图片来源：博世
上图是一张被广泛应用的汽车 E/E 架构演进图，日系车大多还停留在倒数第二 Integration 阶段，特斯拉最新的 Model Y 是 Domain Centralization 阶段，实际这个阶段只是把域控制器按空间位置简单地分开，不能算严格的域控制器。特斯拉的 Cybertruck 是处于 Domain Fusion 阶段，95%的国产新兴造车也是处于此阶段，典型特征就是域控制器拥有以太网接口，再向上就是 Zone 阶段，之所以不说 Vehicle Computer 是因为 CAN XL 或 10M 以太网进展缓慢，传统 CAN 或 CAN FD 网络还得保留，未达到车辆把运算都集中到中央计算域的程度。Zone 阶段典型特征就是 Zone 域控制器有以太网交换机。某些国产高端如问界 M9，还有奇瑞星纪元 ES，智己 LS6 已经基本达到此架构，但集成度还有点低。
Domain 和 Zone 架构区别
图片来源：德州仪器《How a Zone Architecture Paves the Way to a Fully Software-Defined Vehicle》
Domain 和 Zone，二者最大区别就是 Zone 架构将物理 I/O 分离出来，只保留逻辑 I/O，换句话说，软硬分离，物理 I/O 代表硬件的物理层，逻辑 I/O 是软件概念的。
逻辑 I/O 来自 IT 行业，即服务调用。
图片来源：怿星科技
服务（Service）这个术语来自 IT 行业，IT 行业是构建在以太网上的，它是基于交换的通信，是点对点联络加各种转发。面向服务架构（Service Oriented Architecture，简称 SOA）在软件、信息通信领域是非常成熟、常见的软件架构设计理念，它鼓励提供抽象访问接口和模块化软件组件的方式，让软件模块很容易在不同场景下复用，通常以 Software Development Kits（SDK）、软件库、以及远程调用的方式提供，上层系统通过复用和自由组合既有软件模块，可以实现快速开发特定的功能，并能降低测试验证成本和开发周期。高内聚、松耦合、可扩展性强是 SOA 架构的核心特点。
而 Domain 则不然，它的物理 I/O 与逻辑 I/O 实际是一体的，无法分割开，这就是 CAN 网络。CAN 网络是信号导向架构（Signal Oriented Architecture），ECU 的功能是固定的，彼此通过 LIN/CAN 等总线进行广播式通信，软件提前编写并固化在 ECU 内运行。随着汽车功能越来越多越来越复杂，ECU 的数量也急剧增多，微小的功能改动都可能会引起整车通信甚至其它 ECU 软件的更新，这种架构不具备灵活性和扩展性，开发与验证的成本非常高。这是软件复杂程度和成本快速上升的主要原因。
Zone 架构中的以太网
图片来源：德州仪器《Zone architecture, Ethernet drive vehicle of the future》
这是理想状态的 Zone 架构，CAN XL 架构支持 20Mbit/s，所以这里也不是完全放弃 CAN 而只用以太网。
Zone 架构下的数据量
图片来源：德州仪器《Zone architecture, Ethernet drive vehicle of the future》
典型 Zone 架构
图片来源：NXP Automotive Zone Controller
NXP Zone 控制器参考方案
图片来源：NXP
显然 Zone 控制器必须具备以太网交换机。
NXP 的 Zone 同轴供电架构
图片来源：NXP
用词方面，在 S32K3 下是 Aggregator，但 S32G RDB 下则是 Controllers，显示出不同。
NXP S32K 应用分布图
图片来源：NXP
S32K 是 NXP 的一个 MCU 系列，包括多款产品，其应用分布如上图，只有 S32K388 和 S32K39/37/36 支持 TSN 以太网，所以才能是 Zone Controller。
Zone Controller MCU 需要满足以下几点，首先是实时运算性能强，至少 6MB 以上的 Flash 存储容量，支持最低 ASIL B 级标准，具备百兆，最好是千兆以太网接口。
典型的 Zone Controller
图片来源；德州仪器《How a Zone Architecture Paves the Way to a Fully Software-Defined Vehicle》
上图中，德州仪器特别点出了 TSN 即时间敏感网络。
TSN 关键通讯协议
图片来源；德州仪器《How a Zone Architecture Paves the Way to a Fully Software-Defined Vehicle》
简单地说就是 TSN（时间敏感网络），是时间触发，而不是传统以太网的 event 触发，具备时间敏感性，也就是具备确定性，与传统以太网的尽力而为区别较大，它不一定保证延迟低，但是确保延迟是可以确定的。
德州仪器的 Zone Controller 参考设计
图片来源：德州仪器
德州仪器的 Zone Controller 配合外围驱动，可以控制车门、座椅、灯光、电机、风扇、各种泵、各种阀、HVAC 等，基本上大大减少 MCU 使用数量。
图片来源：德州仪器
Zone 控制器的核心是 AM263P4，这已经不能算一款 MCU 了，应该算一款 SoC，一般内部是 4 个 Cortex-R5F，运行频率 400MHz，拥有 8MB 的 OSPI FLASH 和 3MB 的 SRAM，最大特色是内部包含了一个三口的千兆车载以太网交换机，支持 TSN 的关键协议 802.1AS 即 gPTP，即时间同步系统，确保整个系统时间戳同步，且是静态网络无需配置。
图片来源：IEEE
高级智能驾驶包含多个传感器，地图、GPS 定位也可算一种传感器，多个传感器和 ECU 系统需要统一 Clock 时钟系统，即时间同步。802.1AS 诞生于 2011 年，2020 年得到进一步加强，称之为 802.1ASdm。
图片来源：IEEE
2020 年升级后提供两套冗余，即使主时钟失效，一路连接失效，整体系统仍然可以保持时间同步，L3 系统必备。
最后做个总结，Zone 架构必须包含以太网交换机，支持 802.1AS，支持 ASIL-B，这才是先进的 Zone 架构。
END
作者：周彦武
来源：佐思汽车研究
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