全球最先進(jìn)的量產(chǎn)車電子電氣架構(gòu)——奔馳STAR3分析

奔馳在2020年推出的新一代S級(jí)轎車，代號(hào)W223，E/E架構(gòu)采用了奔馳最新的STAR3架構(gòu)，2021年的新C級(jí)，代號(hào)W206也采用了STAR3架構(gòu)，奔馳所有車型都將升級(jí)到STAR3架構(gòu)，這也是目前最先進(jìn)的汽車E/E架構(gòu)，全球唯一的SOA（服務(wù)導(dǎo)向）架構(gòu)，也是全球最先進(jìn)的量產(chǎn)車架構(gòu)。

STAR3架構(gòu)

圖片來源：互聯(lián)網(wǎng)

上圖是STAR3架構(gòu)簡介，部分德語部分英語，深藍(lán)色是標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，淺藍(lán)色是特殊設(shè)備。Zentraler就是Central，Domane就是Domain，Antrieb就是Powertrain，Telematik就是Telematics，F(xiàn)ahr就是Drive。這與上一篇路虎的EVA2.0架構(gòu)類似，奔馳更強(qiáng)調(diào)以太網(wǎng)交換機(jī)的作用。

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奔馳STAR3架構(gòu)，還是英語和德語混合，F(xiàn)ahrwerk就是底盤Chassis。

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與SOA對應(yīng)的是信號(hào)導(dǎo)向型架構(gòu)，典型如特斯拉的Model 3，也就是左圖。這是奔馳以舒適網(wǎng)絡(luò)ECU做的對比，服務(wù)導(dǎo)向型與信號(hào)導(dǎo)向型對比。還是德語和英語混雜，德語的k基本可對應(yīng)英語的c，Bedien是Operator，anforderungen就是requirement。奔馳升級(jí)網(wǎng)關(guān)ECU到帶有多個(gè)以太網(wǎng)交換器的ECU，內(nèi)部包含了任務(wù)調(diào)度功能。

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理解SOA需要深入了解AUTOSAR。上圖就是用AUTOSAR的方式解釋SOA。AUTOSAR標(biāo)準(zhǔn)制定的目標(biāo)之一，是希望在應(yīng)用程序級(jí)別能做到可復(fù)用性，也就是說，我們可以基于現(xiàn)有的模型去創(chuàng)建更多，更復(fù)雜，或者基于特定項(xiàng)目需求的模型資源，而無需從零開始設(shè)計(jì)每一個(gè)部分?；谶@個(gè)想法，衍生出了類型-原型(type-prototype)的概念。同時(shí)，開發(fā)人員也能創(chuàng)建出軟件組件的分層模型，無論你的設(shè)計(jì)有何種的復(fù)雜度，軟件組件SWC的任意設(shè)計(jì)，都不會(huì)對整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的行為有任何影響，實(shí)際行為完全定義在一個(gè)個(gè)獨(dú)立的軟件組件當(dāng)中。

SWC有三個(gè)級(jí)別，最高層級(jí)的級(jí)別，也是最抽象的級(jí)別，是VFB，在這個(gè)級(jí)別當(dāng)中，描述了組件基本的通信屬性以及通信關(guān)系。其次是RTE級(jí)別，在RTE級(jí)別中，可以來描述某一AtomicSwComponentType的行為，也即SwcInternalBehavior，例如RTE Event和Runnable Entity。最后是Implementation Level描述了針對于給定SwcInternalBehavior的具體實(shí)現(xiàn)，也即SwcImplementation。

Autosar的通訊相比于傳統(tǒng)的通訊架構(gòu)發(fā)生了根本性的變化。其核心模塊就是多出了PDU Router。PDU Router在ECU通訊中的作用和網(wǎng)絡(luò)里的路由器的功能很類似，就是對一個(gè)又一個(gè)I-PDUs（Interaction Layer Protocol Data Units，可以理解為數(shù)據(jù)包，由數(shù)據(jù)、長度和I-PDU ID組成。）進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，連接通信服務(wù)層與ECU抽象層。PDU是Autosar通訊中重要的概念，每個(gè)PDU包含著SDU和PCI，每個(gè)PDU擁有獨(dú)自的ID用于互相區(qū)分。非TP層的I-PDU數(shù)據(jù)不應(yīng)超過8字節(jié)的長度。這確保了可以在單個(gè)CAN消息中發(fā)送I-PDU。

要理解Eventgroup，需要了解SomeIP，SomeIP (Scalable service-Oriented MiddlewarE over IP) 是車載以太網(wǎng)的一種通信協(xié)議。對于熟悉CAN通信的開發(fā)者而言，CAN通信一般屬于周期或者觸發(fā)的形式在總線上傳輸?shù)模鳶omeIP則不同，它是在接收方有需求的時(shí)候才發(fā)送，是一種以服務(wù)為導(dǎo)向的數(shù)據(jù)通信方式。這也是SOA架構(gòu)的由來。

SomeIP數(shù)據(jù)包主要包括兩大部分，分別是Header和Data。在傳輸?shù)倪^程中可以通過TCP和UDP兩種通信數(shù)據(jù)協(xié)議進(jìn)行傳輸。SomeIP定義的通信方式主要包括四大類: 1) Methods: Methods包含了請求后有應(yīng)答的Method，和請求后沒有應(yīng)答的Method（Fire&Forget）; 2) Event：當(dāng)某種事情發(fā)生后，服務(wù)端向客戶端發(fā)送的Message; 3) Field：Get/Set/Notifier某種屬性或者狀態(tài); 4) EventGroup：用來進(jìn)行publish/subscribe處理Events and Fields的通信的邏輯組。

這里的服務(wù)也是AUTOSAR的概念，在AUTOSAR軟件架構(gòu)中，汽車嵌入式系統(tǒng)軟件自上而下分別為應(yīng)用軟件層（Application Software Layer，ASW）、運(yùn)行時(shí)環(huán)境（Runtime Environment，RTE）、基礎(chǔ)軟件層（Basic Software Layer，BSW）和微控制器（Microcontroller）。為保證上層與下層的無關(guān)性，在通常情況下，每一層只能使用下一層所提供的接口，并向上一層提供相應(yīng)的接口。目前AUTOSAR規(guī)范定義最為詳細(xì)的部分就是基礎(chǔ)軟件層。而且判斷某個(gè)軟件架構(gòu)是否遵守AUTOSAR規(guī)范的主要依據(jù)就在于基礎(chǔ)軟件層。

基礎(chǔ)軟件層（Basic Software Layer，BSW）又可分為四層，即服務(wù)層（Services Layer）、ECU抽象層（ECU Abstraction Layer）、微控制器抽象層（Microcontroller Abstraction Layer，MCAL）和復(fù)雜驅(qū)動(dòng)（Complex Drivers）。服務(wù)層（Service Layer）又由一系列基礎(chǔ)軟件組件構(gòu)成，包括系統(tǒng)服務(wù)（System Services）、存儲(chǔ)器服務(wù)（Memory Services）、通信服務(wù)（Communication Services）等。它們主要用于提供基礎(chǔ)軟件服務(wù)，包括標(biāo)準(zhǔn)化的系統(tǒng)功能和功能接口。這就是圖里所說的Services。

圖片來源：互聯(lián)網(wǎng)

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A26/17在W223上就是NTG7，之所以和發(fā)聲器控制連接在一起是奔馳W223跟路虎衛(wèi)士一樣配備到了RNC，主動(dòng)降噪技術(shù)。CANI主要是針對柴油機(jī)的。

車身一域主要是車門和天窗。

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車身二域主要是座椅。

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車身三域?yàn)榘踩珟Ш秃笪蚕洹?/p>

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Infotainment一域，A40/12即AR-HUD，N123即無線充電。

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Infotainment二域，主要是后排。

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氛圍燈是奔馳特色，搞得非?；ㄇ?，也很復(fù)雜。

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底盤和懸掛域，依然是FlexRay總線。

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A40/13就是立體雙目系統(tǒng)，A89是主毫米波雷達(dá)。

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這只是一級(jí)網(wǎng)絡(luò)，W223的NTG7主機(jī)（新C級(jí)還是NTG6主機(jī)）和后排娛樂系統(tǒng)相連，整個(gè)系統(tǒng)擁有4片以太網(wǎng)交換器，即Marvell的88EA6321-TFJ2，這是一顆以太網(wǎng)交換機(jī)芯片，沒錯(cuò)，就是特斯拉用在自動(dòng)駕駛系統(tǒng)上那顆，實(shí)際上這顆芯片是為座艙系統(tǒng)設(shè)計(jì)的。Marvell 第一代車載以太網(wǎng)交換機(jī)88EA6321，是7端口以太網(wǎng)千兆性能交換機(jī)，完全符合IEEE802.3車載標(biāo)準(zhǔn)，支持AVB音頻/視頻橋接功能），并支持低能耗以太網(wǎng)，可降低功耗。該款7端口以太網(wǎng)交換機(jī)集成了2個(gè)IEEE 10/100/1000BASE-T/TX/T端口、2個(gè)RGMII/xMII（這2個(gè)端口可配置成1個(gè)GMII）端口和1個(gè)SGMII / Serdes端口。

奔馳的E/E架構(gòu)非常先進(jìn)且可靠性極高，軟件復(fù)用性很強(qiáng)，但缺點(diǎn)是硬件成本很高，以太網(wǎng)Phy和交換機(jī)大量使用，這些芯片又比較緊缺，價(jià)格持續(xù)飛漲，注重成本的豐田或特斯拉無論如何都不可能采用這種架構(gòu)。未來奔馳只能放棄低價(jià)車型，零售價(jià)估計(jì)都要在50萬人民幣以上了。