智能汽車(chē)核間通信技術(shù)全解析

在智能汽車(chē)飛速發(fā)展的當(dāng)下，車(chē)規(guī)級(jí)系統(tǒng)級(jí)芯片（SoC）中的核間通信技術(shù)，成為了汽車(chē)實(shí)現(xiàn)智能化協(xié)同的關(guān)鍵所在。

如今，一輛現(xiàn)代汽車(chē)配備的電子控制單元超過(guò)100個(gè)，運(yùn)行著海量代碼。核間通信（IPC），作為多核系統(tǒng)芯片中不同處理器核心間的數(shù)據(jù)交換與協(xié)同工作機(jī)制，就像是智能汽車(chē)SoC的“神經(jīng)系統(tǒng)”。若把SoC比作汽車(chē)的“大腦”，核間通信便是大腦中的“神經(jīng)脈絡(luò)”，負(fù)責(zé)在不同功能區(qū)域快速傳遞信息。

在車(chē)規(guī)級(jí)SoC里，通常集成了多種處理器核心。比如用于實(shí)時(shí)控制的Cortex - M系列、用于高性能計(jì)算的Cortex - A系列、用于信號(hào)處理的數(shù)字信號(hào)處理器（DSP） 以及Cortex - R等。它們各自承擔(dān)獨(dú)特職責(zé)，卻又需緊密配合，而這離不開(kāi)高效的核間通信。

智能座艙系統(tǒng)是核間通信發(fā)揮重要作用的一個(gè)典型場(chǎng)景。該系統(tǒng)運(yùn)行著實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（如AUTOSAR CP）、富功能操作系統(tǒng)（如Android），多個(gè)處理器核心要同時(shí)處理不同系統(tǒng)的任務(wù)，核間通信技術(shù)讓這些不同類(lèi)型的處理器能無(wú)縫協(xié)作，保障數(shù)據(jù)快速傳輸與共享。輔助駕駛系統(tǒng)同樣如此，現(xiàn)代輔助駕駛SoC多采用異構(gòu)計(jì)算架構(gòu)，核間通信確保了數(shù)據(jù)在不同處理單元間高效交換，避免性能瓶頸。

目前，主流核間通信技術(shù)方案各有特點(diǎn)。硬件郵箱( Mailbox )機(jī)制方面，其數(shù)據(jù)容量通常僅為幾個(gè)到幾十個(gè)字節(jié)，以ARM的PL320為例，端到端延遲在0.5 - 1μs，帶寬通常不超過(guò)幾十MB/s，單個(gè)實(shí)例占幾千門(mén)電路，動(dòng)態(tài)功耗幾十μW。共享內(nèi)存與DMA技術(shù)，初始延遲通常2 - 5μs，共享內(nèi)存 + DMA方案實(shí)際可持續(xù)帶寬為理論值的50 - 70%，不過(guò)共享內(nèi)存方案相比硬件郵箱，面積和功耗高出1 - 2個(gè)數(shù)量級(jí)。還有定制硬件方案，如硬件隊(duì)列、快速中斷請(qǐng)求等。核間通信通用的主要評(píng)價(jià)方式包括內(nèi)容準(zhǔn)確性、通路健壯性、內(nèi)容校驗(yàn)及權(quán)限管理。

隨著汽車(chē)電子架構(gòu)向“中央計(jì)算 +區(qū)域控制”演進(jìn)，“艙駕一體”等高度集成化架構(gòu)對(duì)核間通信的帶寬、延遲和靈活性帶來(lái)巨大挑戰(zhàn)。人工智能在汽車(chē)領(lǐng)域的應(yīng)用，也催生出如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型參數(shù)在多個(gè)處理單元間同步更新等新通信需求。未來(lái)5 - 10年，光互連等新興技術(shù)可能應(yīng)用于高端車(chē)規(guī)SoC。面對(duì)這些趨勢(shì)，核間通信技術(shù)正朝著更高性能、更智能化方向發(fā)展，以滿足未來(lái)智能汽車(chē)的嚴(yán)苛需求 。