车载智能计算基础平台参考架构1.0（2019 年）

　　汽车产业是我国国民经济的重要支柱产业，是推动实现制造强国和网络强国建设的重要支撑和融合载体。在“新四化”背景下，汽车电子电气架构正在由分布式向集中式持续演进，自动驾驶成为产业竞争的焦点，汽车电子产业链和技术链面临重构。在此背景下，对于支撑实现自动驾驶功能的车载智能计算平台而言，其重要性更加凸显。国内外企业都在积极布局，加快推进产品研发和应用示范。

　　车载智能计算基础平台参考架构概述

　　参考架构总体框架

　　车载智能计算基础平台需要软硬件协同发展促进落地应用。车载智能计算基础平台结合车辆平台和传感器等外围硬件，同时采用车内传统网络和新型高速网络（如以太网、高速CAN 总线等），根据异构分布硬件架构指导硬件平台设计，装载运行自动驾驶操作系统的系统软件和功能软件，向上支撑应用软件开发，最终实现整体产品化交付。

　　车载智能计算基础平台参考架构主要包含自动驾驶操作系统和异构分布硬件架构两部分。其中，自动驾驶操作系统是基于异构分布硬件架构，包含系统软件和功能软件的整体基础框架软件。车载智能计算基础平台侧重于系统可靠、运行实时、分布弹性、高算力等特点，实现感知、规划、控制、网联、云控等功能，最终完成安全、实时、可扩展的多等级自动驾驶核心功能。

　　参考架构软硬件特点

　　异构。车载智能计算基础平台需采用异构芯片硬件方案。面向L3 及以上等级自动驾驶车辆，车载智能计算基础平台需兼容多类型多数量传感器，并具备高安全性和高性能。现有单一芯片无法满足诸多接口和算力要求，需采用异构芯片的硬件方案。异构可以体现在单板卡集成多种架构芯片，如奥迪zFAS集成MCU（微控制器）、FPGA（现场可编程门阵列）、CPU（中央处理器）等；也可以体现在功能强大的单芯片（SoC，系统级芯片）同时集成多个架构单元，如英伟达Xavier集成GPU（图形处理器）和CPU两个异构单元。

　　现有车载智能计算平台产品如奥迪zFAS、特斯拉FSD、英伟达Xavier等硬件均主要由AI（人工智能）單元、计算单元和控制单元三部分组成，每个单元完成各自所定位的功能。

　　分布弹性。车载智能计算基础平台当前需采用分布式硬件方案。当前汽车电子电气架构由众多单功能芯片逐渐集中于各域控制器，L3及以上等级自动驾驶功能要求车载智能计算基础平台具备系统冗余、平滑扩展等特点。一方面，考虑到异构架构和系统冗余，利用多板卡实现系统的解耦和备份；另一方面，采用多板卡分布扩展的方式满足自动驾驶L3及以上等级算力和接口要求。整体系统在同一个自动驾驶操作系统的统一管理适配下，协同实现自动驾驶功能，通过变更硬件驱动、通信服务等进行不同芯片的适配。

　　车载智能计算基础平台需具有弹性扩展特性以满足不同等级自动驾驶需求。针对L3及以上等级自动驾驶汽车，随着自动驾驶等级提升，车载智能计算基础平台算力、接口等需求都会增加。除提高单芯片算力外，硬件单元也可复制堆叠，自动驾驶操作系统弹性适配硬件单元并可进行平滑拓展，达到整体系统提升算力、增加接口、完善功能的目的。

　　车载智能计算基础异构分布硬件架构

　　车载智能计算基础平台硬件架构指导异构芯片板级集成设计。该架构具有芯片选型灵活、可配置拓展、算力可堆砌等优点。硬件主要包括AI单元、计算单元和控制单元。

　　AI单元

　　AI单元采用并行计算架构AI芯片，并使用多核CPU配置AI芯片和必要处理。AI芯片可选用GPU、FPGA、ASIC（专用集成电路）AI芯片等。当前完成硬件加速功能的芯片通常依赖内核系统（多用Linux）进行加速引擎及其他芯片资源的分配、调度。通过加速引擎来实现对多传感器的数据高效处理与融合，获取用于规划及决策的关键信息。AI单元作为参考架构中算力需求最大的一部分，需要突破成本、功耗和性能的瓶颈以达到产业化要求。

　　计算单元

　　计算单元由多个多核CPU组成。计算单元采用车规级多核CPU芯片，单核主频高，计算能力强，满足相应功能安全要求，装载Hypervisor、Linux等内核系统管理软硬件资源、完成任务调度，用于执行自动驾驶相关大部分核心算法，同时整合多源数据完成路径规划、决策控制等功能。

　　控制单元

　　控制单元基于传统车控MCU。控制单元加载Classic AUTOSAR平台基础软件，MCU通过通信接口与ECU相连，实现车辆动力学横纵向控制并满足功能安全ASIL-D等级要求。当前Classic AUTOSAR平台基础软件产品化较为成熟，可通过预留通信接口与自动驾驶操作系统集成。

　　车载智能计算基础自动驾驶操作系统

　　自动驾驶操作系统是车载智能计算基础平台的核心部分。自动驾驶操作系统使用并包含了车控操作系统，它基于异构分布硬件/芯片组合，是车控操作系统的异构分布扩展。车控操作系统是指传统车控ECU中主控芯片MCU 装载运行的嵌入式操作系统，如AUTOSAR（OSEK）操作系统，可参考Classic AUTOSAR软件架构，吸收其模块化和分层思想。自动驾驶操作系统，既具有车控操作系统的功能和特点，还能够提供高性能、高可靠的传感器、分布式通信、自动驾驶通用框架等模块，以支持自动驾驶感知、规划、决策、控制等功能的共性实现。自动驾驶操作系统将车控操作系统纳入整体系统软件和功能软件框架。车控操作系统运行在MCU上，一般以功能安全ASIL-D等级保障车载智能计算基础平台安全可靠，并根据自动驾驶需求进行一定程度上的扩展。

　　系统软件和功能软件是车载智能计算基础平台安全、实时、高效的核心和基础。自动驾驶操作系统包含系统软件和功能软件两部分。系统软件创建复杂嵌入式系统运行环境。功能软件根据自动驾驶核心共性需求，明确定义自动驾驶各共性子模块。系统软件可参考借鉴AUTOSAR软件架构分层思想，可以实现与Classic和Adaptive两个平台的兼容和交互。功能软件根据自动驾驶共性需求，进行通用模块定义和实现，可补充AUTOSAR架构在自动驾驶方面的不足和缺失。