基于G9X车身域控制器的软硬件设计.docx

随着汽车电子电气架构向集中化发展，依据汽车电子部件功能，整车被划分为动力域、底盘域、车身域、自动驾驶域和智能信息域等，借助处理器芯片的强大算力，将分布式的ECU统一起来，统一规划硬件输入输出接口，减少连接器、结构件、线束、硬件资源重复性，软件上整合多个控制器功能策略融合开发，节约软件开销和对外信息路由。这样可以降低整车硬件成本，节省多个ECU算力相互冗余造成的资源浪费。

车身域控制器一般集成车身控制器、无钥匙进入和启动、胎压监测、网关等功能，也可增加座椅调节、后视镜调节、空调控制等功能，综合统一管理各执行器，合理有效地分配系统资源。

在过去的1~2年中，整个汽车电子行业，特别是汽车MCU这一类，面临着一波严重的缺货行情，在这期间，很多主机厂和Tier1工厂都开始寻求保供。寻找国产化的替代方案迫在眉睫，在这个过程中，同时也充满了机会。本文介绍一种基于国产SOC设计的车身域控制器，并通过搭建台架对域控制器的各个功能进行验证，满足客户的要求。

1G9X芯片介绍

G9系列是芯驰科技在2020年发布的面向中央网关的产品，首款芯片为G9X。G9系列处理器是专为新一代车内核心网关设计的高性能车规级汽车芯片，采用双内核异构设计，包含高性能Cortex-A55CPU内核及双核锁步的高可靠Cortex-R5内核，在承载未来网关丰富的应用同时，也能满足高功能安全级别和高可靠性的要求。G9芯片架构如图1所示。

图1G9芯片架构

G9支持多种外设接口，包括PCIe、USB3.0接口，同时具有丰富的以太网、CANFD和LIN等传输接口。在此基础上，G9运用芯驰第二代包处理引擎SDPEv2，在非常低的CPU占用率的情况下，可实现不同接口之间的高流量、低延迟的数据交换。

此外，G9内置了HSM，包含真随机数发生器和高性能加解密引擎，支持AES、RSA、ECC、SHA以及多种国密算法，满足安全启动，OTA、V2X等多种未来车载安全应用的需求。

2域控制器硬件设计

域控制器硬件原理框图见图2。

图2G9X域控制器硬件原理框图

该车身域控制器的资源如下：①支持2路CAN/CANFD接口；②支持1路LIN；③支持1路100Base-T1车载以太网；④支持1路1000Base-T1车载以太网；⑤支持28路信号输出；⑥支持44路信号输入；⑦集成PEPS功能（含IMMO）；⑧外挂eMMC和QSPIFLASH，存储OTA更新数据；⑨支持LIMPHOME模式。

2.1电源和复位设计

域控制器电源根据功能单元分为RTC电源域、SAFETY电源域和AP电源域。RTC电源域最先上电并负责芯片的整体电源的控制；SAFETY电源域为R5核MCU工作电源；AP电源域为A55核MPU工作电源。控制器各电源域使用分立DC/DC实现，具体电源方案如图3所示。

图3域控制器电源方案

2.2CAN/CANFD接口设计

TJA1043属于NXP的第三代高速CAN收发器，相比第一代和第二代器件（如TJA1041A），有明显的改进，其能提供改进的电磁兼容性（EMC）和静电放电（ESD）性能、极低的功耗和电源电压关闭时的无源性能。本方案也可选择国产芯片芯力特公司的SIT1044T/3或SIT1044TK/3。CAN/CANFD接口设计原理如图4所示。

图4CAN/CANFD接口设计原理图

2.3LIN接口设计

LIN接口选用NXP公司的TJA1021芯片，实现LIN主从协议控制器到物理总线之间的接口转换。TJA1021芯片支持1~20kBdb波特率，符合LIN2.1/SAEJ2602规范，具备低电磁辐射和高电磁抗干扰性。芯片输入电平兼容3.3V和5V，且支持低功耗睡眠模式和本地/远程唤醒功能。

另外，芯片具备多种保护机制：支持符合IEC61000-4-2的±6kV（引脚LIN、VBAT和WAKE_N）ESD特性；LIN总线和电源引脚支持ISO7637规范的抗瞬态保护；LIN总线引脚对电源和GND具有短路保护功能；过热保护。本方案也可选择国产芯片芯力特公司的SIT1021。LIN接口设计原理如图5所示。

图5LIN接口设计原理图

2.4100Base-T1车载以太网接口设计

100Base-T1车载以太网接口选用苏州裕太车通电子科技有限公司的YT8010A。该芯片为单路MDI输出，工作速率支持100Mb/s。YT8010A是单对以太网物理层收发器（PHY），它实现IEEE定义的100BASE-T1标准的以太网物理层部分802.3bw工作组，非常适合广泛的汽车应用，它的制造使用标准的数字CMOS工艺，并包含实现所需的所有有源电路物理层用于在单根平衡双绞线上传输和接收数据。基于尖端DSP技术，结合自适应均衡器、回声消除器、ADC、锁相环、线路驱动器、编码器/解码器和所有其他