遠(yuǎn)超特斯拉：新一代寶馬電子架構(gòu)分析

寶馬新一代電子架構(gòu)于 2016 年初開(kāi)始設(shè)計(jì)，2018 年 9 月正式量產(chǎn)，大量使用以太網(wǎng)和域控制器，設(shè)計(jì)先進(jìn)程度遠(yuǎn)超更晚設(shè)計(jì)的特斯拉 Model 3。

上圖為寶馬新一代整車(chē)電子架構(gòu)圖。KOMBI：儀表。DCS：駕駛員狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)。TCB：即 T-box。RAM：音頻接收系統(tǒng)。Booster：高級(jí)音響系統(tǒng)。RSE：后座娛樂(lè)系統(tǒng)。TRSVC：360 環(huán)視。KAFAS：前視三目 ADAS 系統(tǒng)。FRS：前雷達(dá)。FRSF：前長(zhǎng)距離雷達(dá)。SAS：ADAS 域控制器。SRSNVR：前右側(cè)雷達(dá)。SRSNVL：前左側(cè)雷達(dá)。HRSNL：后左側(cè)雷達(dá)。HRSNR：后右側(cè)雷達(dá)。PMA：自動(dòng)泊車(chē)系統(tǒng)。DSC/VIP：制動(dòng)執(zhí)行器。WCA：無(wú)線充電。ZGM：中央網(wǎng)關(guān)。ACSM：被動(dòng)安全控制器。FLEL：前左燈。FLER：前右燈。EGS：電子變速箱控制。

灰色代表以太網(wǎng)節(jié)點(diǎn)，深紅色代表 Flexray 節(jié)點(diǎn)，橙色代表 CAN 節(jié)點(diǎn)，CAN 總線再分為本地 CAN、K-CAN 和 PT-CAN。K 是 Kommunikation 的縮寫(xiě)，即德語(yǔ)的通訊，跟英語(yǔ)的 Communication 差不多。PT 是 PowerTratin 縮寫(xiě)。K-CAN5 連接 FBD（遙控接收）、無(wú)線充電和 NFC。K-CAN4 連接 FZD（車(chē)頂功能中心，包括基于 TOF 相機(jī)的手勢(shì)識(shí)別系統(tǒng)）、Headunit、TCB 和 RAM。K-CAN2 主要是座椅和拖車(chē)系統(tǒng)。K-CAN6 為車(chē)燈控制。本地 CAN 主要是毫米波雷達(dá)與控制器之間連接。PT-CAN 分兩路，一路是儀表到 BDC，DME，發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)到 BDC。另一路主要是變速箱和 NVE 夜視系統(tǒng)。

寶馬新一代系統(tǒng)共有 3 個(gè)域控制器，分別是：

• BDC，車(chē)身域控制器；
• Headunit 即 MGU，座艙域控制器；
• SAS（選裝設(shè)備），即 ADAS 域控制器。

每個(gè)域控制器核心是以太網(wǎng)交換器和網(wǎng)關(guān)，在 360 環(huán)視也就是 TRSVC 里，也有一個(gè)以太網(wǎng)交換器。寶馬用的以太網(wǎng)交換器由博通提供，型號(hào)可能是 BCM89501（2011 年）或 BCM89531（第二代，2015 年），特別支持 802.1AS 協(xié)議，即精準(zhǔn)時(shí)間同步協(xié)議，這也是 TSN 網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵部分。?

反觀特斯拉用的是針對(duì)車(chē)載娛樂(lè)系統(tǒng)的 EAVB（起自 2005 年，2012 年 11 月 EAVB 取消，改為 TSN）系統(tǒng)，使用 EAVB 交換器 88E6321，沒(méi)有 802.1AS，這本是 Marvell LINK-STREET 系列中特別分出了一個(gè)針對(duì)汽車(chē)音視頻娛樂(lè)應(yīng)用的 EAVB 系列產(chǎn)品。寶馬底盤(pán)系統(tǒng)用的 Flexray 總線具備安全備份、時(shí)間觸發(fā)功能，安全性也遠(yuǎn)在特斯拉用的 CAN（無(wú)備份，事件觸發(fā)，低可靠性）總線之上。

上圖為寶馬新一代座艙電子架構(gòu)，即第五代 MGU（Media Graphics Unit）， 其 Headunit，寶馬內(nèi)部代號(hào) HU-H3。?以歐美市場(chǎng)為例，早期寶馬的中控或者說(shuō) Infotainment 將導(dǎo)航與基礎(chǔ)功能分開(kāi)，1、2、3、4 系列和 X1、X2、X3、X4 系列目前仍然如此，入門(mén)車(chē)型不帶導(dǎo)航。高端的 5、6、7 和 X5、X6、X7 和 8 系列是合二為一。寶馬自 2001 年導(dǎo)入操作系統(tǒng) idrive，簡(jiǎn)稱(chēng) ID。

第五代 MGU 有了重大改變，放棄了 QNX 操作系統(tǒng)，改用寶馬再開(kāi)發(fā)的 LINUX 系統(tǒng)，也就是 GENIVI+LINUX。GENIVI 是一個(gè)聯(lián)盟，致力于將 LINUX 和其他開(kāi)源軟件用于汽車(chē)座艙電子中，主要 OEM 成員包括寶馬、現(xiàn)代、本田、戴姆勒、日產(chǎn)、PSA 和上汽。主要 Tier1 包括阿爾派、安波福、歌樂(lè)（佛吉亞）、電裝、現(xiàn)代摩比斯、LG 和博世。芯片廠家包括 NXP、瑞薩、英偉達(dá)、聯(lián)發(fā)科、ADI、ARM 和 Telechips。中間件與軟件廠家包括東軟、風(fēng)河、QT、KPIT、綠山。MGU 也是寶馬首次用 LINUX 系統(tǒng)。?MGU 最早用在 2019 年的 3 系頂配上，然后是 7 系全系列、Z4、X5 和 X7 以及 8 系上。未來(lái)會(huì)全面引入。

MGU 放棄 MOST 總線，改用 OABR （OPEN Alliance BroadR-Reach）車(chē)載以太網(wǎng)，聯(lián)盟由寶馬、現(xiàn)代、NXP、飛思卡爾、HARMAN、意法半導(dǎo)體、博通在 2011 年發(fā)起成立。OPEN 是 One Pair Ethernet Network 的縮寫(xiě)，OABR 已經(jīng)由 IEEE 標(biāo)準(zhǔn)化，并命名為 100BASE-T1。傳統(tǒng)的百兆以太網(wǎng)的名字是 100BASE-TX，二者在物理層上差別很大。?二者最顯著的區(qū)別就是，100BASE-T1 在物理連接上使用了一對(duì)雙絞線實(shí)現(xiàn)全雙工的信息傳輸，而 100BASE-TX 則使用了兩對(duì)雙絞線實(shí)現(xiàn)全雙工，一對(duì)用于收，另一對(duì)用于發(fā)。100BASE-T1 利用所謂的回音消除技術(shù)（echo cancellation）實(shí)現(xiàn)了在一對(duì)雙絞線上的全雙工通信。

回音消除技術(shù)的大概過(guò)程是這樣的，作為發(fā)送方的節(jié)點(diǎn)將自己要發(fā)送的差分電壓加載到雙絞線上，而作為接收者的節(jié)點(diǎn)則將雙絞線上的總電壓減去自己發(fā)出去的電壓，做減法得到的結(jié)果就是發(fā)送節(jié)點(diǎn)發(fā)送的電壓。?BroadR-Reach 是 Broadcom 公司針對(duì)自己車(chē)載以太網(wǎng)產(chǎn)品的專(zhuān)用商標(biāo)。因此可以認(rèn)為 100BASE-T1=OABR=BroadR-Reach。不過(guò)缺點(diǎn)是 OABR 主要支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通訊，雙向 100MBits，在 OBD2 里仍然使用傳統(tǒng)以太網(wǎng)。反觀特斯拉用的是針對(duì)車(chē)載娛樂(lè)系統(tǒng)的 EAVB 系統(tǒng)，使用 EAVB 交換器 88E6321，這本是 Marvell 針對(duì) SOHO 辦公的 LINK-STREET 系列產(chǎn)品。

上圖為整個(gè)座艙系統(tǒng)框架圖

（1 為 CentralInformation Display，CID，2 為 HU-H3，3 為用戶界面，4 為應(yīng)用軟件，5 為連接系統(tǒng)）

HU-H3 連接 4 路以太網(wǎng)，分別是儀表、RAM、BDC 和 TCB。

在 HU-H3 的側(cè)后方有一個(gè) USB 供電接口，在正后方則是主要 8 個(gè)接口，見(jiàn)上圖。1 為藍(lán)牙空中接口，2 為 WLAN 空中接口，3 為 USB Type-A 接口，4 為 USB Type-C 接口，5 為外接 CD 的 USB 接口，6 為 APIX 顯示接口，連接中控屏（Central Information Display，CID），7 為 CAN 連接，8 為以太網(wǎng)接口。MGU 在某些國(guó)家，如東歐或俄羅斯，采用內(nèi)置 CD 機(jī)設(shè)計(jì)（中國(guó)人早就把 CD 機(jī)淘汰了，歐洲人特別俄羅斯還是用 CD 多），但沒(méi)有導(dǎo)航功能。??? 因?yàn)槭?2016 年初開(kāi)始設(shè)計(jì)，因此還是使用機(jī)械硬盤(pán)做主要存儲(chǔ)，硬盤(pán)容量 320GB，其中導(dǎo)航占 160GB，娛樂(lè)占 34GB，聯(lián)網(wǎng)音樂(lè) 16GB，可用空間 34GB。

上圖為寶馬第三代即 NBT 的架構(gòu)，目前德州儀器的 DRA44X 系列芯片（即 J6）已經(jīng)不公開(kāi)銷(xiāo)售。NBT EVO 可能改用了 DRA71x 系列。圖中還少了一顆做顯卡的芯片，即英偉達(dá)的 EMP9。入門(mén)級(jí)產(chǎn)品則用 FPGA 取代德州儀器的 DRA44X。寶馬持續(xù)沿用這種架構(gòu)設(shè)計(jì)，英特爾的 ATOM E660（NBT 是使用 E660，MGU 使用一顆保密型號(hào) J626C159，推測(cè)是英特爾 A3930，特斯拉是 A3950）主要負(fù)責(zé)操作系統(tǒng)和聯(lián)網(wǎng)服務(wù)。J6 負(fù)責(zé)導(dǎo)航與外設(shè)。

上圖為 RAM，1 為 CAN 連接，2 為以太網(wǎng)連接，3 為 SDRAS 空中接口連接，4 為 AM/FM 收音空中接口。?在 MGU 上，延續(xù)這種雙處理器設(shè)計(jì)，但是也有很大不同。寶馬將音頻接收和導(dǎo)航單獨(dú)放在 RAM 一個(gè)單獨(dú)的盒子里，物理上分開(kāi)。HU-H3 盒子里和 NBT 幾乎沒(méi)有改動(dòng)，還是英特爾的 Atom 和瑞薩的 RH850 MCU，這種設(shè)計(jì)保留了原來(lái)的設(shè)計(jì)成果，也增加了靈活性，可謂相當(dāng)先進(jìn)，就是硬件成本大幅度增加。HU-H3 里也包含 WLAN 和藍(lán)牙，采用博通的藍(lán)牙與 WLAN 二合一模塊 91UWM255。

10 為 HU-H3，6 為 RAM，8 為 Booster，3 是駕駛員側(cè)麥克風(fēng)，5 是乘客側(cè)麥克風(fēng)。

寶馬對(duì)音響系統(tǒng)尤其重視，共分三個(gè)版本，標(biāo)準(zhǔn)版（SA676）的功率是 205 瓦，包括 3 個(gè)高音，5 個(gè)中音，2 個(gè)低音單元。中級(jí)版（SA688）是哈曼卡頓環(huán)繞聲，功率 464 瓦，包括 5 個(gè)高音，5 個(gè)中音，2 個(gè)低音單元。高級(jí)版（SA6F1）是 Bowers&Wilkins 鉆石環(huán)繞聲，功率 1200 瓦，包括 7 個(gè)高音，7 個(gè)中音，2 個(gè)低音。?RAM 里的導(dǎo)航板設(shè)計(jì)復(fù)雜，采用瑞薩的 R-CAR H3 做主芯片。

上圖為 R-CAR H3 內(nèi)部框架圖

寶馬不惜成本瘋狂使用以太網(wǎng)，可能是希望線束精簡(jiǎn)，在線束上降低成本，減輕線束重量。根據(jù)連線圖，R-CAR H3 可能使用了兩路以太輸出，一路是音頻轉(zhuǎn)以太網(wǎng)輸出給 Booster，這有點(diǎn)大材小用，音頻實(shí)時(shí)性和帶寬需求都不高。另外一路是視頻輸出轉(zhuǎn)換為以太網(wǎng)輸出，H3 有 4 路視頻輸出，包括一路模擬視頻、一路 LVDS 和兩路 HDMI，MGU 使用了三路，估計(jì)分別是 CID、儀表和 HUD。RAM 需要將這三路都轉(zhuǎn)換為以太網(wǎng)格式，HDMI 轉(zhuǎn)以太網(wǎng)也就是 IP 格式很容易，LVDS 略微麻煩，然后加一個(gè)小型以太網(wǎng)交換器。

這兩路都加了一個(gè) Marvell 的以太網(wǎng) Phy 芯片。?銷(xiāo)售到日本的 MGU 會(huì)添加一個(gè) V2X 芯片，因?yàn)槿毡净窘ǔ闪艘惶追Q(chēng)之為 VICS 的 V2X 系統(tǒng)，硬件上需要加一個(gè) VICS 解碼芯片。VICS 基于 DSRC 技術(shù)，VICS 并不遜色于目前非?；鸨冀K未落地的 5G V2I。最重要的是日本幾乎所有新車(chē)都配備了 VICS。

為保證音質(zhì)，寶馬 MGU 采用三片 NXP 的 TDF8546 功率放大模塊，每個(gè)模塊可輸出 4 路 45 瓦的音頻功率，TDF8546 采用高音質(zhì)的橋式推挽 BTL 電路，而不是目前主流的 D 類(lèi)功率放大，D 類(lèi)功率放大雖然成本低效率高，但是音質(zhì)生硬尖冷，沒(méi)有音響愛(ài)好者會(huì)認(rèn)同 D 類(lèi)的聲音。BTL 雖然效率略低于 D 類(lèi)，但音質(zhì)遠(yuǎn)在 D 類(lèi)之上。除了豪華車(chē)，幾乎沒(méi)有廠家在意音質(zhì)。

CID 有 10.25 英寸和 12.3 英寸兩種，分辨率都是 1920*720。寶馬新一代頂配車(chē)型儀表為 12.3 英寸全液晶儀表，由博世提供，顯示屏由 LG 提供。

上圖為寶馬的 HUD 與儀表之間連接圖，HU-H3 通過(guò) APIX2 系統(tǒng)與 CID 連接，同時(shí)與儀表以太網(wǎng)連接，儀表再通過(guò) APIX2 與 HUD 抬頭顯示器連接。?APIX（AutomotivePixel link）是德國(guó) Inova Semiconductorsnova 開(kāi)發(fā)的多通道技術(shù)，類(lèi)似于美信的 GMSL 和德州儀器的 FPDLINK，可能有寶馬的投資吧，寶馬全系列都使用 APIX 技術(shù)，是 Inova 的主要客戶，捷豹、大眾和沃爾沃部分車(chē)型也有使用。全新 APIX3 版本通過(guò)單獨(dú)雙絞線（STP）可實(shí)現(xiàn)高達(dá) 6Gbps 的傳輸速度，通過(guò)四雙絞線（QTP）速度可達(dá) 12Gbps。

寶馬使用 INAP375R 芯片，方框圖如下：

下篇主要分析寶馬的 ADAS 系統(tǒng)、駕駛員監(jiān)控系統(tǒng)、手勢(shì)識(shí)別系統(tǒng)、語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)、自動(dòng)泊車(chē)系統(tǒng)、以太網(wǎng)構(gòu)成的 360 環(huán)視系統(tǒng)。敬請(qǐng)期待。