高通目前有三套平臺,一套以MDM 9150芯片組為核心,主要針對R14標準,以非網絡的直接連接應用為主。第二套以MDM9250芯片組為核心,主要針對R15標準,以網絡連接,提高交通效率應用為主。奔馳與寶馬的下一代TCU已確定使用MDM9250。 第三套以SA2150P芯片組為核心,主要針對R16標準,從4G推進到5G NR領域,移遠通信已經有基于SA2150P的產品。
和前兩代不同,SA2150P是應用處理器,專為V2X應用開發的處理器。此外高通還有針對5G的SA415/SA515M平臺可選外掛V2X功能,SA151M核心就是驍龍X50 Modem,高通驍龍X50是單模的5G基帶芯片,需要與4G LTE基帶搭配使用,且驍龍X50設計之初就是為了28GHz頻段上運行,更屬意于高頻毫米波(mmWave)方案,因此實際上在Sub-6GHz下的表現可能不盡人意。當然高通目前最新的有X55 Modem。
上圖為5GAA聯盟的CTO在2020年10月對V2X量產應用時間線做的一個預測。高通的三代產品將可能會長期共存。目前還有頻譜分配的問題沒解決。在2020年10月5GAA聯盟的白皮書里呼吁美國政府應該給予C-V2X足夠的頻譜帶寬。 5GAA認為基礎安全的ITS應用如5.9GHz下的V2V和V2I應用需要10-20MHz的帶寬。先進ITS應用如5.9GHz下的V2I/P需要40MHz以上帶寬,C-V2X里的V2N通訊,低于1GHz的低波段(鄉村環境)Service-agnostic需要至少50MHz帶寬,1-7GHz的中波段(城市環境)需要至少500MHz的帶寬。 目前主要還是高通的二代產品。V2X目前頻帶主要為B46D和B47,B46D是全球標準,即5725MHz-5825MHz,B47是針對日本的,即5850-5925MHz。
高通C-V2X平臺架構
高通第二代C-V2X開發平臺框架圖
上表為主要集成電路,價格僅供參考
高通第二代C-V2X開發平臺主要部件包括MDM9250芯片組,其中有MDM9250 SoC,PMD9655電源管理,WTR5975收發器,LPDDR與NAND的MCP封裝存儲器為美光的MT29RZ4B2DZZHHWD,256MB的LPDDR2,512MB的NAND。還有5.9GHz的RFEE,即射頻前端,包括功率放大器、天線開關、低噪音放大器和濾波器。應用處理器是高通的APQ8096AU,即車載版驍龍820,還有PM8996AU電源管理,三星的4GB LPDDR4,K4F6E3D4HB。2.4GHz,802.11n,WiFi與藍牙4.2模塊QCA6574AU。東芝的TC9560XBG是汽車級PCIe轉以太網界面IC,支持單通道2代PCIe,支持EAVB協議,包括IEEE802.1AS、IEEE802.1Qav,擁有RGNII/RMII/MII的MAC。包括Cortex M3。
高通C-V2X開發平臺包含NXP MPC5746(達到ASIL-D級)和NXP K61。K61是一個支持IEEE1588以太網界面和USB OTG的MCU。K61把輪速傳感器傳來的USB信號轉變為SPI輸出給MDM9250。IMU采用博世的BMI160,這是一個16比特3軸重力加速度計和3軸陀螺儀的IMU,不過博世現在推薦BMI270取代BMI160。 V2X采用HSM硬件加密,可以選擇NXP的SFX1800或英飛凌的SLi97。SFX1800是特別為V2X開發的。 上圖為NXP的V2X架構圖,不過這是針對DSRC的,但在C-V2X中也可以用SFX1800,SFX1800采用ARM SC300核心,內含2MB的Flash。SFX1800采用NXP的Java Card OperatingSystem (JCOP) 操作系統,密碼保護支持IEEE1609.2和ETSI TS 103 97密碼學標準。 Sli97主要為eCall和V2X開發的,其中Sli97CSI專為V2X設計,擁有1MB Flash,界面為SO7816,支持I2C和SPI接口。
上圖為高通SA2150P的內部框架圖,采用低成本的4核A53設計,也去掉了高成本的GPU,用ARM NEON的SIMD設計來應對并行計算,成本比APQ8096AU要低至少一半。高通C-V2X開發平臺主要集成電路大約200美元,將來APQ8096AU會被SA2150P取代,價格估計會降低20-25美元。
天線方面采用兩個4芯FAKRA,分別針對WLAN和C-V2X,還有一個針對GPS的FAKRA接口。此外如果考慮歐洲標準,還要考慮eCall,還要增加A2B數字音頻,高通開發平臺使用ADI的AD2410WCCSZ,還有音頻CODEC,使用德州儀器的TLV320AIC3104IRHBT。需要增加20腳音頻與麥克風連接器,還有一個包含CAN、OABR物理層和12V供電的20腳連接器。當然還得有電池。
上圖為協議棧架構,實際Facilities就是智能交通ITS的協議棧
上圖為V2X協議棧。上層協議棧或者說ITS協議棧,歐美起步都很早,這主要是歐美從1999年就開始構思了利用無線通訊打造ITS系統的構思并付諸實施。歐洲電信標準協會即ETSI從2008年就開始著手制定ITS協議棧標準,目前已經基本制定完成。不過是基于DSRC的,但轉移到C-V2X的速度很快,畢竟只是通訊方式的不同。 2020年1月,ETSI釋放了ETSI EN 303 613接入層標準,將來還有ETSI TR 101 607標準。美國方面,比歐洲稍晚,大約在2010年開始制定以DSRC為通訊方式的標準,即SAE J3161。2019年則有針對C-V2X的J2945標準。
DSRC與C-V2X協議棧的對比,上層差別甚微。
高通在第二代MDM9250開發平臺上提供基于SAE和ETSI標準的ITS協議棧。同時也支持第三方ITS協議棧。對SAE來說,關鍵的ITS信息包括BSM(Basic Safety Message,即SAE J2735),Emergency VehicleAlert (EVA) ,Signal Phase and Timing (SPaT),Map Data(MAP),TravelerInformation Message (TIM)。對ETSI來說,關鍵信息包括DecentralizedEnvironmental Notification Message (DENM) , Cooperative AwarenessMessage (CAM),Signal Phase and Timing (SPaT),LDM(本地動態地圖)。
中國目前已經基本完成的標準如上表,主導力量是CCSA,即中國通信標準化協會,其余還有C-ITS中國智能交通產業聯盟,中國汽車工程協會C-SAE,國家汽車標準化委員會NTCAS,車載信息服務產業應用聯盟TIAA。 還需要制訂的標準如下表所列。
原文標題:高通V2X開發平臺構成與成本分析
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