如何A2B正在改变SOTA在汽车应用中的游戏规则

作者：Joe Triggs, Jagannath Rotti, Karthik Radhakrishna, and Danny Ko

抽象

空中软件 （SOTA） 正迅速成为汽车 OEM 开发和部署的重要功能。更新模块、支持客户和将附加功能货币化的能力使掌握 SOTA 成为一个有吸引力的主张。本文讨论了为什么SOTA会出现在汽车环境中，如何部署它，以及如何2B技术可用于在音频和信息娱乐网络中实现SOTA。

介绍

如果消费者要对其物品的软件复杂性进行排名，那么排名靠前的是什么？他们的笔记本电脑？他们的智能手机？他们的游戏机？坐在车道上的车辆很可能比这些设备中的任何一个数量级高出一个数量级，这一事实可能会令人惊讶。现代汽车平均有多达150个电子控制单元（ECU），运行多达1亿行代码。相比之下，F-35战斗机的代码不到2500万行，Android操作系统的代码不到1500万行，谷歌浏览器的代码不到1000万行。

汽车应用中出现的大量软件需要一种方法来管理和控制整个车辆中存在的无数软件版本和修订。汽车制造商（OEM）利用SOTA更新所带来的好处包括从解决轻微的车辆问题到应对自然灾害。特斯拉展示了 SOTA 更新最广泛认可的应用之一，以应对 2017 年 9 月的飓风艾尔玛。随着风暴席卷美国佛罗里达州，特斯拉通过发布SOTA更新来响应客户的要求，以解锁其车辆的额外范围，以帮助车主试图从即将到来的飓风中前往安全地带。2其他整车厂在车辆的SOTA能力方面存在差距，导致声誉受损和消费者信心丧失。

随着车辆电气化和汽车自动驾驶等新兴大趋势进一步增加车辆中的ECU和代码行数，确保车辆各个领域强大而有效的SOTA功能的重要性也在加速。

自1977年奥兹莫比尔多伦多首次使用微控制器控制火花时序以来，ECU一直是汽车领域的一部分。3软件更新的早期实施需要从车辆上拆下ECU进行重新编程，这可能是一个耗时且劳动密集型的过程。从发动机舱中卸下发动机管理 ECU 可能很简单。相比之下，拆卸无线电主机可能需要对仪表板、中控台和其他装饰进行大量拆卸。一旦从车辆上拆下，早期的ECU需要使用复杂的工具重新编程，例如钉床编程器，这些工具昂贵，复杂，偶尔会喜怒无常。这些因素结合在一起，使得向早期ECU发布软件更新不如简单地用另一个模块替换单元的吸引力。

无线软件

SOTA 是汽车行业软件更新开发的顶点，从早期的 ECU 到当今高度网络化、灵活的汽车基础设施的桥梁。在车辆中原位更新ECU的能力不仅具有吸引力，而且对于汽车原始设备制造商来说也越来越重要。我们已经研究了OEM如何利用SOTA以响应迅速和敏捷的方式提供潜在的救生功能。SOTA 最明显的用例之一是允许 OEM 在需要时解决其车辆中的关键软件问题。这是一项非常强大的功能，因为它可以消除与软件相关的车辆召回的需要，从而改善消费者的拥有体验并降低OEM的召回成本。以受控方式应用软件更新的能力，无需车辆前往经销商处，为 OEM 提供了巨大的价值。

SOTA有可能简化车辆生命周期的许多其他元素，而不仅仅是简化软件召回管理。SOTA可以在生产过程中使用，以确保车辆固件在汽车完成并发送运输之前是正确的。由于车辆的运输时间在几天（例如，OEM国内市场）到几周（例如，国外市场）之间变化，因此在车辆到达目的地市场时需要软件更新的可能性很大。在交付前检查 （PDI）、收货港或供应经销商处有效更新车辆 ECU 的能力可确保车辆完全按预期到达新车主手中。这对于处于生命周期早期的模型尤其有价值，这些模型可能正在频繁进行软件更新。

随着OEM寻求为消费者创造临时或永久解锁其车辆附加功能的能力，SOTA可能存在更多机会。以信息娱乐系统为例;未来，OEM可以为客户提供根据客户需求升级车辆中运行的软件的能力。对于日常驾驶，标准音频配置可能足以在通勤期间收听收音机或拨打免提电话。对于长途旅行或度假，OEM可以提供升级到高清音频或音频处理算法的选项，以优化车内的声音分布。SOTA可用于在交易发生后的几分钟内促进此类升级，从而为OEM提供有利可图的额外收入来源。

SOTA 注意事项

在OEM考虑在车辆中实施SOTA之前，必须检查几个系统特性，例如需要多少带宽，节点之间的传输如何协调以及是否需要安全性。

SOTA 解决方案提供的带宽必须在典型软件更新文件大小和可用于通过网络传输软件更新的时间的上下文中考虑。尽管许多软件下载以增量格式提供，其中仅包含需要更改的软件组件，但文件大小仍然可以在数十兆字节的范围内。如果可用带宽在千字节范围内，则下载软件更新可能需要数十分钟，而不是在服务设置中可能更实用的分钟或秒。

传输协调注意事项包括确保在网络上可靠传输信息所必需的协议方面：握手、错误检测和纠错。握手是 SOTA 节点协商并确认通过链路传输数据的过程，例如，确保在传输下一个块之前成功完成传输的每个块。错误检测是SOTA节点监控通过链路传输的数据以识别传输中何时发生错误的过程。例如，在源节点和目标节点中计算的循环冗余校验 （CRC） 值通常用于此类要求。纠错是 SOTA 节点响应错误条件并从错误条件（如果可能）中恢复的过程。有几种技术可以实现纠错 - 从重新请求源节点到重新传输错误接收的数据块，再到使用前向纠错 （FEC） 等方案修复损坏的数据。

根据SOTA解决方案提供的带宽和传输协调要求，可能需要在不同的网络上实现数据传输和传输协调。汽车ECU通常具有多个通信接口（A2B， CAN， LIN， CXPI， 以太网， FlexRay， 等等）对于不同的负载，这通常不是问题。但是，如果可能的话，显然最好在同一链路上同时容纳数据传输和传输协调。

汽车网络中安全漏洞的后果在很多场合都得到了强调，在这些场合中，道德黑客已经控制了车辆网络，并展示了行使雨刮器、立体声甚至制动等功能所涉及的风险。这些弱点可能对车辆乘员和其他道路使用者的安全造成灾难性影响。原始设备制造商必须采取措施，确保在所有车载网络上进行适当的身份验证，以防止未经授权的节点或用户获得访问。

已经提到的许多已建立的汽车网络适用于SOTA架构，例如CAN或以太网。近年来，A2ADI公司的B已成为满足日益复杂的音频要求的实际选择。与其他连接解决方案相比，拥有显着的音频带宽优势，A2B 还提供了传输数据的能力，使 OEM 有机会将 SOTA 功能整合到其音频网络中，而无需额外的硬件要求。

一个2B 概述

一个2B是一种高带宽、双向数字总线，最初旨在解决汽车应用中出现的音频分配挑战。现有的汽车音频架构通常涉及音响主机、放大器、扬声器和麦克风之间的多个点对点模拟连接。一个2B解决了点对点模拟连接的许多挑战：电缆重量、电缆成本、布线困难以及多个连接的可靠性问题。一个2B 有助于传输完全同步的音频数据（I2S/TDM/PDM） 和控制数据 （I2C/SPI）使用非屏蔽双绞线 （UTP） 电缆和连接器基础设施的分布式多节点音频系统。

A 上最多支持 32 个音频通道2上行和下行方向的 B 总线，总带宽为 50 Mbps。一个2B 的确定性延迟小于 50 μs，使其成为对延迟敏感的应用极具吸引力的解决方案，例如主动降噪 （ANC）、道路噪声消除 （RNC）、回声消除和降噪 （AEC-NR） 以及波束成形 （BF）。

一个2B 支持多种不同的拓扑结构，如点对点、菊花链和分支，使其适用于各种汽车应用，从具有主机和麦克风模块的入门级信息娱乐系统到更复杂的音频系统，例如具有多个麦克风、扬声器和加速度计的 ECU 的 RNC。

一个2B网络由一个主节点和最多16个子节点组成，节点之间的最大电缆长度为15 m，主节点和最终子节点之间的最大电缆长度为80 m（包括分支）。主节点包含一个2连接到主机处理器的 B 收发器，可以发送音频、控制数据和 I2C/SPI 数据到 A 上2B 音频总线。子节点（从具有大量处理的复杂功率放大器到简单的麦克风节点）的复杂程度各不相同，包含2B 类收发器，可连接到各种外围设备，如麦克风、数字信号处理器 （DSP）、扬声器、传感器（例如加速度计）或 D 类放大器。

主节点和子节点收发器器件支持各种增值功能，如时分复用 （TDM） 和脉冲密度调制 （PDM） 麦克风输入。A的成本降低衍生物2B 收发器具有优化的功能集，例如端点子节点收发器（不支持 TDM）和优化的主节点收发器（减少电缆长度，减少子节点）。

除了支持 A2B 节点，本地供电，A2B 提供总线电源，以促进具有挑战性的音频系统架构，如有源远程调谐器和创新音频功能，如支持 D 类的头枕扬声器。最新一代的 A2B收发器（AD243x）能够支持标准总线功率模式（高达2.7 W）或高功率模式（高达50 W）。

从一开始就设计为汽车链节，A2B 具有一流的 EMI/EMC 性能，收发器中集成了几个特定的设计考虑因素（例如，可配置的输出功率水平），以缓解汽车一级供应商和 OEM 通常遇到的 EMC 挑战。一个2B 针对全套汽车 EMC 测试进行了全面测试，例如 CISPR 25 5 类（辐射）、ISO 11452-2/ISO 11452-4/ISO 11452-9、ISO 7637-3（抗扰度）和 ISO 10605（ESD）。

通过 A 传输数据2B

除了支持音频传输之外，A2B还有助于通过总线传输其他形式的数据的几种机制。A 的基本结构之一2支持通过总线传输音频和数据的 B 是超帧，该结构由多个下行和上行同步数据槽、同步控制和同步响应帧组成。同步数据槽承载I2S和TDM数据在音频应用中，也可用于承载其他类型的数据，以满足SOTA应用的要求。

主节点启动超帧的传输，添加同步（音频）和异步（I2C/SPI）数据在同步控制帧之后。每个子节点可以使用或使用一些下游数据，并为其他下游节点添加数据。总线上的最后一个子节点构建超帧的上游部分，每个节点在同步响应帧之后添加任何其他同步数据。每个节点都可以使用或使用上游数据。

图2.超框架结构。

由几代 A 支持的另一种数据传输机制2B 收发器是邮箱。主节点和子节点可以使用邮箱发送 I2网络中的 C 消息 — 从主节点到子节点或从子节点到主节点。邮箱通常用于在主节点（例如，主机）中的主机和子节点（例如，放大器）中的处理器之间建立握手。

主机处理器可以通过加载所需的数据来启动与子节点中的处理器的通信，跨2B总线，进入子节点A的邮箱寄存器2B 收发器。该 A2子节点中的 B 收发器提醒子节点中的处理器存在 I2通过中断引脚的 C 消息。子节点中的处理器可以直接通过 I 读取消息2C 从 A2B 收发器。子节点中的处理器可以通过将要传输的所需数据加载到邮箱 I 中来启动与主节点中的主机的通信2C 寄存器中的子节点收发器。该 A2主节点中的 B 收发器提醒主机存在 I2C消息通过中断引脚在子节点收发器中。主机然后可以选择读取子节点收发器邮箱寄存器中跨 A 的数据2B巴士。

第三种运输机构，在最新一代 A 中引入2B收发器系列（AD243x）是在A的同步插槽内远距离传输SPI数据2B 超帧。该 A2B 收发器 SPI 接口可用于多种不同的应用，以配置2SPI时钟速率高达10 MHz的B收发器，可实现对子节点收发器中的寄存器和状态信息的直接访问，与子节点中支持SPI的外围设备通信，甚至促进子节点之间的SPI到SPI通信，而无需主节点的参与。前几代 A2B收发器没有SPI接口，能够透明地将具有SPI数据的超帧上游和下游传递到网络中的其他节点。

一个2B 参考软件

一个2B 在整个网络中具有最低的处理要求，主控制器可以远程执行整个网络的完整初始化。为了支持网络配置和配置后与网络的交互（例如，事件/中断驱动、寄存器轮询），ADI提供了全面的ISO/IEC 15504（汽车SPICE）认证软件包。该软件有多种变体，包括与嵌入式 C、Linux、Android 和 QNX 兼容的变体，以帮助缩短客户的上市时间，并确保与最佳实践收发器配置保持一致。®

除了提供用于支持A基本操作的软件外2B、可选配软件包，协助客户演练跨A数据传输等功能2B. 软件包可用于利用2B 功能已经讨论过，如图 3 所示。该 A2B 通信通道软件附加组件利用 A2B 邮箱在网络上的节点之间传输信息。该 A2B 数据管道软件附加组件利用 A2B 同步插槽，用于在网络上的节点之间传输信息。该 A2B 数据隧道软件附加组件利用 A2B SPI数据远距离传输网络上节点之间的信息。

图3.A 的相关性2B 用于数据传输的硬件和软件功能。

A的组合2带有通信通道软件附加组件的 B 邮箱功能以高达 15 kbps 的速率提供数据吞吐量。虽然邮箱功能对诊断等应用程序很有用，但对于带宽密集型应用程序（如 SOTA）来说，吞吐量不足。

A的组合2带有数据管道软件附加组件的 B 同步插槽能够以超过 1 Mbps 的速率提供数据吞吐量。这为 SOTA 应用提供了更具吸引力的通信速度，例如，在 20 秒内传输 20 Mb 文件。远距离 SPI 数据与 A 的组合2B 数据隧道软件附加组件能够以超过 16 Mbps 的速率提供数据吞吐量。这在 A 上产生了最快的数据通信速度2B 总线 — 例如，在 7 秒内传输 100 Mb 文件。

一个2B 工具

一个2B还通过ADI公司业界认可的算法和网络设计工具SigmaStudio提供支持。SigmaStudio支持A的各个方面®2B 设计导入流程 — 通过拖放 A 进行网络设计2B节点及辅助设备、节点配置、误码率分析、带宽计算、功耗计算。SigmaStudio组合提供的数据并生成.c和.h文件，以集成到客户应用软件中。

测试设备是任何汽车技术的重要生态系统元素，并且2B也不例外。ADI公司将加入其他值得信赖的测试设备供应商的行列，这些测试设备供应商已经提供2具有全功能 A 的 B 分析仪和监测仪2B总线分析仪专为支持新型AD243x产品系列的所有特性而开发。

一个2B 分析器可以模拟 A 中的主节点或子节点2B 网络。这在设计和原型化 A 时有所帮助2B 网络。一个2B 监视器用作 A 上的被动监视节点2B 网络，观察 A2B音频和数据通过节点，同时支持音频的输入和输出。这些工具有助于缩短上市时间并为客户降低设计复杂性。它们还加速了在 A 的所有阶段中观察到的任何问题的调试和调查2B 设计导入。

一个2B 拥有多个第三方设计服务合作伙伴，在引入 A 方面有着良好的记录2B设计推向市场。这些合作伙伴提供一系列服务，从现成的硬件模块到定制的硬件设计和软件设计支持。

AD243x系列的四种通用器件推荐用于汽车应用，概述见表1。

该 A2通过ADI公司的一系列产品评估板支持B音频总线，这些产品评估板涵盖A的各种通用器件2B 收发器。这些板由其他几个 A 补充2由一系列第三方设计服务提供的 B 板。

总结

一个2B被广泛认为是汽车市场中音频网络的实际选择。无论系统涉及音频分配还是声学功能（例如道路降噪或降噪），A 提供的众多优势2B，如低延迟和出色的EMC性能，是众所周知和理解的。该 A2B产品组合还具有在同一网络上传输非音频数据的能力，为系统设计人员提供了几个新选择，包括能够轻松有效地支持音频网络上的SOTA。

审核编辑：郭婷