奧迪A8的L3級自動駕駛方案---奧迪A8的zFAS
自動駕駛車評之1：深入瞭解奧迪A8的zFAS
新奧迪A8的研發歷時大約5年，在2011年就開始了定位於L3系統的研發，包括關鍵的鐳射雷達，也在2011年確定使用。
駕駛員只需在中控臺上按壓“人工智慧按鈕（AI button）”，若車輛在雙向高速車道上的行駛速度低於60公里/小時（約合37.3英里/小時）行駛時，該系統將接管車輛的駕駛操作，管控車輛的啟動、加速、轉向及制動，奧迪虛擬座艙將提供抽象再現（abstract representation）技術 ，用抽象符號來展示新款奧迪A8的駕駛動態及周邊環境。在駕駛途中，駕駛區域內的小攝像頭將探查駕駛員的情況，判斷其是否感到疲勞或入睡。若出現上述情況，系統將啟用多級警示（multi-stage warning）功能。當車速超過60公里/小時（約合37.3英里/小時）或前方道路不再擁堵時，該系統將向駕駛員發出通知，要求駕駛員重新接管車輛的駕駛操控。若駕駛員忽視該提示資訊與警示後，新款奧迪A8將緩緩減速，直至停車。
再有就是自動泊車，駕駛員可以在車外觀看奧迪A8的整個停車過程。他們只需要開啟智慧手機中的myAudi應用，點選“奧迪人工智慧”按鍵，就能啟動相關操作。為便於監控，駕駛員需要一直按壓該按鈕，並通過智慧手機上安裝的汽車全景攝像機，檢視實時視訊。當停車操作完成後，該系統將自動將手自一體變速箱的檔位調至P位置，停車到位後會切斷髮動機並熄火。當駕駛員準備驅車離開時，可通過智慧手機啟動奧迪A8，將車輛駛離停車位或車庫。若駕駛員在車內，還可以啟動中控臺上的AI按鈕，啟用停車導航功能。在整個過程中，需要始終按壓該按鈕。奧迪A8在駛入車庫時可實現精確轉向。進入車庫後，A8與牆壁或自行車等障礙物的距離非常近，若車庫內部空間不足，將會中斷駛入車庫的操作。該功能得益於鐳射雷達，這也是全球第一臺配備鐳射雷達的量產車。
新款奧迪A8配置了一整套新款感測器，包括：在車輛前部、車側、車輛後部配置了12個超聲波感測器(可能由Valeo提供）；在車輛前部、車輛後部及外部後視鏡配備了4個360度全景攝像頭（可能由Bosch提供），在風擋的上邊緣配置了1款前置攝像頭（可能由Kostal提供），在車輛的各角配置了4箇中程雷達（可能由Continental提供），在車輛前部配置了1個遠端雷達（可能由Bosch提供），在車輛前部配置了1個紅外攝象機（infrared camera，可能由Autoliv提供），用於夜視輔助功能，在車輛前部配置了鐳射雷達（由Valeo提供）。
奧迪的鐳射雷達位於前保險槓內，該部件只有拳頭大小，在數個垂直面（vertical plane）內發射光脈衝（light impluse）。通過鏡面使其分佈到80米（262.5英寸）的扇形區域內，其光束扇面呈現145度。近程紅外線閃光的波長使得肉眼看不到這類光束，因此不會對人眼造成傷害。這個鐳射雷達最早由IBEO開發，後知識產權被Valeo收購，代號為Scala。原始引數如下，Valeo對Scala進行了改進，有些引數可能發生變化。
奧迪A8的ADAS系統核心為zFAS。
zFAS有4個核心元件，包括Mobileye的EyeQ3，負責交通訊號識別，行人檢測，碰撞報警，光線探測和車道線識別。英偉達的K1負責駕駛員狀態檢測，360度全景。英特爾（Altera）的Cyclone V負責目標識別融合，地圖融合，自動泊車，預剎車，鐳射雷達感測器資料處理。英飛凌的Aurix TC297T負責監測系統執行狀態，使整個系統達到ASIL-D的標準，同時還負責矩陣大燈。
Cyclone V是臺積電代工的28納米工藝的FPGA。內部架構圖如下。
Altera SoC 使用寬頻幹線互聯，HPS和FPGA架構之間的大吞吐量資料通路實現了雙晶片解決方案無法提供的互聯效能。架構的緊密整合支援100-Gbps的峰值頻寬，實現了資料的一致性。處理器和FPGA之間沒有了外部I/O通路，大幅度降低了系統功耗。在FPGA 架構中集成了基於ARM 的硬核處理器系統(HPS，Cortex™-A9 MPCore)，包括處理器、外設和儲存器介面。它同時實現了硬核智慧財產權(IP) 的效能和低功耗特性，以及可程式設計邏輯的靈活性。
上圖為Cyclone V開發板框架圖。典型效能：Cyclone V SX SoC - 925 MHz, 110K LE
•2 GB DDR3 SDRAM (1 GB processor and 1 GB FPGA)
•Ethernet, USB 2.0 On-The-Go (OTG), CAN, I2C,and UART interfaces
•Integrated Intel FPGA Download Cable II circuitry
•PCIe (rootport and endpoint support)
•Power supply and all cables
•Boots Linux on power up
值得一提是FPGA支援的匯流排並非普通意義的乙太網或者說車載乙太網，而是由瑞薩、TTTech主導的deterministic 乙太網又叫實時乙太網或時間觸發乙太網，也就是下一代車載匯流排網路標準TSN的雛形。TSN源自航空業的需求，由AFDX升級而來，隨著無人駕駛的來臨，汽車工業對車內匯流排的需求變得與飛機越來越接近，要求高度可靠，能夠容忍系統延遲，抖動，容錯，1Gb/S的頻寬。可以容納數百個感測器，甚至上千個。TTTech早先主要為飛機開發電子架構系統，進而延伸至汽車領域。zFAS裡的deterministic 乙太網包含了三種標準，包括SAE AS6802，就是TSN的雛形，用在大型飛機上。還有傳統的IEEE802.3標準，IEEE802.1QAVB標準。兼顧高可靠性與低成本。
TTTech開發了平臺中介軟體，允許在平臺上執行多個虛擬機器，且保證安全可靠。中介軟體相容Autosar。順便說一句，三星自動駕駛基金的第一項投資就是投資TTTech，投資額近9000萬美元，這家奧地利公司非常優秀。
ASIL，是ISO 26262標準中的重要評價體系，用於識別系統危害並對危害風險等級進行評估。AISL分為四個等級，分別為A、B、C、D，其中A是最低等級，D是最高等級。眾所周知，很多晶片只能達到A級或B級，有些連A級都達不到。有兩種解決方式，一種就是新增一套甚至兩套一模一樣的冗餘系統，成本不可避免地大幅度增加了，另外一種就是採用達到ASIL-D級的MCU，採用類似容錯伺服器的方法來提升系統的安全性，英飛凌的TC系列MCU是首選，也幾乎是唯一選擇，英偉達的DrivePX2也是如此。英飛凌的TriCore核心，是使英偉達解決方案能夠達到D級標準的重要組成部分。zFAS也是如此。下圖為TC297T的內部框架圖。
TC297t包括三顆獨立的TriCore 32位核心，一顆主核，兩顆校驗核，三顆即可工作在Lockstep狀態。Lockstep是在電腦和雲端計算領域大量使用的技術，簡單的說，OCKSTEP技術使用相同的、冗餘的硬體元件在同一時間內處理相同的指令。LOCKSTEP技術可以保持多個CPU、記憶體精確的同步，在正確的相同時鐘週期內執行相同的指令。該技術保證能夠發現任何錯誤，即使短暫的錯誤，系統也能在不間斷處理和不損失資料的情況下恢復正常執行。
我們知道系統BUG是很難被徹底完全發現的，程式設計師最痛苦的一種bug就叫海森堡bug，有閱歷的程式設計師都遇到過這種情況：有個bug讓程式崩潰了，但當程式重啟後，這個bug消失了。不論你用多少的時間和精力來試圖讓bug重現，bug就是人間蒸發了。這樣的bug被稱為海森堡bug，在某一個給定的時間點，一個電子所處的位置是無法確定的，也無法跟蹤它的軌跡。同理當你去debug、探測、隔離一個bug時，你的這些動作會導致bug改變它們的行為表現，這些bug就叫做海森堡bug (Heisenbugs)。這種事情是有可能的，比如，如果你使用未初始化的變數，這會導致一個bug出現。然而，當你試圖debug這個程式時，程式卻沒有任何異常，因為很多的debug工具會自動初始化變數為0，所以這些bug將不會再現。TC297T就可以解決這種bug。
在這看一看zFAS系統的神祕面紗。
zFAS系統是TTTech、Mobileye及德爾福共同合作研發各種硬體和軟體，德爾福提供硬體，TTTech提供軟體，Mobileye提供影象處理方案。
一、硬體架構
硬體架構1片Aurix TC275+1片GPU+1片FPGA，該配置TC275主要用於通訊處理、GPU進行影象處理、FPGA進行運算處理，滿足功能實現，和英偉達的PX2的硬體架構非常類似，但少了一片GPU，影象處理能力和速度會有所減弱。
二、核心部件
Cyclone V (SoC) 2ARM A9 cores @700 MHz64 MB ext. Flash768 MB ext. DRAM FPU, MMU
核心部件GPU選擇MobileyeQ外，Ethernet Switch選擇NXP，其他和英偉達PX2選擇相同
三、軟體架構
由於TTTech公司是一家積力推進ISO2626軟體功能安全的公司，其軟體架構和迭代是按照此架構進行設計，值得參考。
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