智能網(wǎng)聯(lián)汽車

計算平臺部署與測試項(xiàng)目一計算平臺認(rèn)知目錄01.計算機(jī)系統(tǒng)概述02.計算平臺整體認(rèn)知03.計算平臺架構(gòu)認(rèn)知目標(biāo)具體描述知識目標(biāo)能夠了解計算機(jī)系統(tǒng)的特點(diǎn)能夠了解計算平臺的等級能夠掌握計算平臺的架構(gòu)

技能目標(biāo)能夠獨(dú)立講解計算機(jī)系統(tǒng)的含義能夠獨(dú)立敘述計算平臺的發(fā)展趨勢能夠講解計算平臺電子電氣架構(gòu)特點(diǎn)能夠獨(dú)立描述車載智能計算平臺的組成能夠獨(dú)立描述AI單元、計算單元和控制單元的功能素質(zhì)目標(biāo)能夠正確認(rèn)識和理解計算平臺，培養(yǎng)對計算平臺系統(tǒng)及其哲學(xué)的尊重和贊賞能夠養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣和問題解決能力，能夠獨(dú)立學(xué)習(xí)和探索計算平臺系統(tǒng)的更多功能和特性能夠培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)合作和溝通能力，能夠與他人分享和交流關(guān)于計算平臺系統(tǒng)的知識和經(jīng)驗(yàn)?zāi)軌蝠B(yǎng)成對數(shù)據(jù)安全和隱私保護(hù)的意識，能夠合理配置和保護(hù)計算平臺系統(tǒng)的安全性

智能網(wǎng)聯(lián)汽車從交通運(yùn)輸工具逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樾滦椭悄芤苿咏K端。汽車功能和屬性的改變導(dǎo)致其電子電氣結(jié)構(gòu)隨之改變，進(jìn)而需要更加強(qiáng)大的計算、數(shù)據(jù)存儲和通信功能作為基礎(chǔ)，計算平臺是滿足新型汽車電子電氣結(jié)構(gòu)的核心，是新型智能網(wǎng)聯(lián)汽車電子產(chǎn)業(yè)競爭的主戰(zhàn)場。

計算平臺主要完成汽車行駛和信息交互過程中海量、多源、異構(gòu)數(shù)據(jù)的高速計算處理，運(yùn)用人工智能、信息通信、互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算等新技術(shù)。實(shí)時感知、決策、規(guī)劃，并參與全部或部分控制，實(shí)現(xiàn)汽車的自動駕駛、網(wǎng)聯(lián)服務(wù)等功能。01.計算機(jī)系統(tǒng)概述

任務(wù)描述

最近，單位新來一批實(shí)習(xí)員工，他們對計算機(jī)系統(tǒng)并不熟悉，需要對計算機(jī)系統(tǒng)有一個清晰的認(rèn)識，請你準(zhǔn)備一下，講解計算機(jī)系統(tǒng)的組成，并對學(xué)習(xí)效果進(jìn)行評價。任務(wù)目標(biāo)（1）能夠了解計算機(jī)系統(tǒng)的起源及發(fā)展。（2）能夠掌握計算機(jī)系統(tǒng)的組成及特點(diǎn)。任務(wù)準(zhǔn)備（1）防護(hù)裝備：常規(guī)實(shí)訓(xùn)著裝。（2）教學(xué)設(shè)備：安裝有操作系統(tǒng)的計算機(jī)。（3）教學(xué)工具：教學(xué)課件、電腦主機(jī)。知識準(zhǔn)備現(xiàn)代計算機(jī)基本都遵循馮·諾依曼結(jié)構(gòu)，包括存儲器、運(yùn)算器、控制器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備五部分組成。其中運(yùn)算器和控制器合稱為CPU（中央處理器，CentralProcessingProcessor）。指令和數(shù)據(jù)不加區(qū)別混合存儲在同一個存儲器中。一、計算機(jī)系統(tǒng)概述馮·諾依曼結(jié)構(gòu)計算機(jī)的工作原理如左圖所示。（1）編寫程序指令，存放于存儲器；（2）控制器依據(jù)控制信號執(zhí)行指令；（3）執(zhí)行程序，解決問題。圖1-1馮·諾依曼計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)知識準(zhǔn)備

哈佛結(jié)構(gòu)是馮·諾依曼結(jié)構(gòu)的一個變種。在這種模式下，程序指令和數(shù)據(jù)在主存儲器中是分開存儲的?？刂破魇褂脙蓷l獨(dú)立的總線讀取程序指令和訪問數(shù)據(jù)，程序空間和數(shù)據(jù)空間分開。哈佛結(jié)構(gòu)在嵌入式領(lǐng)域使用比較廣泛。隨著時間發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步，計算機(jī)的應(yīng)用由早期主要用作科學(xué)工程計算，發(fā)展為各行各業(yè)的大量使用。計算機(jī)的硬件和軟件都有了飛速發(fā)展?，F(xiàn)在計算機(jī)硬件的性能，與二十世紀(jì)八、九十年代，已不可同日而語。計算機(jī)硬件系統(tǒng)的CPU、指令系統(tǒng)、存儲系統(tǒng)、IO系統(tǒng)（輸入輸出系統(tǒng)）、總線系統(tǒng)形成了都有了巨大的進(jìn)步，并一起提高了計算機(jī)的性能。一、計算機(jī)系統(tǒng)概述知識準(zhǔn)備1、定義：現(xiàn)代計算機(jī)通常把運(yùn)算器和控制器集成在一起，成為中央處理器（CentralProcessingProcessor，簡稱CPU），它是計算機(jī)系統(tǒng)的核心運(yùn)算部件。2、組成：運(yùn)算器、控制器、寄存器、數(shù)據(jù)通路（通過內(nèi)部總線連接存儲單元和算術(shù)邏輯單元ALU組成的網(wǎng)絡(luò)）、高速緩存（Cache）部件、內(nèi)存控制器等。二、計算機(jī)系統(tǒng)的組成（一）CPU圖1-2CPU的數(shù)據(jù)通路3、功能：從主存儲器取得指令，對指令譯碼，執(zhí)行指令，把執(zhí)行結(jié)果寫回存儲器或寄存器，然后根據(jù)當(dāng)前指令的信息確定下一條指令的地址，這個過程稱為一個指令周期。重復(fù)上述指令周期，直到程序執(zhí)行完畢。知識準(zhǔn)備

4、拓展：指令周期包括取指子周期、執(zhí)行子周期和中斷子周期。完成一個子周期所用的時間為CPU周期。完成一個不可分解的微操作動作所用的時間為節(jié)拍周期，節(jié)拍周期常作為定義CPU時鐘周期的依據(jù)。時鐘周期是計算機(jī)中最基本最小的時間單位，時鐘周期=1∕CPU主頻。一般情況下，主頻越高，CPU運(yùn)行速度越快。每個CPU周期可包含一個或多個時鐘周期，若干個CPU周期組成一個指令周期。二、計算機(jī)系統(tǒng)的組成（一）CPU知識準(zhǔn)備1、功能：存放程序與數(shù)據(jù)。2、分類：主存儲器（內(nèi)存）和輔助存儲器（外存）3、內(nèi)外存關(guān)系：內(nèi)存界于CPU和外存之間，是CPU對外存中程序與數(shù)據(jù)進(jìn)行高速運(yùn)算時存放程序指令、數(shù)據(jù)和中間結(jié)果的臨時場所。4、內(nèi)存：CPU可以直接訪問內(nèi)存，IO設(shè)備也頻繁地與它交換數(shù)據(jù)，內(nèi)存的讀寫速度對計算機(jī)的整體性能影響重大。二、計算機(jī)系統(tǒng)的組成（二）存儲器知識準(zhǔn)備

4、內(nèi)存：內(nèi)存控制器與CPU通常集成在同一芯片內(nèi)，以減小平均訪存延遲。內(nèi)存控制器決定了計算機(jī)系統(tǒng)所能使用的最大內(nèi)存容量、內(nèi)存通道數(shù)和內(nèi)存條數(shù)、內(nèi)存類型、訪問速度、數(shù)據(jù)寬度等重要參數(shù)。

下圖是兩種不同的內(nèi)存控制器。左邊支持4個內(nèi)存通道，每個內(nèi)存通道可插兩條內(nèi)存；右邊可支持6個內(nèi)存通道，每個內(nèi)存通道可插2條內(nèi)存。二、計算機(jī)系統(tǒng)的組成（二）存儲器圖1-3四通道、六通道內(nèi)存控制器知識準(zhǔn)備

（1）RAM：可隨機(jī)讀寫的存儲器，一般指內(nèi)存。外部有地址引線、數(shù)據(jù)引線和控制信號引線。地址引線在芯片內(nèi)部譯碼，選中芯片內(nèi)部的相應(yīng)存儲單元。

（2）ROM（ReadOnlyMemory，只讀存儲器）：存放引導(dǎo)程序和基本輸入輸出系統(tǒng)（BasicInputOutputSystem，BIOS）等，包括不可改寫的、可一次改寫和可多次改寫的，常用型號為EPROM和EEPROM。EPROM用紫外線擦除內(nèi)容，EEPROM用電擦除。EEPROM在擦除及編程上比EPROM更加方便，可以在線進(jìn)行擦除和編程。（3）高速緩存Cache一般由速度快的SRAM實(shí)現(xiàn)，DRAM用來實(shí)現(xiàn)內(nèi)存（主存儲器），磁盤或閃存來組成大容量的輔助存儲器。二、計算機(jī)系統(tǒng)的組成（二）存儲器知識準(zhǔn)備存儲器的主要評價指標(biāo)為存儲容量和訪問速度。存儲容量越大，可以存放的程序和數(shù)據(jù)越多；訪問速度越快，處理器訪問的時間越短，相應(yīng)成本越高。二、計算機(jī)系統(tǒng)的組成（二）存儲器圖1-4存儲層級知識準(zhǔn)備計算機(jī)的各個部件通過總線相連接，外部設(shè)備通過相應(yīng)的控制接口再與總線相連接，從而形成了計算機(jī)硬件系統(tǒng)。計算機(jī)的總線結(jié)構(gòu)決定了計算機(jī)的運(yùn)算能力、擴(kuò)展規(guī)模和并行能力?？偩€的本質(zhì)作用是完成數(shù)據(jù)交換。總線用于將兩個或兩個以上的部件連接起來，使得它們之間可以進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，或者說通信?？偩€含義很廣，它不僅僅是指用于數(shù)據(jù)交換的通道，有時也包含了軟件硬件架構(gòu)。比如PCI總線、USB總線，它們不僅僅是指主板上的某個接口，還包含了與之相對應(yīng)的整套硬件模型、軟件架構(gòu)。二、計算機(jī)系統(tǒng)的組成（三）總線知識準(zhǔn)備總線設(shè)備是總線上連接的各種器件、部件、模塊等計算機(jī)功能部件。主設(shè)備（master）是總線上的主控器，是發(fā)布控制命令的設(shè)備，如CPU。從設(shè)備（slave）是總線上的被控對象，是接受控制命令的設(shè)備，如存儲器和I/O設(shè)備?？偩€的分類可以從多個角度進(jìn)行。按照數(shù)據(jù)傳遞的方向，總線可以分為單向總線和雙向總線。按照總線使用的信號類型，總線可以分為并行總線和串行總線。并行總線包含多位傳輸線，在同一時刻可以傳輸多位數(shù)據(jù)，而串行總線只使用一位傳輸線，同一時刻只傳輸一位數(shù)據(jù)。二、計算機(jī)系統(tǒng)的組成（三）總線知識準(zhǔn)備輸入/輸出設(shè)備（簡稱I/O設(shè)備），常稱為外設(shè)。它們實(shí)現(xiàn)計算機(jī)與外部世界的信息交換。傳統(tǒng)的I/O設(shè)備有鍵盤、鼠標(biāo)、打印機(jī)和顯示器等；新型的I/O設(shè)備能進(jìn)行語音、圖像、影視的輸入、輸出和手寫體文字輸入，支持計算機(jī)之間通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信。磁盤等輔助存儲器在計算機(jī)中也當(dāng)作I/O設(shè)備來管理。二、計算機(jī)系統(tǒng)的組成（三）外設(shè)1.GPUGPU（GraphicsProcessingUnit，圖形處理單元）是與CPU聯(lián)系最緊密的外設(shè)之一，主要用來處理2D和3D的圖形、圖像和視頻，以支持基于視窗的操作系統(tǒng)、圖形用戶界面、視頻游戲、可視化圖像應(yīng)用和視頻播放等。GPU最早是作為一個獨(dú)立的板卡出現(xiàn)的，稱為顯卡。常說的獨(dú)立顯卡和集成顯卡是指GPU是作為一個獨(dú)立的芯片出現(xiàn)還是被集成在芯片組或處理器中?，F(xiàn)代GPU內(nèi)部包含了大量的計算單元，可編程性越來越強(qiáng)，除了用于圖形圖像處理外，也越來越多地用作高性能計算的加速部件。GPU驅(qū)動提供OpenGL、DirectX等應(yīng)用程序編程接口以方便圖形編程。知識準(zhǔn)備二、計算機(jī)系統(tǒng)的組成（三）外設(shè)1.GPUGPU的作用是對圖形API定義的流水線實(shí)現(xiàn)硬件加速，從內(nèi)存或顯存中取出頂點(diǎn)信息，對每一個頂點(diǎn)進(jìn)行坐標(biāo)和各種屬性的計算，然后組合成圖元，矢量化以得到被圖元覆蓋的像素點(diǎn)及其深度信息，然后進(jìn)行像素渲染及逐像素操作，進(jìn)行模板測試、深度測試、顏色混合和邏輯操作等。圖形應(yīng)用具有天生的并行性，現(xiàn)代GPU中集成了大量可編程的計算處理核心，這種大規(guī)模并行的計算模式非常適合于科學(xué)計算應(yīng)用，所以在高性能計算機(jī)領(lǐng)域，GPU常被用作計算加速單元配合CPU使用。知識準(zhǔn)備二、計算機(jī)系統(tǒng)的組成（三）外設(shè)2.硬盤計算機(jī)需要具有永久記憶功能的存儲體來存放需要較長時間保存的信息，如操作系統(tǒng)的內(nèi)核代碼、文件系統(tǒng)、應(yīng)用程序和用戶的文件數(shù)據(jù)等，磁性存儲材料正好滿足了以上要求。

磁性材料優(yōu)點(diǎn)是具有斷電記憶功能，可以長時間保存數(shù)據(jù)；存儲密度高，可搭建大容量存儲系統(tǒng)；成本很低。缺點(diǎn)是存取速度較慢，機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對工作環(huán)境要求較高。知識準(zhǔn)備二、計算機(jī)系統(tǒng)的組成（三）外設(shè)2.硬盤如下圖所示為硬磁盤結(jié)構(gòu)及記錄面扇區(qū)示意圖。盤片的上下兩面都能記錄信息，通常把磁盤片表面稱為記錄面。記錄面上一系列同心圓稱為磁道。每個盤片表面通常有幾十到幾百個磁道，每個磁道又分為若干個扇區(qū)。圖1-5硬磁盤結(jié)構(gòu)及記錄面扇區(qū)示意圖知識準(zhǔn)備二、計算機(jī)系統(tǒng)的組成（三）外設(shè)2.硬盤為了減少干擾，磁道之間要保持一定的間隔，沿磁盤半徑方向，單位長度內(nèi)磁道的數(shù)目稱為道密度。常用的道密度單位是：道／mm，或道／英寸。

位密度是指在磁道園周上單位長度內(nèi)存儲的二進(jìn)制位的個數(shù)。常用的位密度單位是：bit／mm，或bit／英寸。為了簡化電路設(shè)計，規(guī)定每個磁道上的記錄位數(shù)相同。

存儲容量是指整個磁盤所能存儲的二進(jìn)制信息的總量。磁盤的容量有非格式化容量和格式化容量之分。格式化容量=每個扇區(qū)的字節(jié)數(shù)×每道的扇區(qū)數(shù)×每個記錄面的磁道數(shù)×記錄面數(shù)。

平均存取時間是指從發(fā)出讀寫命令開始，

磁頭從某一位置移動到指定位置并開始讀寫數(shù)據(jù)所需的時間。它等于平均尋道時間與平均等待時間之和。尋道時間是指磁頭移動到目標(biāo)磁道(或柱面)所需要的時間，平均尋道時間由磁盤存儲器的性能決定，是個常數(shù)。等待時間是指待讀寫的扇區(qū)旋轉(zhuǎn)到磁頭下方所用的時間，一般選用磁盤旋轉(zhuǎn)一周所用時間的一半作為平均等待時間。

轉(zhuǎn)速是指硬盤內(nèi)驅(qū)動電機(jī)主軸的旋轉(zhuǎn)速度，單位為RPM（轉(zhuǎn)/分鐘）。數(shù)據(jù)傳輸率是指磁頭找到數(shù)據(jù)的地址后，單位時間內(nèi)寫入或讀出的字節(jié)數(shù)。數(shù)據(jù)傳輸率＝每個扇區(qū)的字節(jié)數(shù)×每道扇區(qū)數(shù)×磁盤的轉(zhuǎn)速。知識準(zhǔn)備二、計算機(jī)系統(tǒng)的組成（三）外設(shè)3.閃存閃存（FlashStorage）是一種半導(dǎo)體存儲器，它和磁盤一樣是非易失性的存儲器，但是它的訪問延遲卻只有磁盤的千分之一到百分之一，而且它尺寸小、功耗低，抗震性更好。常見的閃存有SD卡、U盤和SSD固態(tài)磁盤等。與磁盤相比，閃存的每GB價格較高，因此容量一般相對較小。目前閃存主要應(yīng)用于移動設(shè)備中，如移動電話、數(shù)碼相機(jī)、MP3播放器，主要原因在于它的體積較小。閃存在移動市場具有很強(qiáng)的應(yīng)用需求，工業(yè)界投入了大量財力推動閃存技術(shù)的發(fā)展。隨著技術(shù)的發(fā)展，閃存的價格在快速下降，容量在快速增加，因此SSD固態(tài)硬盤技術(shù)獲得了快速發(fā)展。SSD固態(tài)硬盤是使用閃存構(gòu)建的大容量存儲設(shè)備，它模擬硬盤接口，可以直接通過硬盤的SATA總線與計算機(jī)相連。知識準(zhǔn)備二、計算機(jī)系統(tǒng)的組成（三）外設(shè)知識準(zhǔn)備二、計算機(jī)系統(tǒng)的組成（三）外設(shè)3.閃存前面所列的SD卡、U盤和SSD固態(tài)硬盤一般都是用NAND型閃存構(gòu)建的。它的存儲密度比較高，每GB的成本比較低，沒有機(jī)械部分，可靠性高，速度快，功耗低，體積小，抗振性能好，無噪聲。因此NAND型閃存適合構(gòu)建大容量的存儲設(shè)備。使用閃存技術(shù)構(gòu)建的永久存儲器存在一個問題，即閃存的存儲單元隨著擦寫次數(shù)的增多存在損壞的風(fēng)險。為了解決這個問題，大多數(shù)NAND型閃存產(chǎn)品內(nèi)部的控制器采用地址塊重映射的方式來分布寫操作，目的是將寫次數(shù)多的地址轉(zhuǎn)移到寫次數(shù)少的塊中。該技術(shù)被稱為磨損均衡（WearLeveling）。閃存的平均擦寫次數(shù)在10萬次左右。SSD固態(tài)硬盤還有數(shù)據(jù)檢錯糾錯和壞塊表機(jī)制，NADN閃存出廠時允許不超過2%的壞塊，要通過壞塊表屏蔽。SSD在使用時要通過ECC檢錯機(jī)制發(fā)現(xiàn)新的壞塊，并加入到壞塊表中。知識準(zhǔn)備二、計算機(jī)系統(tǒng)的組成（三）外設(shè)圖1-6SSD固態(tài)硬盤的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖任務(wù)實(shí)施1.在教師的引導(dǎo)下，以小組為單位學(xué)習(xí)相關(guān)技能，并完成下列作業(yè)（1）計算機(jī)工作的基本思想是什么？（2）計算機(jī)系統(tǒng)包括什么？（3）簡述存儲器的分類。2.在教師的引導(dǎo)下分組，以小組為單位學(xué)習(xí)相關(guān)知識，并結(jié)合計算機(jī)系統(tǒng)的組成，完成以下作業(yè)：（1）在計算機(jī)上查找系統(tǒng)部件，繪制計算機(jī)系統(tǒng)框圖。（2）按照計算機(jī)硬件系統(tǒng)，標(biāo)明各個組件的位置，并完成所發(fā)數(shù)據(jù)采集表格。02.計算平臺整體認(rèn)知

任務(wù)描述最近，單位新來一批實(shí)習(xí)員工，他們對計算平臺并不了解，需要對計算平臺有一個清晰的認(rèn)識，請你準(zhǔn)備一下，介紹什么是計算平臺，并說明它的作用是什么。任務(wù)目標(biāo)（1）了解計算平臺現(xiàn)狀及發(fā)展歷程；（2）了解計算平臺的等級；（3）能夠講解域控制器方式的電子電氣架構(gòu)的特點(diǎn)。任務(wù)準(zhǔn)備（1）防護(hù)裝備：常規(guī)實(shí)訓(xùn)著裝。（2）教學(xué)設(shè)備：智能網(wǎng)聯(lián)汽車。（3）教學(xué)工具：教學(xué)課件、計算平臺。知識準(zhǔn)備智能網(wǎng)聯(lián)汽車從交通運(yùn)輸工具逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樾滦椭悄芤苿咏K端。汽車功能和屬性的改變導(dǎo)致其需要更加強(qiáng)大的計算、數(shù)據(jù)存儲和通信功能，計算平臺是滿足新型汽車電子電氣結(jié)構(gòu)的核心，是新型智能網(wǎng)聯(lián)汽車電子產(chǎn)業(yè)競爭的主戰(zhàn)場。

計算平臺主要完成汽車行駛和信息交互過程中海量、多源、異構(gòu)數(shù)據(jù)的高速計算處理，運(yùn)用人工智能、信息通信、互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算等新技術(shù)。實(shí)時感知、決策、規(guī)劃，并參與全部或部分控制，實(shí)現(xiàn)汽車的自動駕駛、網(wǎng)聯(lián)服務(wù)等功能。計算平臺是基于異構(gòu)分布式硬件平臺、融合并集成系統(tǒng)軟件和功能軟件的原型系統(tǒng)，根據(jù)差異化需求進(jìn)行硬件定制和應(yīng)用軟件加載。其硬件架構(gòu)包括包含AI單元、計算單元和控制單元；其操作系統(tǒng)包含復(fù)雜嵌入式系統(tǒng)的汽車定制化系統(tǒng)軟件和密切結(jié)合自動駕駛需求的通訊功能軟件。一、計算平臺的含義知識準(zhǔn)備自動駕駛級別提升，外部信息獲取數(shù)量增加，自動駕駛系統(tǒng)所需處理數(shù)據(jù)呈幾何增長。自動駕駛對實(shí)時性、安全等級要求提高，新型電子電氣架構(gòu)需經(jīng)濟(jì)高效的提供高性能計算能力，并具備良好的可拓展性。計算平臺基于異構(gòu)分布的硬件平臺，集成自動駕駛操作系統(tǒng)，可提供高性能計算能力，實(shí)現(xiàn)集中控制策略，保障智能網(wǎng)聯(lián)汽車感知、規(guī)劃、決策、控制功能模塊的高速可靠運(yùn)行，滿足L3級以上自動駕駛車輛需求。計算平臺負(fù)責(zé)實(shí)時性要求高、安全等級要求高的自動駕駛相關(guān)數(shù)據(jù)和功能，與智能終端基礎(chǔ)平臺共同構(gòu)成車端算力系統(tǒng)，支撐不同安全等級需求的網(wǎng)聯(lián)化自動駕駛以及人機(jī)交互的車端實(shí)現(xiàn)。未來，算力將會由車端向云端部分轉(zhuǎn)移和布局，云控平臺就是計算平臺在云端算力的具體實(shí)現(xiàn)。云控基礎(chǔ)平臺利用超視距感知能力，實(shí)現(xiàn)車端與場段的感知融合，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)協(xié)同決策控制，解決單車智能的局限性問題。二、計算平臺的角色定位知識準(zhǔn)備二、計算平臺的角色定位圖1-10車載智能計算機(jī)平臺知識準(zhǔn)備三、計算平臺的現(xiàn)狀與發(fā)展歷程世界汽車產(chǎn)業(yè)正在進(jìn)行“新四化”技術(shù)革命和行業(yè)變革，計算平臺及其搭載的自動駕駛操作系統(tǒng)作為支撐汽車“新四化”的平臺技術(shù)，逐漸成為國內(nèi)外整車企業(yè)和相關(guān)科技公司競爭的熱點(diǎn)。

1、特斯拉是最開始研發(fā)計算平臺的，也是第一個開始研發(fā)計算平臺芯片的整車企業(yè)。以AutopilotHW為代表，從第一代的HW1.0迭代到HW3.0，特斯拉首款自主研發(fā)芯片F(xiàn)SD取代了英偉達(dá)DriverPX2。相對與國外車企，國內(nèi)車企在車用芯片、操作系統(tǒng)等產(chǎn)業(yè)鏈的核心環(huán)節(jié)較為薄弱，因此主要采取漸進(jìn)式開發(fā)路線。以吉利汽車為例，吉利汽車2017年發(fā)布了G_Pilot自動駕駛戰(zhàn)略，提出了面向自動駕駛技術(shù)研發(fā)G_Pilot1.0到G_Pilot4.0技術(shù)規(guī)劃。知識準(zhǔn)備三、計算平臺的現(xiàn)狀與發(fā)展歷程隨著國外企業(yè)不斷布局自動駕駛戰(zhàn)略，以英偉達(dá)、英特爾、谷歌等為代表的國外科技企業(yè)也在大力推動計算平臺的發(fā)展。

2、英偉達(dá)以行業(yè)較領(lǐng)先的高性能安全芯片為核心，提供了完整的硬件平臺和基礎(chǔ)軟件平臺。NVIDIADRIVE平臺屬于端的開放式自動駕駛平臺，支持L3、L4甚至L5級的自動駕駛，開放軟件棧包含了ASIL_DOS、深度學(xué)習(xí)、計算機(jī)視覺SDK到自動駕駛應(yīng)用；整合了深度學(xué)習(xí)、傳感器融合和環(huán)繞立體視覺等技術(shù)，且基于DriveOrin打造的自動駕駛軟件堆棧可以實(shí)時理解車輛周圍的情況，完成精確定位并規(guī)劃出最為安全高效的路徑，如圖1-11所示。知識準(zhǔn)備三、計算平臺的現(xiàn)狀與發(fā)展歷程圖1-11計算平臺發(fā)展知識準(zhǔn)備三、計算平臺的現(xiàn)狀與發(fā)展歷程

我國信息通信技術(shù)與產(chǎn)業(yè)實(shí)力也在不斷增強(qiáng)，移動互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算、通信設(shè)備等領(lǐng)域形成一批國際領(lǐng)軍企業(yè)，華為、百度、地平線等企業(yè)開始布局計算平臺與智能網(wǎng)聯(lián)汽車操作系統(tǒng)。以華為推出的MDC解決方案為例，該解決方案集成自主研發(fā)的鯤鵬CPU芯片、昇騰AI芯片、圖像處理芯片等，搭載創(chuàng)新研發(fā)的操作系統(tǒng)，是平臺化、標(biāo)準(zhǔn)化的系列產(chǎn)品。華為MDC支持L2-L5級自動駕駛的平滑演進(jìn)，兼容AUTOSAR架構(gòu)，具有高效、安全、高可靠、高能效、高確定性、低延時的技術(shù)優(yōu)勢，滿足ISO26262ASIL-D等級功能安全要求。平臺可與不同合作伙伴的多種類傳感器、執(zhí)行部件相連，并支持感知、融合、定位、決策、規(guī)劃、控制等不同合作伙伴的應(yīng)用算法，實(shí)現(xiàn)不同場景的應(yīng)用。知識準(zhǔn)備四、計算平臺的發(fā)展趨勢伴隨著通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計算機(jī)和軟件技術(shù)、芯片和設(shè)計技術(shù)、控制和信息處理技術(shù)的成熟發(fā)展，其相關(guān)技術(shù)在汽車領(lǐng)域也得到了廣泛應(yīng)用。汽車的智能化、網(wǎng)絡(luò)化、信息化和集成化進(jìn)程不斷加速。從電子電氣架構(gòu)的角度看，計算平臺正在從分布式走向集中式發(fā)展，其中核心的目標(biāo)是為了軟件開發(fā)創(chuàng)造更加高效的環(huán)境，其中包括四個關(guān)鍵趨勢：計算集中化，軟硬件解耦、平臺標(biāo)準(zhǔn)化以及功能開發(fā)生態(tài)化。博世公司將整個汽車電子電氣架構(gòu)的發(fā)展分為6個階段:模塊化階段、整合階段、集中化階段、域(間）融合階段、車載中央計算機(jī)＋區(qū)控制器階段和車載中央計算機(jī)＋云服務(wù)階段，如圖1-12所示。知識準(zhǔn)備四、計算平臺的發(fā)展趨勢圖1-11計算平臺發(fā)展知識準(zhǔn)備四、計算平臺的發(fā)展趨勢智能網(wǎng)聯(lián)汽車的電子電氣架構(gòu)正在由分布式架構(gòu)向集中式架構(gòu)發(fā)展，多個控制單元融合并由域控制器集中控制，各個域控制器間通過高速總線通信。采用域控制器方式的電子電氣架構(gòu)是當(dāng)前主流的架構(gòu)設(shè)計思路，其特點(diǎn)如下:

高集成度的處理平臺，將多個獨(dú)立ECU的功能進(jìn)行融合，形成高集成度的集中處理平臺，通過對多個功能進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度和管理來實(shí)現(xiàn)某一復(fù)雜功能，以滿足復(fù)雜任務(wù)的要求。

高速的數(shù)據(jù)傳輸與處理，采用車載以太網(wǎng)等新型總線傳輸協(xié)議，提高整車網(wǎng)絡(luò)的通信速度和通信帶寬，以滿足高速、高容量數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊蟆?/p>

標(biāo)準(zhǔn)化的軟硬件平臺，標(biāo)準(zhǔn)化平臺具備良好的可移植性和可擴(kuò)展性，具有靈活增加或刪除功能，可以滿足各類產(chǎn)品對功能與成本的不同要求。知識準(zhǔn)備四、計算平臺的發(fā)展趨勢

系統(tǒng)軟硬件分離，系統(tǒng)軟硬件的分離設(shè)計可以使軟件不依賴硬件存在，實(shí)現(xiàn)軟件對硬件的解耦，在不同的硬件平臺之間可以靈活地進(jìn)行程序的開發(fā)和移植。

具備可重構(gòu)性，能夠使開發(fā)者根據(jù)不同的設(shè)計需求靈活調(diào)整相應(yīng)的功能，同時可以被反復(fù)利用，縮短研發(fā)周期，降低研發(fā)成本。

支持外部環(huán)境互聯(lián)特性，汽車不再作為一個相對封閉的系統(tǒng)，而是具備與外部環(huán)境進(jìn)行互通互聯(lián)的能力，有效的支持車輛智能化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展需求。

更高級別的安全策略，隨著汽車智能化程度越來越高，車外通信的復(fù)雜程度和未知情況，對車內(nèi)處理單元的安全策略要求越來越高，必須提高安全策略級別以應(yīng)對復(fù)雜多變的外部環(huán)境。任務(wù)實(shí)施1.在教師的引導(dǎo)下，以小組為單位學(xué)習(xí)相關(guān)技能，并完成下列作業(yè)（1）計算平臺由哪些部件組成？（2）簡述計算平臺的的主要功能。（3）簡述域控制器方式架構(gòu)設(shè)計思路的特點(diǎn)。2.在教師的引導(dǎo)下分組，以小組為單位學(xué)習(xí)相關(guān)知識，并結(jié)合整車計算平臺控制線路圖，完成以下作業(yè)：（1）在車輛上查找計算平臺。（2）按照所發(fā)表格索引，完成車載計算平臺的更換。03.計算平臺架構(gòu)認(rèn)知

任務(wù)描述最近，單位新來一批實(shí)習(xí)員工，他們對計算平臺并不了解，需要對計算平臺有一個清晰的認(rèn)識，請你準(zhǔn)備一下，介紹計算平臺是由哪些部分組成的，并說明各組成部分的作用是什么。任務(wù)目標(biāo)（1）掌握計算平臺的架構(gòu)；（2）能夠獨(dú)立描述車載智能計算平臺的組成；（3）能夠獨(dú)立描述AI單元、計算單元和控制單元的功能。任務(wù)準(zhǔn)備（1）防護(hù)裝備：常規(guī)實(shí)訓(xùn)著裝。（2）教學(xué)設(shè)備：智能網(wǎng)聯(lián)汽車。（3）教學(xué)工具：教學(xué)課件、自動駕駛計算平臺結(jié)構(gòu)圖。知識準(zhǔn)備智能駕駛計算平臺自底向上劃分為硬件平臺、系統(tǒng)軟件、功能軟件和應(yīng)用軟件四層結(jié)構(gòu)，如圖1-14所示。硬件平臺基于異構(gòu)分布式架構(gòu)提供可以持續(xù)擴(kuò)展的計算能力。系統(tǒng)軟件包括操作系統(tǒng)和中間件，為上層提供調(diào)度、通信、時間同步、調(diào)試診斷等基礎(chǔ)服務(wù)。功能軟件層包括感知、決策、規(guī)劃和控制等智能駕駛核心功能的算法組件。一、智能駕駛計算平臺的結(jié)構(gòu)圖1-14智能駕駛計算平臺的結(jié)構(gòu)知識準(zhǔn)備車載智能計算平臺的架構(gòu)主要包含自動駕駛操作系統(tǒng)和異構(gòu)分布硬件架構(gòu)兩部分。其中，自動駕駛操作系統(tǒng)是基于異構(gòu)分布硬件架構(gòu)，包含系統(tǒng)軟件和功能軟件的整體基礎(chǔ)框架。車載智能計算平臺側(cè)重于系統(tǒng)可靠、運(yùn)行實(shí)時、分布彈性、高算力等特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)感知、規(guī)劃、控制、網(wǎng)聯(lián)、云控等功能，最終完成安全、實(shí)時、可擴(kuò)展的多等級自動駕駛核心功能，如圖1-15所示。車載智能計算平臺需要軟硬件協(xié)同發(fā)展促進(jìn)落地應(yīng)用。車載智能計算基礎(chǔ)平臺結(jié)合車輛平臺和傳感器等外圍硬件，同時采用車內(nèi)傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)和新型高速網(wǎng)絡(luò)（如以太網(wǎng)、高速CAN總線等)，根據(jù)異構(gòu)分布硬件架構(gòu)指導(dǎo)硬件平臺設(shè)計，裝載運(yùn)行自動駕駛操作系統(tǒng)的系統(tǒng)軟件和功能軟件，向上支撐應(yīng)用軟件開發(fā)。二、車載智能計算平臺的架構(gòu)知識準(zhǔn)備二、車載智能計算平臺的架構(gòu)圖1-15智能駕駛計算平臺的架構(gòu)知識準(zhǔn)備（1）自動駕駛操作系統(tǒng)自動駕駛操作系統(tǒng)是一個流程化、復(fù)雜的綜合系統(tǒng)，涉及眾多流程和領(lǐng)域，貫穿了線控底盤、硬件平臺、軟件平臺、實(shí)現(xiàn)功能等自動駕駛汽車的開發(fā)。操作系統(tǒng)的引入促進(jìn)了硬件和軟件接口的集成，從而實(shí)現(xiàn)了硬件模塊化，使得制造商能夠通過大規(guī)模生產(chǎn)和專業(yè)化開發(fā)的低成本，成功實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的高性能化發(fā)展。（2）異構(gòu)芯片硬件自動駕駛硬件通過不同接口連接眾多的傳感器設(shè)備，包括激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、超聲波雷達(dá)、車載攝像頭、GPS和IMU等。二、車載智能計算平臺的架構(gòu)知識準(zhǔn)備

攝像機(jī)可以捕獲圖像數(shù)據(jù)，可以使用計算機(jī)視覺技術(shù)來提取這些圖像的內(nèi)容并理解周圍的環(huán)境，例如通過圖像中的顏色信息判斷交通燈的狀態(tài)。全球定位系統(tǒng)（GlobalPositioningSystem，GPS）通過接收繞地衛(wèi)星信號來幫助使用者確定所處的位置。慣性測量裝置（InertialMeasurementUnit，IMU）通過跟蹤車輛位置、速度、加速度以及其他因素來測量車輛的運(yùn)動和位置。激光雷達(dá)(LightDetectionAndRanging）由一組脈沖激光器組成，向車身周圍360°掃描發(fā)射激光束，通過接收這些激光束的反射波，形成車輛內(nèi)部計算機(jī)軟件可用來理解周圍環(huán)境的點(diǎn)云（PointCloud)。雷達(dá)(Radar）同樣用來檢測障礙物，但雷達(dá)分辨率低，很難辨別檢測到的障礙物屬于哪一類，不過其成本低，可以適用于各種極端天氣和不良的照明環(huán)境，同時在測量其他車輛速度時具有一定的優(yōu)勢。二、車載智能計算平臺的架構(gòu)知識準(zhǔn)備

車載智能計算基礎(chǔ)平臺需采用異構(gòu)芯片硬件方案。面向L3及以上等級的自動駕駛車輛，車載智能計算基礎(chǔ)平臺需兼容多類型、多數(shù)量傳感器，并具備高安全性和高性能。現(xiàn)有的單一芯片無法滿足諸多接口和算力要求，需采用異構(gòu)芯片的硬件方案。異構(gòu)可以體現(xiàn)在單板卡集成多種架構(gòu)芯片，如奧迪zFAS集成了MCU、FPGA、CPU，華為MDC平臺集成了昇騰310和鵬920等芯片；也可以體現(xiàn)在功能強(qiáng)大的單芯片(SoC，系統(tǒng)級芯片)同時集成多個架構(gòu)單元，如英偉達(dá)Xavier集成了GPU和CPU兩個異構(gòu)單元。二、車載智能計算平臺的架構(gòu)知識準(zhǔn)備現(xiàn)有的車載智能計算平臺產(chǎn)品如奧迪zFAS、特斯拉FSD、英偉達(dá)DriveAGXPegasus等的硬件均主要由AI(人工智能）單元、計算單元和控制單元三部分組成，每個單元完成各自所定位的功能。

（1）AI單元。AI單元采用并行計算架構(gòu)AI芯片，并使用多核CPU配置AI芯片和進(jìn)行必要處理。AI芯片可選用GPU、FPGA、ASIC等。當(dāng)前完成硬件加速功能的芯片通常依賴內(nèi)核系統(tǒng)（多用Linux）進(jìn)行加速引擎及其他芯片資源分配、調(diào)度。通常加速引擎來實(shí)現(xiàn)對多傳感器數(shù)據(jù)的高效處理與融合，獲取用于規(guī)劃及決策的關(guān)鍵信息。AI單元作為參考架構(gòu)中算力需求最大的一部分，需要突破成本、功耗和性能的瓶頸以達(dá)到產(chǎn)業(yè)化要求。二、車載智能計算平臺的架構(gòu)知識準(zhǔn)備在自動駕駛車輛行駛時，每個不同類型的傳感器都在不停的采集數(shù)據(jù)，而且AI硬件計算平臺對每一類數(shù)據(jù)都需要實(shí)時處理，如圖1-16。因此合理的計算平臺必須具有大規(guī)模數(shù)據(jù)處理能力，從而進(jìn)行實(shí)時駕駛行為決策。AI硬件計算平臺的選取，對自動駕駛的安全性、可靠性有著巨大的影響。舉例來說，當(dāng)激光雷達(dá)收集到大量的點(diǎn)云信息并傳送到計算平臺時，有可能會導(dǎo)致CPU資源被占滿，從而難以處理其他諸如攝像頭、雷達(dá)的數(shù)據(jù)可能導(dǎo)致誤闖交通燈，造成嚴(yán)重后果。二、車載智能計算平臺的架構(gòu)知識準(zhǔn)備二、車載智能計算平臺的架構(gòu)圖1-16智能駕駛AI硬件計算平臺的數(shù)據(jù)采集知識準(zhǔn)備（2）計算單元計算單元由多個多核CPU組成。計算單元采用車規(guī)級多核CPU芯片，單核主頻高，計算能力強(qiáng)，滿足相應(yīng)功能安全要求；裝載Hypervisor、Linux等內(nèi)核系統(tǒng)管理軟硬件資源，完成任務(wù)調(diào)度，用于執(zhí)行與自動駕駛相關(guān)的大部分核心算法；同時整合多源數(shù)據(jù)完成路徑規(guī)劃、決策、控制等功能，如NUIDIADriveAGXPegasus平臺、華為MDC600平臺等。（3）控制單元控制單元基于傳統(tǒng)車控