1.2 汽车电子与软件架构概述

电子电气架构（Electrical/Electronic Architecture，EEA）是电子电气系统的总体布置方案，它把汽车里的各类传感器、中央处理器、ECU、线束拓扑、信息娱乐系统以及底盘系统等的电子电气分配系统和整车软硬件进行系统化、规范设计，实现整车的功能配置，以及运算、动力和能量的分配。

基于目前软件定义汽车的发展趋势，软件在汽车上发挥了越来越重要的作用，而电气则与电子和软件系统耦合较弱。因此，本书将在电子电气架构的概念中，重点强调电子与软件架构（Electronic/Software Architecture，ESA）的基本概念和体系。

电子与软件架构的核心是建立异构、分布式电子系统的规范化框架，统一面向物理系统的实时控制和面向车路一体全生命周期的数字信息处理，其规范化的核心是定义功能和接口，为有机融合底层硬件、通信协议、操作系统、用户软件和开发工具奠定基础。

汽车电子与软件架构包括电子系统的拓扑架构、软件架构、硬件架构、通信架构等，如图1.2所示。

图1.2 汽车电子与软件架构

（1）通信网络

汽车电子网络拓扑与通信架构设计需要收集产品需求，针对不同的功能需求、数据交互量级规划不同网段，进行不同网段的网络系统设计并分配网络负载，选择合适的网络通信协议等，其中通信协议需要定义如何跨边界交换数据，包括硬件边界和软件边界。其主要内容包括：

1）逻辑功能：逻辑功能定义了如何将整体功能以软件或硬件的方式实现，逻辑功能中的元素可以映射到应用层以及底层软件或硬件架构中，并还需定义接口和连接，根据功能的实现方式，在汽车电子中功能架构主要分为分布式和集中式。

2）网络拓扑：定义不同节点之间的连接方式、信息传递方式等，是通信技术在汽车电子约束下的典型应用，目前主要有总线型和交换型。分布式汽车电子拓扑架构一般采用总线型通信协议，如CAN总线；集中式汽车电子拓扑架构中更加倾向采用交换型网络，如以太网。

（2）硬件架构

汽车电子的硬件部分有ECU、电子电路、线束等。硬件架构是根据整车要实现的功能，按照一定的划分规则，比如按空间布局规划出相应的控制部件，同时考虑部件之间的连接关系和依赖关系。硬件架构主要包括以下几种：

1）芯片内核架构：一般是指处理器（芯片）的核架构，如ARM的Cotex-A系列等硬件组件架构。

2）ECU电子架构：通过电路图描述ECU的内部结构，如电源、接地、微控制器、总线接口、存储器等。

3）电气与线束架构：定义物理组件的电气特性及互连方式，包含硬件架构中所有线路的连接，如导线、接线盒、插接器等，并需要描述车辆中所有安装空间和安装位置等。

（3）软件架构

在汽车电子领域，软件的开发成本已经超出了硬件，“软件定义汽车”这一说法充分体现了软件的重要性，而软件开发及其维护的需求发展促进了其架构的进步。软件架构目前主要有以下内容：

1）基础软件架构：包括硬件抽象及操作系统等，传统汽车电子的基础软件形成了以AUTOSAR为代表的行业规范，目前正在向Adaptive AUTOSAR发展。

2）中间件架构：广义而言是基础软件和应用软件的中间层，实现应用软件和基础软件的解耦，并支持软件之间通过网络互操作，目前在汽车电子中的中间件主要是通信中间件。

3）应用软件架构：描述如何将软件模板化及软件之间的依赖关系，目前汽车电子引进的SOA架构是一种面向服务的模板软件架构。

本章重点探讨汽车电子网络拓扑和硬件架构，汽车通信架构和软件架构将在后续章节中详细展开。