任务1.4 底盘域控制器的硬件架构-教学课件

主讲老师：汪俊东底盘域控制器的硬件架构项目一：线控底盘基础任务1.4《智能汽车线控底盘装调与测试》目录任务导入AssignmentINTRO学习目标LearningobjectivesCONTENTS0102课堂小测Classroomquiz课堂总结Classroomsummary0405知识准备Backgroundknowledge03PART01任务导入AssignmentINTRO任务导入底盘域控制器是现代汽车中不可或缺的核心组件之一，它负责处理与汽车稳定性、操控性以及安全息息相关的多种功能。从车道保持辅助系统（LKA）到自动刹车辅助系统(AEB)，再到领航辅助驾驶(NOA)，所有这些功能的背后都离不开高度集成和精密设计的硬件架构的支持。讲课前，先问问大家知道CPU、MCU、SoC、GPU、DSP的区别吗？PART02学习目标Learningobjectives学习目标素质目标了解底盘域控制器的架构，端正学生对知识的求知态度；通过熟悉硬件架构，提高学生的逻辑思维能力能力目标能正确描述底盘域控制器的架构[A10]；能正确分析底盘域控制器的硬件架构[A11]；能正确分析底盘域控制器的硬件性能参数[A12]。知识目标能正确了解底盘域控制器的架构[K10]；能正确理解底盘域控制器的硬件架构[K11]；能正确理解底盘域控制器的硬件性能参数[K12]。思政专栏2019年6月，中共中央办公厅、国务院办公厅印发了《关于进一步弘扬科学家精神加强作风和学风建设的意见》，激励和引导广大科技工作者追求真理、勇攀高峰，树立科技界广泛认可、共同遵循的价值理念，加快培育促进科技事业健康发展的强大精神动力，在全社会营造尊重科学、尊重人才的良好氛围。中共中央办公厅弘扬科学家精神，追求真理，严谨治学思政专栏钱学森是一位对科学孜孜以求、不懈探索的科学家。严以律己、严谨求实，成为他学术品质和科学精神的集中体现。钱学森在学术问题上向来对自己要求非常严格，不放过任何一个可能的瑕疵。他从不满足于一般性的理论推导，不管这种推导在逻辑上有多么严密，而是一定要通过数值计算和与实验结果的比对，使理论得到验证。一旦发现有误，他便进行修正，甚至推倒重来，直到最后得到满意的结果为止。我们在学习过程中要学习钱学森的求知态度，对知识反复推敲研磨，直至融会贯通。科学家钱学森弘扬科学家精神，追求真理，严谨治学PART03知识准备Backgroundknowledge一、底盘域控制器的架构底盘域控制器主要由硬件（主控芯片和元器件等）和软件（底层基础软件、中间件以及上层应用算法）构成，其功能的实现主要来自于主控芯片、软件操作系统及中间件、应用算法软件等多层次软硬件之间的有机结合。底盘域控制器的基本架构一、底盘域控制器的架构硬件主要包括主控芯片、PCB板、电阻电容等无源元器件、射频元器件、支架、散热组件、密封性金属外壳等部分，其中主控芯片是核心部件。硬件二、底盘域控制器的硬件架构分析1.MCU芯片级底盘域控制器底盘域由于相对较低的算力要求和成本考量，其主控芯片仍然多为较为传统的MCU芯片。MCU（微控制单元MicrocontrollerUnit），集成了CPU、RAM、ROM、定时计数器和输入/输出（I/O）、各类通讯接口和模拟外设等，能够执行程序代码，控制外部设备，从而管理车辆的多种功能。MCU芯片硬件架构二、底盘域控制器的硬件架构分析1.MCU芯片级底盘域控制器模块分析CPU中央处理器，负责计算机的基本运算和控制，是计算机的大脑，承担着信息处理和程序运行的任务。CPU擅长处理复杂的逻辑运算和多任务操作，但并行计算能力有限。EEPROM电可擦可编程只读存储器，主要作用是存储和保存数据，即使在电源断开之后也能够保持这些数据。RAM随机存取存储器，是计算机和其他电子设备中的一种主要内存类型，用于存储临时数据，它在数据处理和存储中扮演着至关重要的角色。ROM只读存储器，是一种用于存储固定数据（如程序代码）的存储器，它在计算机和电子设备中发挥着重要作用。二、底盘域控制器的硬件架构分析1.MCU芯片级底盘域控制器模块分析Timers定时器，用于测量时间间隔、执行周期性任务以及控制事件的顺序。I/O接口输入/输出接口，通过I/O接口，微控制器能够与外界环境进行数据交换，接口形式多样，包括通用输入输出（GPIO）、串行接口（如I2C、SPI、UART等）、网络接口（如CAN总线接口、车载以太网接口）等。定时器/计数器定时器用于提供计时功能，计数器则用于记录事件的发生次数。ADC/DAC模拟/数字转换器，用于将模拟信号转换为数字信号，或将数字信号转换为模拟信号，以便CPU处理。WDT看门狗定时器，用于防止程序运行偏离正常轨道，确保系统可靠性。二、底盘域控制器的硬件架构分析2.SoC芯片级底盘域控制器SoC（SystemonChip）称为系统级芯片，也称片上系统。底盘域控制器的主控芯片，未来趋势会走向单独使用更高算力的SoC芯片。SoC芯片最典型的特征是使用了多核处理器，并在多核处理器的基础上构建算力中心。SoC芯片硬件架构二、底盘域控制器的硬件架构分析2.SoC芯片级底盘域控制器模块分析GPU图形处理器，最显著特点是它的并行计算能力，能够将大规模计算任务分配给多个核心同时处理，在压缩计算时间的同时，大幅提高了计算效率。NPU神经网络处理器，是一种专门用于进行深度学习计算的芯片，针对神经网络的特点进行了优化，能够高效地执行矩阵运算和大规模并行计算，适用于人工智能领域。DSP数字信号处理器，作为数字信号处理器将模拟信号转换成数字信号，用于专用处理器的高速实时处理。它具有高速，灵活，可编程，低功耗的界面功能。ASIC专用集成电路，是用于供专门应用的集成电路芯片技术，在集成电路界被认为是一种为专门目的而设计的集成电路。定制化的ASIC一旦制造完成将不能更改，所以初期成本高、开发周期长，使得进入门槛高。ASIC的计算能力和计算效率可根据算法需要进行定制。三、底盘域控制器的硬件性能分析1.MCU的性能分析（1）数据位类型特点应用4位低工作电压，低功耗通常用于非常简单的控制任务，如一些小型机器人、传感器接口等。它们的特点是成本低、功耗小，但处理能力和速度有限。8位低成本、技术的特性化和应用的专业化，频率16~50MHz适用于更复杂的控制任务，如工业自动化、消费电子产品等。8位MCU的性能和功能通常比4位MCU更强大，但比16位和32位MCU略低。16位比8位更高的性能，比32位更快的响应时间、更低的成本；频率24~100MH通常用于更复杂的应用，如工业控制系统、汽车电子系统、医疗设备等。它们提供了更高的数据处理速度和更多的外设接口，但成本通常比8位MCU高。32位强大的处理能力，市场主流，频率100~350MHz提供了极大的处理能力和内存容量，适用于高性能的应用，如计算机外设、网络设备、自动驾驶汽车等，但成本相对较高。三、底盘域控制器的硬件性能分析1.MCU的性能分析（2）内核架构基于8051架构的芯片•简单的指令集，易于学习和使用。•较小的数据和程序存储空间。•较慢的处理速度和较低的性能。•适用于简单的控制任务和嵌入式系统。基于ARM架构的芯片•高效的指令集，减少了指令执行所需的周期数。•高度可定制性，允许制造商根据需求调整芯片设计。•低功耗和高性能，适用于各种应用，包括移动设备、嵌入式系统和汽车电子。•广泛的应用支持和生态系统，包括开发工具和软件库。基于RISC-V架构的芯片•简单、可扩展的指令集，允许从简单的单核处理器到复杂的多核处理器。•高度模块化，支持定制和扩展。•开源和免费使用，吸引了大量的研究人员和公司参与开发。•适用于从嵌入式系统到高性能计算的各种应用。三、底盘域控制器的硬件性能分析1.MCU的性能分析（3）工作温度范围MCU需要在极端的温度下稳定工作工作温度范围要求通常在-40°C到+125°C之间三、底盘域控制器的硬件性能分析1.MCU的性能分析（4）电源电压范围MCU应能够在不同的电源电压下稳定工作，以适应车辆的不同电源条件某系列车规级MCU采用2.7-5.5V的宽电压供电三、底盘域控制器的硬件性能分析1.MCU的性能分析（5）时钟频率时钟频率即内核主频，用于表示内核数字脉冲信号震荡的速度时钟频率仅是CPU性能表现的一个方面，不代表CPU整体性能需具备主频不低于200MHz要求，以满足高性能和高算力需求三、底盘域控制器的硬件性能分析1.MCU的性能分析（6）算力通常可以使用DMIPS来进行评估。DMIPS是指测量MCU综合的基准程序的测试程序时表现出来的相对性能高低的一个单位。MCU的算力一般不低于300DMIPS。三、底盘域控制器的硬件性能分析1.MCU的性能分析（7）内存容量和类型名称全称说明SRAM静态随机存取存储器是随机存取存储器的一种，它的“静态”特性指的是只要保持通电，内部储存的数据可以保持不变。SRAM不需要刷新电路就能保存数据，因此具有较高的性能。它主要用于CPU与主存之间的高速缓存。DRAM动态随机存取存储器是一种半导体存储器。DRAM的工作原理是利用电容内存储电荷的多寡来代表一个二进制比特（bit）是1还是0。由于晶体管的漏电电流现象，DRAM需要周期性地充电以保持数据。NORFlashNOT-OR逻辑存储器主要用于存储程序代码，它具有较高的读取速度和可靠性，但密度和成本相对较高。其高耐热能力和长达20年的数据保留时间使其在汽车应用中非常有价值。NANDFlashNOT-AND逻辑存储器通常用于大容量数据存储，因为它具有较高的密度和较低的单元成本。其容量可以达到2Gb甚至更大。在汽车电子领域，NANDFlash主要用于ADAS系统、IVI系统、汽车中控等，用于存储连续数据。三、底盘域控制器的硬件性能分析1.MCU的性能分析（8）功耗先进的

制造工艺专门优化的

低功耗模拟IP低功耗数字

设计方法学丰富的外设接口

和灵活的供电模式高度集成的功能

和高效的处理能力三、底盘域控制器的硬件性能分析1.MCU的性能分析（9）认证和标准符合性质量管理体系质量管理体系质量管理体系IATF16949ISO

26262AEC-Q-100:针对车用ICAEC-Q-101:针对分立器件

AEC-Q-102:针对LEDAEC-Q-103:针对MEMS等

AEC-Q-104:针对多芯片组件AEC-Q-200:针对被动元器件三、底盘域控制器的硬件性能分析2.SoC的性能分析数据位有

16位、32位和64位算力不低于15000DMIPS内存是MB或GB级别软件可编程的浮点矢量并行计算能力支持强化学习的矢量矩阵并行计算能力千兆以太网连接、转接和路由能力OTA升级能力丰富的总线通信接口和多种外设接口PART04课堂小测Classroomquiz一、判断题1.底盘域由于相对较低的算力要求和成本考量，其主控芯片仍然多为较为传统的SoC芯片。（

）2.CPU擅长处理复杂的逻辑运算和多任务操作，但并行计算能力有限。（

）3.NPU最初设计用于处理图形和图像相关的运算工作，但随着技术的进步，它的应用范围已经大幅拓展。（）4.车规级MCU芯片的工作温度范围要求通常在-50°C到+125°C之间。（

）×√××二、单选题1.底盘域控制器硬件的核心部件是（）。A.主控芯片B.PCB板C.无源元器件D.射频元器件2.底盘域控制器的硬件架构根据主控芯片的不同，可以分为（

）。A.MCU芯片级和CPU芯片级B.MCU芯片级和SoC芯片级C.CPU芯片级和SoC芯片级D.