摘要：
本文主要针对ADCU从硬件设计到软件设计的开发流程进行详细阐述，主要包含了需求场景、关键硬件电路、电路可靠性、AUTOSAR架构、CAN通信简介、CAN通信软件设计等。最后基于以上硬件技术和软件技术开发出一款产品级智能驾驶域控制器。
// 智能驾驶域控制器研究现状 //
随着汽车智能网联化时代的到来，汽车电子电气架构也在随着时代不断升级。同时随着汽车电子化程度的不断提高，作为域控制器前身的(Electronic Control Unit，ECU)电子控制器单元也逐渐占领了汽车全身。无论是从汽车传统的发动机引擎控制、防抱死系统、电子助力转向系统、空调、娱乐影音系统等都需要ECU控制。车身电子控制单元不断增多，有的车辆甚至高达100多个。
博世将汽车电子电气架构进行了划分如图1所示。汽车上的ECU不断增加使得车辆线路过于复杂，同时随着智能驾驶时代的到来，车载传感器也不断增多，传感器与ECU一一对应之后使得ECU性能会大幅下降，同时ECU应用到智能驾驶将会面临许多技术难题，此时域控制器(DCU，Domain Control Unit)便应运而生了。其概念最早由博世、大陆、德尔福为首的Tier1所提出，将整车划分为车身与便利系统(Body and Convenience)、娱乐影音系统(Infotainment)、底盘与安全系统(chassis and safety)、动力系统(powertrain)，以及高级辅助驾驶系统(ADAS)等五个大域。其中智能驾驶域控制器(Automated Driving Control Unit，ADCU)是专为车辆智能驾驶系统而开发设计，可接收多个传感器数据，例如摄像头、毫米波雷达、激光雷达、及云数据传输V2X等，通过VCU获取车辆动态数据(车辆速度、踏板信号等)。ADCU支持所有输入定制控制策略和执行决策，输出用于驾驶状态反馈，执行车辆上各种智能驾驶功能。
图1 汽车电子电气架构演进
Kim H等利用CPU+GPU架构的Nvidia ARM 平台，实现了一种DNN调度框架DART。Soh J等为了简化开发和提高嵌入式应用程序之间的可移植性，使用硬件Zynq-7000 XC7Z045平台，提出一种无迹卡尔曼滤波器软硬件协同设计方法。Lai Y K等利用NVIDIA Jetson TX2硬件平台实现了目标检测功能，该硬件平台可符合目标检测算法选择目标检测配置以及给定帧率和检测精度等要求。Lin Z等研究用于执行交通标志分类和检测的现场可编程门阵列(FPGA)部署，并验证了FPGA会比GPU获得更高的功率效率。
不仅仅高校对智能驾驶域控制器进行了深入的研究，同时企业更为看重智能驾驶域控制器的发展如图2所示。
图2 部分智能驾驶域控制器行业概况
英伟达在芯片上始终处于领跑地位，从2015年进入车载计算平台以来为智能驾驶提供基础算力，目前已经推出了4款产品，分别是Drive PX，Drive PX2，Drive AGX Xavier/Pegasus以及 Drive AGX/Orin。同时在2019年推出新一代SoC芯片Orin，相对于Xavier采用全新Amphere架构，算力进入智能驾驶域控制器前200名。恩智浦在2016年推出Blue-BOX装有NXP S32V汽车视觉处理和LS2088A内嵌式计算机处理器，对传感器进行模块化管理。英特尔在2017年发布Inter GO搭载两个Mobilieye EQ5摄像头芯片一个用于视觉感知，一个用于信息融合，Inter GO采用FPGA做加速硬件，同时支持5G通信。
如图3(a)所示，博世所开发的“DASy”，它将成为集中式汽车架构组件，无论软件合适硬件都可以依据客户需求。大陆的ADC以瑞萨为硬件架构。对于高配置，采用英伟达硬件架构，ADC可支持L2到L5级别智能驾驶。2019年上海车展，采埃孚推出Pro AIRobotThink，可适用于L4级智能驾驶，它可以对对应场景所需进行配置。如图3(b)所示，华为所推出的MDC平台，可通过底层软硬件一体化调优，在时间同步、最小化底噪、低功耗、快速启动等方面现在已经处于行业领先水平。MDC作为一套开放性平台，可提供标准开放的API和SDK开发包。地平线所推出的Matrix 2支持23线分割，在复杂环境下，它的单目视觉方案在极端环境下可输出较为稳定的感知结果。弘景智驾的ADCU通过优化软硬件系统，使得整机功耗最高不超过100W，其高效低耗具有十分广泛的适配性，可适用于多种车型。
图3(a) 部分国际智能驾驶域控制器
图3(b)部分国内智能驾驶域控制器
// 智能驾驶域控制器设计 //
一款性能良好的智能驾驶域控制器(Automated Domain Control Unit，ADCU)不仅仅需要适应长时间、高频率、高强度的环境，为了适应较为复杂的逻辑算法，需要选择性价比高的微控制器芯片。因此针对ADCU适应不同工况和环境，本文从产品级域控制器设计理念出发，对ADCU设计开发流程、应用场景需求、ADCU微控制单元简介、硬件电路设计、PCB可靠性分析和关键软件通信模块开发等多个方面进行设计。
ADCU开发流程
控制器开发流程主要是针对整个控制器开发全过程进行科学分解。其中包含了产品需求分析、功能方案设计、可靠性分析，同时包含了对产品硬件电路设计，产品系统的调试以及最后产品的封存归档等多个环节。其中不同环节顺序进行需要对上一环节进行不断完善和不断校验。本文主要设计一款智能驾驶域控制器，其主要功能不仅仅可以读取车辆动态信息、环境感知传感器信息，而且还可以针对已知信息进行数据解算&#x