2023車載智能計算基礎平臺參考架構2.0

車載智能計算基礎平臺參考架構2.0（2023年）VVPAGE\*ROMANII目錄第1章編制背景 1智能網(wǎng)聯(lián)變革機遇期，參考架構1.0有效凝聚共識 1智能網(wǎng)聯(lián)技術成長期，參考架構亟需迭代與細化 2智能網(wǎng)聯(lián)加速落地期，參考架構2.0加強前瞻引導 3第2章車載智能計算基礎平臺參考架構2.0概述 5參考架構2.0總體框架 5參考架構2.0的軟硬件特點 8參考架構2.0的重點創(chuàng)新研究方向 9參考架構2.0的主要創(chuàng)新點 11第3章異構分布硬件架構 12AI計算單元 12通用計算單元 13控制單元 13安全處理單元 13第4章車控操作系統(tǒng) 15系統(tǒng)軟件 15功能軟件 19第5章工具鏈 27開發(fā)調試工具 27測試仿真工具 29持續(xù)集成工具 29過程管理工具 30第6章安全體系 33功能安全 33預期功能安全 34網(wǎng)絡安全 36數(shù)據(jù)安全 39軟件升級安全 40融合安全 41第7章發(fā)展建議 43凝聚發(fā)展思路，統(tǒng)籌協(xié)作競爭 43鼓勵技術攻關，加快生態(tài)構建 43完善標準體系，探索開發(fā)實踐 43加強檢測認證，強化安全保障 44附件：縮略語 45--PAGE1-第1章編制背景1.0有效凝聚共識“大腦參考架構1.0為智能網(wǎng)聯(lián)汽車研發(fā)應用創(chuàng)新提供了重要指1.0（2019年為我國車載智能計算基礎平臺的技術創(chuàng)新標準研制、試驗驗證、應用實踐、產(chǎn)業(yè)生態(tài)構建等提供了參考和引導。國內已有華為中興國汽智控等多家企業(yè)基于參考架構進行產(chǎn)品開發(fā)。2022 年中國汽車基礎軟件生態(tài)委員會發(fā)布《AUTOSEMOServiceFramework1.0基現(xiàn)整車控制器的設計與開發(fā)。智能網(wǎng)聯(lián)技術成長期，參考架構亟需迭代與細化智能網(wǎng)聯(lián)技術向更高級別自動駕駛和車路云一體化等方向L1L2級自動駕駛滲透率快速增長，L3“車路云一體化”發(fā)展路線，打造技術、商業(yè)雙閉環(huán)。一是（hoLinuxQNXAOSICVOS、OSAliOS等國產(chǎn)車用操作系統(tǒng)相繼推出，深化了行業(yè)對車載智能計算基礎平臺的認識理解。功能安全、數(shù)據(jù)安全、軟件升級安全等日益受到行業(yè)重視。2.0加強前瞻引導3-5從分域架構到“中央計算+區(qū)域控制”“鎖定”SOA車載智能計算基礎平臺產(chǎn)品勝出的關鍵在于能否形成包括2.01.0的基礎上，進一步加強前瞻性、戰(zhàn)3-5保障能力提升。第2章車載智能計算基礎平臺參考架構2.0概述2.0總體框架SOA控操作系統(tǒng)、安全體系、工具鏈（如圖1所示。-6--6-圖1 車載智計基礎平參考架構2.0--PAGE46-異構分布硬件架構負責提供各類硬件接口和滿足多方面算力需求，AI理單元等。車控操作系統(tǒng)是支撐智能網(wǎng)聯(lián)汽車駕駛自動化功能實現(xiàn)和（包含系統(tǒng)軟件和功能軟件、橫向分區(qū)（包括安全車控操作系統(tǒng)、智能駕駛操作系統(tǒng)）式架構?！ˋIBSP等各類驅動實現(xiàn)與硬件平臺的解耦?！蠈討密浖峁┓眨瑢崿F(xiàn)與應用軟件的解耦。安全體系保障車載智能計算基礎平臺的質量安全和使用安安全、融合安全等。工具鏈V2XL1L2自動緊（S（LA/（LCC、自動輔助導航駕駛（NOA）/智能輔助導航駕駛（NOP）等。L3級以上自動駕駛應用正在開發(fā)和推廣之中，包括自主代客泊車)（Roboaxi（LA、駕艙融合應用及車路云一體化應用等。2.0的軟硬件特點“性能優(yōu)先”和“優(yōu)先”的差異化產(chǎn)品需求，更好支持不同的技術路線。（2X（4、5安全策略的通用性和靈活度，同時兼顧產(chǎn)品的性能和成本。AI大模型融合AIAI大模型與車載智能計算基礎平臺研發(fā)、訓練、應用等環(huán)節(jié)的融合，重點在數(shù)據(jù)閉環(huán)、自動標注、2.0的重點創(chuàng)新研究方向功能，而且要實現(xiàn)研究虛擬化/異構計算平臺的硬件快速適配需求，提升生態(tài)協(xié)同效率。操作系統(tǒng)內核。研究面向多核環(huán)境的新型內核架構、實時調IPC（進程間通信）/RPC（遠程過程調用虛擬化管理。研究兼容Linux服務接口的操作系統(tǒng)內核，繼承Linux生態(tài)?；诖竽Ｐ偷闹悄荞{駛技術。研究大模型的云端應用技術，降低數(shù)據(jù)標注成本，提高長尾數(shù)據(jù)挖掘效率，提高自動駕駛場景構建速度和準確度。研究大模型的車端應用技術，提升駕乘適應能力和舒適性，提高導航、娛樂、通信等方面的服務水平。研究大模型與小模型協(xié)同技術，提高海量數(shù)據(jù)預處理水平和精準利用能力，進一步提升車載智能計算基礎平臺及智能網(wǎng)聯(lián)汽車的智能性，降低處理延遲，提高整體效率。安全保障技術。研究可靠冗余設計、多層多樣化監(jiān)測方案、工具鏈。研究車載智能計算基礎平臺開發(fā)過程的工具鏈，提升研發(fā)團隊開發(fā)調試能力、自動測試效率、持續(xù)集成及過程管理水平，提升軟件開發(fā)質量，實現(xiàn)產(chǎn)品高質量快速迭代、分發(fā)、升級和維護。2.0的主要創(chuàng)新點立足新階段新認識，依據(jù)已經(jīng)量產(chǎn)的應用，以及面向未來車路云及中央集中趨勢，進一步明確應用軟件的定義，提出典型應用場景?？傮w架構方面，在延續(xù)《車載計算基礎平臺參考架構1.0》基本概念的基礎上，固化下沉技術主框架。硬件平臺方面，升級車載智能計算基礎平臺硬件架構，強調安全處理單元。車控操作系統(tǒng)方面，功能軟件及系統(tǒng)軟件各層內各模塊分工及技術棧。安全體系方面理、產(chǎn)品過程保障出發(fā)，涵蓋網(wǎng)絡安全、數(shù)據(jù)安全、功能安全、預期功能安全、軟件升級安全及融合安全等安全要素，保障車載智能計算基礎平臺的質量安全和使用安全。第3章異構分布硬件架構AI計算單元、通用計算單元、控制單元以及安全處理單元等。AI計算單元AI計算單元基于并行計算架構，負責圖像處理、深度學習DSPGPUNPU、TPU等專用加速器等正逐漸引入到AI應用領域的豐富以及硬件技術的AI計算單元的算力需求持續(xù)增長，需要通過芯片制程AI計算單元的能效。同時，運用更靈活的任務劃分AI（e（CPU（k（oC）優(yōu)化等高速互聯(lián)技術加快普及應用。模型和算子方面，AITransformer模型等不同任務量身設計計算模組，以模塊化方式提升性能、降低能耗。通用計算單元通用計算單元負責運行復雜的邏輯串行任務CPUCPUARM試基于RISC-VCPU的算力?？刂茊卧狢PU儲單元以及必要的I/O與通信接口。為滿足實時性要求，需對MCU取指令的通路、數(shù)據(jù)存取通路等特別設計，同時通過提升MCU核心工作頻率、使用實時的軟件任務調度器等，減少任務切換延遲。MCUEthernet/CAN-FD等高速接口，提CPU安全處理單元安全處理單元負責安全業(yè)務的處理。在硬件設計上，根據(jù)功采用安全島技術實現(xiàn)對系統(tǒng)內功能的監(jiān)控與錯誤處理。CPU負載，對稱、非對稱、哈希等加解密算法加速CPU方案，也可基于硬件電路完第4章車控操作系統(tǒng)車控操作系統(tǒng)是車載智能計算基礎平臺的核心部分。車控操作系統(tǒng)包括智能駕駛操作系統(tǒng)和安般需要滿足ASIL-B（安全車控操作系統(tǒng)需滿足ID，并根據(jù)智能駕駛需求進行適度擴展。按邏輯層次劃分，車控操作系統(tǒng)包括系統(tǒng)軟件和功能軟件。AUTOSAR軟件架構ClassicAdaptive兩個AUTOSAR架構在智能駕駛方面的不足和缺失。系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件是為智能網(wǎng)聯(lián)汽車應用場景量身定制的復雜大規(guī)模嵌入式系統(tǒng)運行環(huán)境。系統(tǒng)軟件從底向上包括跨內核驅動框架、虛擬化管理、操作系統(tǒng)內核、系統(tǒng)接口與系統(tǒng)中間件?？鐑群蓑寗涌蚣苘嚳夭僮飨到y(tǒng)中的跨內核驅動框架相比面向單一內核的驅虛擬化管理Hypervisor和虛擬機監(jiān)視器（VMM）等，虛CPU并將它們分配給運行在虛擬化管理系統(tǒng)軟件上的多個操作系統(tǒng)CPU平臺應用的運行，而且能顯著提高硬件的使用效率。操作系統(tǒng)內核面向復雜駕駛場景的車控操作系統(tǒng)內核層需要實現(xiàn)多內核ClassicAUTOSARAdaptiveAUTOSAR所規(guī)定的需求。AI計算單元的操作系統(tǒng)內QM~ASIL-B；支持通用計算單元的操作系統(tǒng)QM~ASIL-B；支持控制單元的操作系統(tǒng)內ASIL-D。這就需要安全等級不同的多內核設計，或者單個內核支持不同功能安全等級應用的設計。QNXOSEKOS、LinuxSoCLinux進行了定制優(yōu)化，在增加功能的同時注重強化安全性，實現(xiàn)對部分CPU和內存資源的保護，以滿足功能安全等級要求。的服務支持。密碼庫基于硬件實現(xiàn)橢圓曲線密碼（ECC、高級（S3/S4系統(tǒng)接口與系統(tǒng)中間件內存分配、調度管理、I/O件層提供系統(tǒng)中間件的服務和接口。POSIXAPIPOSIXAPII/OI/O等。SOA框架通常包含模塊化服務、服務注冊發(fā)現(xiàn)、標準互操作性接口、服務編排等內容和特征。AI框架用于支撐自動駕駛AI應用和大模型應用的開發(fā)。管理中間件中全服務等提供支撐，提升整體車控系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。通信中間件CAN信號向面向服務的車載以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包傳輸過度?；鵌P的可擴展的面向服務的中間件（SOME/IP）支持復雜車載網(wǎng)絡的服務發(fā)現(xiàn)和交互。在安全性方面，SOME/IP服務發(fā)現(xiàn)（DDS）DDS還可以提供良好的擴展性和互操作性。功能軟件應用支撐層、應用軟件接口及服務。功能中間件力和存儲資源進行利用，實現(xiàn)對大規(guī)模數(shù)據(jù)的高效處理和分析，以及利用云端的算法和模型進行更復雜和高級的決策和規(guī)劃，提高智能駕駛系統(tǒng)的感知、決策和控制能力。數(shù)據(jù)抽象是針對不同傳感器、車輛底盤、外圍硬件等的原始數(shù)據(jù)進行處理和封裝，提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式。通過標準格式為上層的智能駕駛通用模型提供各種不同的數(shù)據(jù)源，進而建立異構硬件數(shù)據(jù)抽象，達到屏蔽硬件差異、開發(fā)平臺差異，應用軟件與系統(tǒng)軟件分層解耦。數(shù)據(jù)流框架是依托中間件技術提供標準數(shù)據(jù)接口和實時數(shù)AI加速單元、車云協(xié)同框架進行分布和協(xié)作。安全框架應用支撐層SOA服務等方式為智能駕駛功能提供支持，主要包含算法/模型庫和基礎服務。算法/模型庫提供智能駕駛應算法/模型庫算法/模型庫由多個獨立的算法模塊及模型組成，用戶可通速實現(xiàn)環(huán)境感知、決策規(guī)劃、車輛控制等算法開發(fā)。環(huán)境感知是對車輛周圍的環(huán)境和道路條件進行感知和理解，Transformer+BEV技術下的（獲取V2X通信接收來自其他車輛、交通V2X實時交互信息進行融合，使智能駕駛系統(tǒng)獲得更加準確和完整的環(huán)境感知結果。融合定位是指利用多種傳感器技術對車輛位置和環(huán)境信息干擾能力和安全性，為實現(xiàn)可靠的智能駕駛提供基礎支持。決策規(guī)劃是基于感知和預測結果進行路線與軌跡的決策規(guī)AI意圖進行準確的預測和分析，制定出最優(yōu)的行動策略。運動控制決策規(guī)劃結果，對車輛進行精確的操控和控制策略的實施。車用大模型是指在智能駕駛系統(tǒng)中應用大型的深度學習?；A服務系統(tǒng)提供必要的功能和支持。數(shù)據(jù)服務儲策略等進行定制化管理和限制。配置服務UI數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)的一致性，并統(tǒng)籌處理命令沖突的決策。地圖服務（ADAS）功能獲取地圖相EHP（電子地平線提供者、EHR（電子地平線解析者）內的一系列模塊，并對外提供統(tǒng)一的接口獲取數(shù)據(jù)。網(wǎng)聯(lián)服務和指令下發(fā)等功能，可以實時獲取實時交通信息、車輛的狀態(tài)、安全服務AI應用軟件接口及服務應用軟件接口及服務是車控操作系統(tǒng)為應用軟件開發(fā)所提應用軟件接口主和服務共同為智能網(wǎng)聯(lián)汽車系統(tǒng)的開發(fā)和應用提供了支持和便利。第5章工具鏈完善的工具鏈對車載智能計算基礎平臺產(chǎn)品快速開發(fā)迭代、工具鏈為汽車軟件開發(fā)過程(V模型、敏捷開發(fā)等)開發(fā)調試工具C/C++、Rust、PythonJava等。開發(fā)工具配置工具配置工具一般包括基礎軟件配置調試工具行監(jiān)控工具、數(shù)據(jù)錄制與回放工具等，可以將產(chǎn)生的邊角案例（Corner分析。集成工具集成工具可將多個開發(fā)環(huán)境跨平臺整合到一個工具環(huán)境中，集成工具包含編駕駛應用場景庫、車云一體化的敏捷集成開發(fā)模式。測試仿真工具測試仿真在保障軟硬件功能符測試工具仿真工具持續(xù)集成工具車載智能計算基礎平臺不僅包含了傳統(tǒng)的開發(fā)運維一體化（DevOps）工具DevOps工具可用于執(zhí)行智能駕駛算法和軟件構建過程中的工具解決了研發(fā)維護成本高，缺少數(shù)據(jù)共享平臺、縮短產(chǎn)品迭代周期，加強過程保障。模型運維一體化（ModelOps）工具ModelOps工具用于執(zhí)行對自動駕駛AIModelOps工具可以提升模型質量及其過程管理工具過程管理工具可以全面地規(guī)約車載智能計算基礎平臺相關過程管理工具可為軟件質量管理體系提供基于軟件ASPICE、GB/T34590、ISO21434等標準要求。需求規(guī)約與管理工具協(xié)作功能，可以實現(xiàn)多人在線協(xié)同。任務和缺陷管理工具期，實現(xiàn)缺陷的快速發(fā)現(xiàn)、全程追蹤、及時消除和主動預防。代碼分析與追溯工具代碼分析與追溯工具包括靜態(tài)軟件供應鏈安全工具第6章安全體系車載智能計算基礎平臺是整車的計算核心和智能駕駛的功功能安全GB/T34590相關標準規(guī)范，多樣化監(jiān)測方案入數(shù)據(jù)采用循環(huán)冗余校驗（CRC、范圍校驗等多重校驗方式，控等方式監(jiān)控其運行狀態(tài)。失效可運行或失效降級安全模式失效。安全測試用例庫功能安全測試由經(jīng)驗驅動向數(shù)據(jù)驅動轉變。產(chǎn)品過程管理充分集成并嚴格優(yōu)化現(xiàn)有安全工程流程，實施貫穿“概念、”人工智能安全保證自動駕駛通用模型算法的開發(fā)流程嚴格遵守功能安全AI等硬件的隨機失效率滿足安全要求。預期功能安全性能局限風險的預期功能安全（STIF。為最大限度保障汽車預期功能安全，車載智能計算基礎平臺應符合ISO21448和8800功能性能提升風險監(jiān)測防護SOTIF綜合利用外部感知信息等遠程升級技SOTIF風險防護體系。多層級異構冗余設計針對單一軟硬件的局限性及設計不足，考慮關鍵部件、關鍵“高階+低階”的自動駕駛系統(tǒng)冗余配置方案,避免單一風險導致整體安全問題，同時可通過多組件間的互補提高整體功能性能。測試評估SOTIF雙層安全接受準則開展SOTIF量化評估自動駕駛車輛預期功能安全水平。網(wǎng)絡安全網(wǎng)絡安全旨在保障平臺網(wǎng)絡系統(tǒng)軟硬件及數(shù)據(jù)不因偶然或網(wǎng)絡安全風險識別與管理AI安全可信基礎能力建設要（S（TEE車能力安全可控提供標準化參考準則?？v深防御體系構建V2X節(jié)點和云端的傳輸安升級支持網(wǎng)絡彈性賦能為了提升對已知/未知網(wǎng)絡攻擊威脅的容忍能力，傳統(tǒng)網(wǎng)絡/車載智能計算基礎平臺需要建立能夠感知抵御已知/未知威脅的數(shù)據(jù)安全車載智能計算基礎平臺在數(shù)據(jù)的開發(fā)利用上要（GDPR）繞數(shù)據(jù)處理的各個場景，實現(xiàn)數(shù)據(jù)全過程保護。軟件升級安全設計并建立車載智能計算基礎平臺軟件升級安全防護體系，軟件升級是使系統(tǒng)保持具備最新功能和更高車載智能計算基礎平臺需遵照各類政策法規(guī)與標準要求建臺了R156升級，須按規(guī)定要求模式還是傳統(tǒng)有線升級模式，在融合安全V協(xié)同相關項定義、威脅/危害識別及融合安全目標分類分級的相關內容；在融合安全一體化防護階段，重點考慮協(xié)同優(yōu)化設計、“三支柱”的聯(lián)動測試方法及在具體測第7章發(fā)展建議凝聚發(fā)展思路，統(tǒng)籌協(xié)作競爭鼓勵技術攻關，加快生態(tài)構建“基礎前沿—重大共性關鍵技術—應用示范研究”的技術創(chuàng)新全鏈條。鼓勵完善標準體系，探索開發(fā)實踐聚合行業(yè)優(yōu)勢資源，同步推動相關接口標準的規(guī)范化建設，推動實現(xiàn)軟硬件分層解耦以滿足底層操作系統(tǒng)與芯片的高效適加強檢測認證，強化安全保障附件：縮略語縮略語英文名稱中文名稱ADASAdvancedDrivingAssistanceSystem高級駕駛輔助系統(tǒng)AEBAutonomousEmergencyBrake自動緊急制動AESAutomaticEmergencySteering自動緊急轉向AESAdvancedEncryptionStandard高級加密標準AIArtificialIntelligence人工智能ARAAUTOSARRuntimeAdaptiveAUTOSAR自適應平臺運行時ASILAutomotiveSafetyIntegrityLevel汽車安全完整性等級ASPICEAutomotiveSoftwareProcessImprovementandCapacitydEtermination汽車軟件過程改進及能力評定AUTOSARAUTomotiveOpenSystemArchitecture汽車開放系統(tǒng)架構AVPAutomatedValetParking自主泊車輔助BEVBird'sEyeView鳥瞰圖BISTBuiltInSelfTest內建自測BSPBoardSupportPackage板級支持包CANControllerAreaNetwork控制器局域網(wǎng)總線CAN-FDCANwithFlexibleDatarate可變速率CANCPUCentralProcessingUnit中央處理器CRCCyclicRedundancyCheck循環(huán)冗余校驗CXLComputeExpressLink計算快速鏈路DDSDataDistributionService數(shù)據(jù)分發(fā)服務DSPDigitalSignalProcessing數(shù)字信號處理ECCEllipticCurveCryptography橢圓曲線密碼學ECUElectronicControlUnit電子控制單元縮略語英文名稱中文名稱EHPElectronicHorizonProvider電子地平線提供者EHRElectronicHorizonReconstructor電子地平線解析者ETHEtherNet以太網(wǎng)FPGAFieldProgrammableGateArray現(xiàn)場可編程邏輯門陣列GDPRGeneralDataProtectionRegulation通用數(shù)據(jù)保護條例GLOSAGreenLightOptimalSpeedAdvisory綠波車速引導GMSLGigabitMultimediaSerialLinks千兆多媒體串行鏈路GPUGraphicsProcessingUnit圖形處理單元HSMHardwareSecurityModule硬件安全模塊I/OInput/Output輸入/輸出IPCInter-ProcessCommunication進程間通信LCC