芯片的使用越来越多。 从传统的发动机控制系统、安全气囊、防抱死制动系统、电动助力转向、电子稳定系统； 智能仪表、娱乐影音系统、辅助驾驶系统； 以及电动汽车上的电驱动控制和电池管理系统、汽车充电系统，以及正在蓬勃发展的汽车网关、T-BOX和自动驾驶系统等。

传统的汽车电子电气架构是分布式的（如下图2-1所示）。 汽车中的 ECU 通过 CAN 和 LIN 总线连接在一起。 现代汽车的ECU总数迅速增加到几十个，甚至上百个之多，整个系统的复杂度越来越大，几乎达到了上限。 在当今软件定义汽车和汽车智能化、网联化的发展趋势下，这种基于ECU的分布式EEA也越来越暴露出诸多问题和挑战。

图 2-1 汽车分布式 EEA

为了解决分布式EEA的这些问题，人们开始逐步将许多相似又分离的ECU功能集成到一个性能比ECU更强的处理器硬件平台中。 这就是汽车的“域控制器（Unit，DCU）”。 域控制器的出现是汽车EE架构从ECU分布式EE架构向域集中式EE架构演进的重要标志（如图2-2所示）。

域控制器是汽车各功能域的核心，主要由域主处理器、操作系统、应用软件和算法三部分组成。 平台化、高集成度、高性能和良好的兼容性是域控制器主要的核心设计思想。 依托高性能的域主处理器、丰富的硬件接口资源和强大的软件特性，域控制器可以将原本需要多个ECU的核心功能集成在一起，大大提高了系统功能的集成度。 互联网数据交互的标准化接口可以大大降低这部分的开发和制造成本。

对于功能域的具体划分，各汽车主机厂会根据自己的设计理念将其划分为若干不同的域。 例如BOSCH分为动力总成（Power Train）、底盘域（Body/）、车身域（Body/）、座舱域（/）、自动驾驶域（ADAS）五个域。 这是最经典的五域中心化EEA，如下图2-2所示。 一些厂商进一步整合五域集中式架构，将原有的动力域、底盘域、车身域整合到整车控制域中，从而形成三域集中式EEA，即整车控制域控制器(VDC, ) 、智能驾驶域控制器（ADC、ADAS\AD）、智能座舱域控制器（CDC、）。 大众的MEB平台和华为的CC架构都属于这个三域集中的EEA。

图 2-2 域集中式 EE 架构

域控制器市场概况

2018年，基于德尔福提供的域控制器技术，奥地利公司开发的zFAS控制器率先应用于奥迪A8。 伟世通推出了集信息娱乐、仪表盘、信息显示、HUD、ADAS等功能为一体的域控制器。 这些产品率先推出商用功能域控制器产品，全球主要Tier 1供应商紧随其后，整个域控制器市场逐渐发展起来。

在国内市场，华为、德赛西威、航盛电子、东软等企业也推出了DCU解决方案，并被国内车企采用。 比如小鹏汽车2020年推出的智能轿跑P7，就采用了德赛西威基于英伟达打造的自动驾驶域控制器产品IPU03。

目前，整个行业对DCU市场都抱有非常乐观的预期。 据Zuos 预测，2025年全球汽车DCU（座舱+自动驾驶）出货量将超过1400万台，2019-2025年年均增速达50.7%。

图 2-3 全球域控制器市场预测

整个汽车行业普遍认为，域控制器是未来汽车电子行业竞争门槛最高的部分，因此利润也最高，芯片厂商和核心算法供应商将受益。

（一）域控制器市场快速增长的驱动因素

更多更好的ADAS功能以及智能座舱和信息娱乐功能已经成为驱动域控制器市场快速增长的主要因素。 投资重点。 介于L1和L2+级别之间的ADAS应用近年来发展非常迅速，许多功能正在迅速普及，例如：泊车辅助、车道偏离预警、自适应巡航、防撞、盲点检测、驾驶员疲劳检测等。

域控制器需要一个性能更强、集成度更高的主控处理器作为其大脑。 更多原本通过分离ECU实现的功能，现在可以在域主控处理器上实现，因此可以更高效。 节省功能域所需的 ECU 使用和其他硬件资源。 更高的集成度可以更好地满足主机厂供应链管理中ADAS域控及相关部件平台化、标准化的要求。

(2) 对域控制器供应链的影响

汽车E/E架构的演进和发展也深刻影响了主机厂与汽车电子供应商之间的供应关系。 整车厂的核心竞争力已经从之前的以机械制造为主，转向以软件和算法为主。 预计未来整车厂与一级供应商的合作模式可能有两种：

首先，Tier 1 负责域控制器硬件设计和生产，以及中间层软件。 OEM负责自动驾驶软件部分。 Tier 1的优势是以合理的成本生产产品，加速产品落地。 因此，主机厂与Tier 1合作生产是必然的。 前者负责自动驾驶的软件部分，后者负责硬件生产、中间层和芯片解决方案。 整合。 在这种模式下，在立项时台州智能仪表能耗管理系统，OEM可能会跨越Tier 1，直接与芯片厂商确定方案的芯片选型。

二是Tier 1与芯片厂商合作，通过程序集成开发中央域控制器，销售给主机厂，如大陆ADCU、采埃孚ProAI、麦格纳MAX4等。

2.1 智能座舱域控制器

座舱智能的本质是基于汽车座舱内的人机交互场景，融合驾驶信息和娱乐信息两大模块，为用户提供高效、直观、未来感的驾驶体验。 智能座舱的设计诉求主要在于提升用户的驾驶体验，同时保证用户行车的安全性和舒适性，最终实现汽车作为人们工作和家庭场景之外的第三生活空间的终极目标。

智能座舱领域包括三个主要组成部分：HUD、仪表盘（）和车载信息娱乐系统（In-，简称IVI）。

HUD是一个非常实用的功能，把ADAS和一些导航功能投射到挡风玻璃上，比如ACC、行人识别、LDW、路线提示、路口转弯提示、变道提示、剩余电量、里程等。HUD很快就会演变成AR HUD，在L3、L4时代将成为标配。

在L3时代，驾驶员状态监控（DMS）将成为必不可少的功能，包括：面部识别、眼球追踪、眨眼追踪等将被引入机器视觉和深度学习算法中。 L4时代，V2X（to）是必须的。

此外，多模态交互技术的蓬勃发展，将极大改变用户与汽车的交互方式。 基于语音识别功能的语音交互技术越来越普及，常用于与IVI系统的交互操作。 此外，还可以通过语音分析驾驶员的情绪状态。 当DMS系统检测到驾驶员困倦时，系统可以通过播放音乐或释放香味唤醒驾驶员； 基于多场景的汽车座舱多模态交互技术，必将重新定义未来人机交互技术的发展。

所有这些新型智能座舱技术的发展，都将带动座舱领域对计算资源的需求激增。

在智能座舱域控制器领域，全球Tier 1厂商主要有博世、大陆、哈曼、伟世通、安波福等。 中国本土企业主要有德赛西威、航盛和东软睿驰。

表2-1 全球主要座舱域控制器厂商信息

2.2 ADAS域控制器

ADAS域控制器通常需要连接多个摄像头、毫米波雷达、激光雷达等传感器设备，必须具备多传感器融合、定位、路径规划、决策控制、无线通信、高速传输等能力。沟通。 数据处理等诸多功能，因此要完成大量的计算，域控制器一般需要搭配具有强大核心计算能力的处理器，可以为自动驾驶提供不同级别的计算能力支持。 目前有华为、瑞萨、恩智浦、德州仪器、赛灵思、地平线等解决方案。

自动驾驶技术目前处于全球科技行业的前沿。 L1到L2+的辅助驾驶技术和功能日趋成熟，不少搭载ADAS功能和应用的车型开始进入量产。 可见，L1/L2级ADAS功能的市场渗透率将快速提升，而L3/L4级自动驾驶系统仍处于小规模样机测试阶段。

在如今的自动驾驶行业，中国市场绝对是主力军。 今年，中国L2装机量有望突破80万辆，中国品牌占据绝大部分份额。 未来，ADAS功能在中国市场的渗透率将继续快速提升，中低端汽车配置的ADAS功能数量将逐步增加。 根据艾瑞咨询研究报告，预计2025年ADAS功能在乘用车市场的渗透率将达到65%左右。L3级别的高速自动驾驶HWP功能和AVP自动泊车功能L4级别在现有车型中普及率较低，未来提升空间较大。

图2-4 中国ADAS功能市场渗透率预测

ADAS域控制器正在从过去的分布式系统架构向域集中式架构演进。 过去，一个ADAS系统需要多个独立的ECU，如车道偏离和交通识别ECU、前方碰撞预警ECU、泊车辅助ECU等。 现在有了强大的集中式ADAS域控制器，一个域控制器可以实现所有功能。 大大降低了系统的软硬件复杂度，提高了可靠性。

目前业界有多家解决方案提供ADAS域控芯片平台，如华为、瑞萨、NXP、TI，以及国产地平线和黑芝麻。 下表2-2总结了全球主要ADAS域控制器制造商及其客户和合作伙伴。

表2-2 全球主要ADAS域控制器厂商信息

域控制器发展趋势

域控制器的兴起对传统汽车MCU厂商提出了很大的挑战，“因为MCU的使用将大大减少，传统MCU产品的演进路线将不复存在。”

分布式ECU时代，计算和控制的核心是MCU芯片，传输的基础核心是基于传统的CAN、LIN等低速总线。 而在域控制器时代，高性能、高集成度的异构SoC芯片作为域的主控处理器，将成为域控制器计算和控制的核心芯片。 汽车TSN（Time-）以太网因其高带宽、实时可靠的数据通信能力，将成为汽车通信的核心基础设施，尤其是域主处理器之间的通信骨干网。

下面简单分析一下域控制器和核心主控处理器的一些关键技术和趋势。

3.1 高性能

总的来说，算力需求的提升一直是域控核心芯片发展的主要驱动力。 一方面，原本由多个ECU执行的功能现在需要由一个域主处理器来完成，还需要管理和控制连接的各种传感器和执行器。 例如：底盘、动力传输系统和车身舒适电子系统领域的主处理器，其计算能力需求约为-左右。

图2-5 汽车域控制器对CPU DMIPS算力需求预测

新型智能汽车除了需要与人进行更多的交互之外，还需要大量的环境感知，需要对海量非结构化数据进行计算和处理，所以无论是座舱领域还是自动驾驶领域都需要高性能的CPU，比如在座舱仪表的CPU算力，其实和高端智能手机的CPU算力差不多，大概00000自动驾驶功能，很多需要运行视觉DNN模型算法，需要额外的数百TOPS的AI算力。

因此，各家芯片厂商总会尝试采用更先进的制程工艺、更先进的CPU内核和NPU内核，尽可能地提升领域主控芯片的CPU内核性能和NPU性能。

3.2 高度异质性

随着AI技术在视觉领域的应用，基于视觉的自动驾驶解决方案逐渐兴起，这就需要在CPU的基础上增加擅长视觉算法的GPU芯片，从而形成“CPU+GPU”的解决方案. 但“CPU+GPU”组合并不是最优方案，因为GPU虽然计算能力强，但成本高、功耗大，所以逐渐引入FPGA和ASIC芯片。

一般来说，单一类型的微处理器，无论是CPU、GPU、FPGA还是ASIC，都无法满足自动驾驶更高层次的要求，域控制器中的主控芯片将走向一体化“CPU+xPU”构建SoC（xPU包括GPU/FPGA/ASIC等），更好的支持各种场景的硬件加速需求。

3.3 高度集成

从功能层面来说，域控制器会集成越来越多的功能。 例如，电力系统领域可能结合发动机控制、电机控制、BMS 和车载充电器控制。 一些整车厂甚至直接将底盘、动力传动、车身三个功能域一步到位整合为一个“整车控制域（VDC）”。

为了支持这些功能的集成，作为域控制器的大脑，域主处理器SoC需要集成尽可能多的接口类型，例如：USB、I2C、SPI、CAN、LIN等，从而能够连接和管理各种 ECU、传感器和执行器。

3.4 硬件虚拟化

对硬件虚拟化技术的需求主要来自两个方面：（1）硬件资源的划分和隔离； (2) 支持混合安全级别。

原本需要多个ECU实现的多种功能集成到域控制器中后，域控制器的软件必然会变得更加复杂，这必然会导致出错概率的增加和整个软件可靠性的下降系统。 而且，当多个应用程序在同一个操作系统上混合运行时，经常会出现故障传播（ ），即当一个应用程序出现问题时，整个系统的底层软硬件都会处于混乱状态，导致其他原本正常应用程序失败。 将开始出现故障。 因此，通过硬件虚拟化技术对硬件资源进行分区（），使各个功能对应的软件和硬件相互隔离（），从而保证整个系统的可靠性。

另一方面，在汽车电子系统中，通常不同的应用对实时性能和功能安全级别有不同的要求。 例如，根据ISO 26262标准，汽车仪表系统和信息娱乐系统属于不同的安全级别，具有不同的处理优先级。 汽车仪表系统与电力系统密切相关，要求实时性高、可靠性高、安全性强，需要运行在底层实时操作系统（如QNX）上。 信息娱乐系统主要提供车内人机交互的控制平台，追求多样化的应用和服务，主要基于Linux和Linux。 为了实现混合安全级别的应用，实现不同操作系统在同一系统上运行，需要虚拟化技术的支持。

车载硬件虚拟化技术的核心是它是一个运行在物理服务器和操作系统之间的中间层软件，让不同虚拟机上的多个操作系统和应用程序共享一套基础物理硬件。 系统启动时首先运行，负责为每个虚拟机分配适量的内存、CPU、网络、存储等硬件资源（即分区硬件资源），最后加载并启动所有虚拟机。 机器的客户操作系统。

用一句话概括优势：它提供了在同一硬件平台上托管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，以确保关键任务、硬实时应用和通用、安全隔离不可信应用程序之间实现了车载计算单元的集成和算力共享。

3.5 ISO 26262 功能安全

功能安全是汽车开发过程中最关键的要素之一。 随着系统复杂性的增加，系统故障和随机硬件故障的风险也会增加。 ISO 26262标准旨在更好地规范和规范汽车全生命周期的功能安全管理和要求，包括：概念阶段、系统开发、硬件开发、软件开发、生产运营过程、售后和其他环节，尤其是关键在产品设计阶段如何定义和实现功能安全的目标。

在 -5 2018《 : Level D》中推荐的处理器单元诊断覆盖的安全技术措施中，双核锁步（dual-core）、非对称冗余和代码计算是三项典型的硬件冗余技术措施。 此外，硬件BIST、软硬件自检技术、ECC等也是提高处理器安全特性的常用设计措施。

图2-6 标准中的功能安全芯片设计技术

双核锁步CPU是一种CPU冗余技术，在一个芯片中包含两个相同的处理器，一个作为核心，一个作为从核，它们执行相同的代码并严格同步，可以访问系统内存和输出指令，从核不断在总线上执行指令（即主处理器获取的指令）。 从机产生的输出，包括地址位和数据位，被送到比较逻辑模块，比较逻辑模块由与从机总线接口的比较器电路组成，检查它们之间数据、地址和控制线的一致性。 当检测到任何总线的值不一致时，发现其中一个CPU有故障，但不能确定是哪个CPU故障。

这种CPU架构使得CPU自检独立于应用软件，不需要进行专门的指令集自检。 每个时钟比较实际运行的软件指令，只需要测试软件使用的CPU资源。 不过这种架构不会对内存和总线进行测试，需要增加单独的检测方式，避免两个CPU出现共模故障。

3.7 网络卸载引擎

汽车网络将有多个通信总线。 未来骨干网必然会基于TSN以太网搭建，但域主处理器与ECU或传感器的通信仍以传统的低速车载总线，如CAN等为核心域控制器，域主处理器是所有ECU和传感器通信的汇聚中心。 因此，如果依靠CPU的算力来完成不同总线之间的协议转换和跨域通信的网络报文处理，势必会占用宝贵的CPU算力资源。

因此，基于硬件实现网络协议转换处理的网络卸载引擎对于各域（包括中央网关）的域主处理器来说是一项非常重要的技术。

3.7发动机

()是汽车智能化发展的一个非常重要的趋势。 未来的汽车肯定会像今天的手机一样随时联网。 因此，如何防止未经授权的网络访问以保护汽车免受黑客攻击，对于未来的智能汽车将变得极为重要。 下一代硬件安全模块（HSM）正在成为下一代车联网通信的重要基础设施之一。

HSM 对于完全安全的车载通信 (SecOC) 至关重要。 HSM可以保证接收数据的真实性，防止攻击者绕过相关安全接口侵入车联网。

基于硬件的安全模块主要解决两个问题：

密钥泄露问题：如果密钥存储在应用程序的代码或数据中，很容易被泄露。 所以需要增加一个硬件模块来专门存储密钥。

算法加速：直接通过内核进行加密或解密操作，会占用大量的CPU计算资源。 因此，需要通过硬件模块来加速加解密算法。

SHE( ) 标准由奥迪和宝马联合制定，是针对硬件安全模块HSM 的规范。 主要包括密码模块的硬件和软硬件接口。 该规范被广泛接受，并得到许多针对汽车行业的微处理器的支持。

3.8 面向服务的软件架构SOA

ECU原本运行的软件大部分是按照规范开发的软件系统，其中的应用软件一般处于静态调度（ ）模式，即系统运行时，不同功能的功能在程序按照预先定义的排序文件依次调用，一个一个运行。 静态调度的好处是资源分配问题是预先安排好的，量产后不会改变。 每个功能对应的功能码的具体运行时间也是提前锁定的，具有确定性。 因此，这种设计非常适合车内很多对功能安全要求严格的场景。 比如判断安全气囊是否开启的函数就是每隔几毫秒运行一次，以便在紧急情况下及时开启。

在承载计算和控制的底层硬件从多个分散的ECU集中到多核、异构的高性能域主处理器后，相应的软件也将由分散向集中、由简单向复杂、由静态向动态演进。 下面的图 2-7 显示了未来汽车域控制器上的典型软件架构：

图2-7 基于域控制器空分虚拟化技术的典型软件架构

操作系统层：最底层利用虚拟化技术对硬件资源进行分区（），使得不同的操作系统可以在每个虚拟机上运行。 例如上图中，虚拟机VM1运行了一个兼容POSIX实时操作系统标准（如PSE 52）的RTOS，该RTOS通常承载与功能安全相关的应用和服务； 虚拟机VM2运行Linux，这是一个完全POSIX标准的分时操作系统，通常运行管理相关的功能和服务； 虚拟机VM3中运行的可能是原来运行在ECU上的应用程序。

中间件层：操作系统不做任何“汽车”特定的工作。 域主处理器要想应用于汽车场景，需要大量的软件或中间件，让域控制器满足汽车的电源管理标准、网络管理标准和诊断标准； 车载域控制器需要比一般工业嵌入式传统系统有更高的可靠性要求，因此需要在计算机操作系统的基础上增加存储和通信的安全保护和容错机制； 要运行，它还需要提供时钟同步、日志跟踪、服务管理和发现等功能。 该规范定义了运行在 Linux 或完全兼容的 POSIX 1003.1 标准 RTOS 上的“车辆”相关中间件标准； 而在 POSIX 子集上运行的传统 RTOS 或模式中间件规范由标准定义。

应用层：上层应用基于标准中间件开发。 随着与汽车智能化、网联化相关的功能越来越多，上层应用软件也越来越复杂。 为了降低单个应用的整体复杂度，我们可以借鉴互联网的面向服务架构（SOA）的软件设计思想，将一个复杂的应用拆分成多个服务。 每个服务都尽可能小的实现，并且尽可能做成无状态的服务，以方便整个系统的开发、测试和软件复用。 服务之间通过事件或消息总线（发布/订阅工作模式）进行通信，降低它们之间的耦合度。 服务配置用于管理服务之间的依赖关系、服务部署和启动、服务健康状态检测。

汽车以太网给汽车系统通信带来了革命性的变化。 在中央计算车载EE架构下，整个车辆系统可以看作是一个分布式网络系统：中央计算平台是一个小型服务器集群，区域计算平台是一个边缘计算节点。 在互联网或者大型分布式系统中，SOA架构的设计理念得到了广泛的应用。 因此，当IP网络技术在汽车上得到广泛应用时，许多在互联网或分布式计算中已经成熟的软件技术自然会被借鉴到新的汽车软件架构设计中，例如：RPC技术、事件/消息总线、API设计等

大型互联网数据中心的服务器集群往往有数百或数千台服务器，每秒有数百万或数千万并发。 车载系统虽然可以看作是一个分布式网络系统，但不具备大型互联网服务器系统的高并发特性。 相反，它更注重通信的实时性和可靠性。

从物理上看，整车系统正在向集中式系统发展，即原本由多个分散式ECU实现的功能逐渐集中在几大高性能域控制器上。 , in terms of , we will try our best to split it into small to the idea of ​​SOA, but the of these is . In view of the of "" in and "" in , we can use a of means to the delay (for : ). This is the - and the 's that high .

概括

The - EE will be the EE for quite a long time in the . As the core of the - EE , the will an in the chain. Its chips and , and will the focus of among and in the chain.