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数据中心-芯片-autosar-电驱动分析

参考文献链接

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数据中心为什么那么耗电？（附计算方法）

计算机房用电不用想都知道耗电率高，就按目前来说，我国大型数椐中心机房用电量比起先进国家差距比较大的，机房用电分配是：IT占44%，制冷占38%以上(有甚至的高达50%)，其余电源、照明占18%左右。可以看出制冷耗电是影响PUE值的关键，空调冷是机房的耗电元凶。

机房工作站、存储等占地面积计算
机房面积计算公式：A(主机房面积)=F单台占用面积3.5～5.5㎡ /台(取中间值4.5)*N机柜总台数主机房面积=4.5(㎡/台)*30台 =135㎡

2、UPS选型指标
(1)机房内设备的用电量。例如机房计划安装30台机柜，每个机柜按照3KW功耗计算，机房内机柜设备的耗电将在3KW*30台=90KW。
(2)机房内其它设备(消防、监控、应急照明) 监控、应急照明和消防设备耗电大约在8000W左右。

不间断电源系统的基本容量可按下式计算： E≥1.2P式中E——不间断电源系统的基本容量(不包含冗余不间断电源设备) P——电子信息设备的计算负荷[(KW/KVA)]P=1)+2)=90KW+8KW=98KWE≥1.2PE≥1.2*98 KWE≥110.4KVA考虑UPS运行在60%和70%之间是最佳状态，建议在上面的计算结果除以0.7进行再一次放大。110.4KVA/0.6≈184KVA。根据机型手册选择靠近功率的机型，因此选择200KVA的UPS。为了电源端的安全可靠性，建议采用UPS机器配置1+1冗余方案，因此需要两台200KVA的UPS。所以在选型上：选择两台200KVA UPS做1+1并机。

3、空调选型指标
经验采用“功率及面积法”计算机房冷负荷。 Qt=Q1+Q2
其中，Qt总制冷量(KW)Q1室内设备负荷=UPS功耗×0.8Q2环境冷负荷=0.12～0.18KW/㎡ ×机房面积因此，得出机房的制冷量为：Q1室内设备负荷=200KVA*0.8=160KWQ2环境冷负荷=0.15KW/㎡ *251 ㎡=37.5KWQt=Q1+Q2=160KW+37.5KW=197.5KW所以：机房内所需制冷量197.5KW，建议在制冷量上做40%冗余。采用320KW的制冷空调(制冷功率80KW空调4台)

4机房总用电量
实际总用电量=UPS用电功率+空调用电功率+照明+其他UPS设备耗电：200KVA=200KW精密空调耗电：制冷量/2.5=320KW/2.5=128KW照明：P(每平米的照明功率)* S(机房面积)20W*251平米=5KW 其他设备：10KW实际总用电量=(200KW) +(128KW)+5KW+10KW =343KW机房建设时要考虑余量一般为25%，实际配电总功率450KW

5机房整体面积
(1) 机房工作站、存储等占地面积135.5㎡(2) UPS、配电及电池占地面积UPS系统延时单台30分钟需选用12V-200AH电池32节，两台需要64节。以上合计28㎡此数据为设备实际占地，无维修空间，维修空间的面积为设备实际占地面积的2-3倍倍。所以UPS、配电及电池占地面积约70㎡。(3) 空调占地面积空调选用4台空调，单台空调占地面积为2.1㎡，空调为全正面维护，实际占地为空调本身的一倍就可以约为4㎡。4台空调共16㎡。(4) 机房总面积机房工作站、存储等占地面积135㎡+UPS、配电及电池占地面积70㎡+空调占地面积16㎡=221㎡消防占地面积为机房面积：30㎡机房总面积约为：251㎡
如何做好机房用电量检测
要做到用电的节能首先要做好机房用电的检测，精确掌握机房用电是节能省电的第一步。大多数的移动基站均采用无人值守，但这些通信机房里的各种电子设备，是需要在一定的温度环境下(机房环境国家标准GB50174-93规定长年机房温度为18℃～28℃)，才能长期正常地运行，为了达到机房标准的环境温度，每个通信机房均配备了两台左右的空调，而这些空调长年处于开机状态，那么对机房的用电量就是很大的一块消耗。想要精确统计机房设备用电，可以借助电力测量设备或管理软体，就像是使用电力计量器、UPS或PDU，针对单台设备，我们可以自行连接三相电表，并且由P=I×V公式来推估耗电功率，不过这样只能测得瞬间的功耗，一旦设备的耗电量非固定值，就无法统计、分析或换算成用电度(千瓦×小时)，而且操作和连接方式也较复杂。

要注意的是，与设备耗电功率有关的数字有有效功率(瓦特，)和总消耗功率(伏特安培，)，通常我们指的耗电量，或是台电计算电费时用的指标，都是使用有效功率，而变电站统计的用电度数(千瓦小时，)，也是利用有效功率计算出来的，因此可以直接换算成电费。

不过根据这款设备说明书中提供的数据，用电度数的统计结果，与实际电费的误差约在0.5%到2%之间，然而，这样的检测方式只适用於一台台设备去检测，也无法搭配集中管理软体来分析、统计，因此如果想要同时得知多台机器的耗电，还是必须透过专门的电源管理设备来统计，像是不断电系统(UPS)或PDU电力分配器。
小结：

利用或设备较能全面掌握机房设备用电情形，管理也容易，但需付出的一次性成本偏高，通常都在数十万元以上，较适合大型机房或设备较多的环境，而针对单一产品设计的电力测量计，售价仅数千元，如果需要监控的设备较少，则可以使用这种类型的产品，再用人工的方式记录数值。

旗舰芯片骁龙8+ Gen1马上要成为中端机标配

随着近几年安卓手机逐步高端化，旗舰机型的门槛已被抬高到3999元起，对于消费者而言，三千多买顶配旗舰的日子一去不复返。并且，手机厂商还增加了Pro、Ultra等定位更高的机型，把顶配旗舰的价格推到六千甚至更高的价位，和大众消费者的距离越来越遥远。那么，想要享受到旗舰级的性能，是否意味着你必须花五六千元买旗舰机吗？

对于这一点，小雷觉得完全没必要，因为现在很多手机厂商都选择将上一年的旗舰处理器，下放到今年的“次旗舰”产品中，以此来降低消费者体验旗舰性能的门槛。这样做的好处就是，消费者能以更低的价格买到性能强悍的机型。略微有些遗憾的就是等待的时间稍长，而且除了性能外，影像、充电等其他方面的体验可能会逊色一筹。但对于只追求高性能的用户而言，这些都不是什么大问题，毕竟价格真香才是王道。

骁龙8+ Gen1明年将下放到中端机，目前已确定2K+价位至少有三款机型，且屏幕快充都有所提升。想要换新机的朋友可以缓一缓，搭载新一代“神U”的中端机确实很值得你为之等待。

旗舰处理器

下放已成为一种趋势

骁龙8+ Gen1作为高通在今年下半年发布的新款旗舰处理器，基于台积电4nm制程工艺打造，全面优化了能耗表现，性能更强发热更低，上市后口碑相当不错。它采用“1+3+4”的三丛集架构，集成1颗超大颗Cortex X2、3颗大核Cortex A710和4颗小核Cortex A510，其中超大核和小核的频率相较于骁龙8 Gen1还略有提升，带来更加强劲的性能表现，但功耗和发热问题却得到显著改善。

（图源：小米官方）搭载了骁龙8+ Gen1的小米12S，在Geekbench 5的跑分成绩为1297/3990，比骁龙8 Gen1（1146/2906）在单核及多核性能上都有明显提升。在游戏表现中其优势就更为明显，《王者荣耀》或《和平精英》开启最高画质后，仍旧有稳定的帧率表现。即便是《原神》高画质下，小米12S平均帧率依旧能保持在56帧以上，且机身温度最高不超过42°。要知道小米12S还是一款小屏机，其上的骁龙8+ Gen1都能有如此表现，放在其他主打性能的机型上体验还能有所提升。

从小雷同事的实测体验，以及市场的用户口碑来看，骁龙8+ Gen1确实是一颗相当成功的旗舰处理器，甚至能称为近两年来的“神U”。但是，它目前基本只搭载于旗舰机身上，即便是主打高性价比的Redmi K50至尊版，标配（8G+128GB）也得2999元，想要选到12G内存就得加价到3500元左右，换机成本还是稍微有点高的。所以，如果骁龙8+ Gen1明年能下放到2000元价位机型中，还是极具竞争力的，应该会有非常多的用户愿意为之买单。

（图源：小米官方）其实，旗舰处理器下放到中端机市场早已成为一种趋势。早在2019年时，市面上的主流旗舰都搭载骁龙855处理器，而iQOO Neo却令人意外地搭载了上一代旗舰骁龙845，还将产品卖到1798元。与当时动辄三四千的旗舰机相比，iQOO Neo拥有不俗的性能和更低的价格，受到大量消费者的喜爱。骁龙870的成绩那更为辉煌，它作为骁龙865的升级版，在2021年初登场后就被用于次旗舰机型中，定位仅次于骁龙888。直到今年，市面上仍有搭载骁龙870的新机，如小米12X、vivo S15等等，售价也是早已跌入2000元内。以前之所以很少有厂商选择将旗舰处理器下放，主要原因还是成本太高了，而市场上也有骁龙7系、6系等更多新选择。但是，近两年高通在中端处理器市场一直没拿出太过亮眼的产品，导致中端机的竞争力开始下滑，还被联发科抢走了不少份额。无奈之下，部分手机厂商才选择将上一代的旗舰处理器下放到中端市场，虽然成本更高但确实效果显著。如今，高通显然也认可了这一做法，默许厂商将旗舰处理器下放，这样无需花费大精力研发中端产品，还能让处理器在中端机市场保持极高竞争力。

（图源：iQOO官方）这一做法对手机厂商、对消费者都有益处，手机厂商能以此来提高产品竞争力，以推动销量增长。而消费者也能以更低的成本买到拥有旗舰级性能的产品，达到双赢的效果。当然，这也可能造成另外一种不良的后果，那就是中端机和旗舰机之间的性能差距逐渐缩小，会严重影响到旗舰机的销量。所以，厂商可能需要在其他配置上做好平衡，让旗舰机仍旧具有能够吸引到人的旗舰属性。

性能不再是

手机厂商比拼的最大卖点

其实，很多手机厂商早就已经这么做了。从市面上的不同机型中能发现，即便搭载同一款处理器的中/高端机型，它们在其他配置上还是会存在较大的差异，其中最显著的就是影像系统，其次还有屏幕、设计以及快充等。可以发现，性能已经不再是智能手机最大的卖点，厂商们都有意图地将产品卖点分散到其他各个方面，且希望借助影像实力来凸显产品的旗舰属性。

小米12S系列和Redmi K50至尊版均搭载了骁龙8+ Gen1，但两者差价一千多。前者因为有曲面屏设计、徕卡影像以及50W无线充电等优势，价格更贵也还是竞争力十足。而小米12 Ultra更是借助索尼一英寸定制大底、徕卡专业镜头模组和2K高刷屏等，将价格推上6000元档位。从网友们的反馈来看，即便卖到这个价位，这款产品身上的诸多亮点依旧很吸引人。

除了小米，OPPO、vivo、一加等也均采取相似的做法，在高端机型上猛堆影像、屏幕的配置，将产品打造成“全能旗舰”，以此来拉开与中端机的配置差异。而那些搭载有旗舰处理器的中端机产品，最多只能被称为“性能旗舰”，仅在性能方面能达到旗舰机的水准，屏幕、影像、设计等方面还是要略次一级的。

所以，怎么样去挑选一款适合自己的“旗舰机”就非常直接明了。如果你对手机的性能、影像、屏幕、设计各方面都有极高要求，那各大品牌的高端旗舰就是你最好的选择，它们在以上各方面都达到当前行业的最高水准。但如果你只是对性能有较高需求，相机能扫码就行，屏幕有无2K都可，那建议还是选择次一级的“性能旗舰”，完全能满足你的日常需求，价格还会便宜一两千块。如果这个价格你还不满意，那还可以等第二年旗舰处理器下放到中端机，虽然性能会稍落后小半代，但也许能帮你再省下千把块。如今的手机性能已严重过剩，想凭借一颗处理器来制造产品差异化已不太可能，所以厂商都把手机的重心放在影像、屏幕、快充等方面。即便把处理器下放到低价位，也不担心会对旗舰机造成太大冲击，核心卖点已经转移到其他方面。厂商可以借此拓宽产品覆盖的价格区间，消费者也能根据自身需求，以合适的价格选择到合适的产品。今年手机市场销量大幅下跌应该让手机厂商感受到危机，明年骁龙8+ Gen1下放能提高中端机的竞争力，希望能借此提振手机市场的销量吧。

AUTOSAR功能安全机制（一）内存分区与实现

1. 应用软件

在AUTOSAR架构中，应用软件位于RTE上方，由互连的AUTOSAR SWC组成，这些组件以原子方式封装了应用软件功能的各个组成部分。

图1：应用程序软件

AUTOSAR SWC独立于硬件，因此可以集成到任何可用的ECU硬件上。为了便于ECU内部和内部的信息交换，AUTOSAR SWC仅通过RTE进行通信。

AUTOSAR SWC包含许多提供内部功能的函数和变量。AUTOSAR SWC的内部结构，即其变量和函数调用，通过头文件隐藏在公众视野之外。只有外部RTE调用才会在公共接口上生效。

图2：SWC

AUTOSAR SWC还包含必须在运行时调用的函数。这些C函数在AUTOSAR中称为Runnables。

Runnables不能由它们自己执行;它们必须分配给 OS的可执行实体。可以通过将Runnables的函数调用插入OS任务主体来执行此类分配。

然后，Runnables在调用方OS-Task的上下文中循环执行和/或事件驱动。Runnables对任务的分配是根据图3和图4执行的。

图3：AUTOSAR分层软件架构-Runnables的映射

2. OS-Applications

图4显示了对图3中关系的解释。根据此图，AUTOSAR SWC中的Runnables被分配给 OS任务。

图4：SWC到 OS-Applications的映射

AUTOSAR OS-Applications是 OS对象（如任务、ISR、调度表、计数器和警报）的集合，它们构成了一个内聚的功能单元。属于同一 OS-Applications的所有对象都可以相互访问。

OS-Applications中的 OS对象可能属于不同的AUTOSAR SWC。RTE实现了一个内存区域， OS-Applications的所有成员都可以不受限制地访问该区域，以方便SWC之间有效地进行通信。

OS-Applications有两类：

受信任的 OS-Applications：“允许受信任的 OS-Applications在运行时禁用监控或保护功能的情况下运行。他们可能不受限地访问内存和 OS模块的API。受信任的 OS-Applications不需要在运行时强制执行其时序行为。当处理器支持时，它们被允许在特权模式下运行。
不受信的 OS-Applications：“不允许在运行时禁用监控或保护功能的情况下运行不受信的 OS-Applications。它们限制了对内存的访问，限制了对 OS模块的API的访问，并在运行时强制执行其时序行为。当处理器支持时，不允许它们在特权模式下运行。

3. 通信和代码共享

根据图4和图3，一个 OS-Applications可以包含多个AUTOSAR SWC和关联的Runnables。仅允许Runnables直接访问变量并在其各自的 SWC中执行函数调用。

SWC的内部函数调用和变量不被其他 SWC公开获取，因为它们的定义不由外部接口的头文件提供，因此不能规划通过变量直接通信并执行其他 SWC的代码。

在图5中，代码共享示例对此进行了说明，代码共享只允许在 SWC内使用，而不允许在一个OS-Application的 SWC之间共享。与其他 SWC的通信应通过RTE执行。Runnable4可能无法执行属于SWC2.2的功能。

图5：OS-Applications中的代码共享

4. 应用软件中的内存分区

AUTOSAR ECU中的应用软件可以由与安全相关的 SWC和非安全相关的 SWC组成。应根据ISO26262的要求，确保具有不同ASIL等级的 SWC之间的免干扰性。

AUTOSAR OS通过将 OS-Applications放入独占的内存区域，从而不受与内存相关的故障的干扰。此机制称为内存分区。OS-Applications之间彼此受到保护，因为在一个 OS-Applications的内存分区中执行的代码不能修改其他内存区域。AUTOSAR OS规范中的相应要求如表1所示。

要求ID	要求文本
[SWS_Os_00207]	OS模块应阻止对 OS的写入访问来自其他不受信的OS-Applications的应用程序的私有数据分区。
[SWS_Os_00355]	OS模块应阻止从其他不受信的 OS-Applications对 OS-Applications的任务/2类ISR的所有私有堆栈进行写入访问。
[SWS_Os_00356]	OS模块应阻止从其他不受信的 OS-Applications对 OS-Applications的任务/2类ISR的所有私有数据分区进行写入访问。

表1：AUTOSAR OS- OS-Applications的内存分区

应用程序软件可以由具有不同ASIL等级的 SWC组成。但是，具有不同ASIL分级的 SWC不应分配给同一个 OS-Applications。内存分区不能提供分配给同一 OS-Applications的 SWC之间的免干扰性。OS仅阻止其他 OS-Applications执行不正确的访问。不会阻止有故障的 SWC修改同一 OS-Applications中其他SWC的内存区域。

注意：有关任务级分区的详细信息，请参阅后续分区。

5. SWC中的内存分区

混合ASIL SWC可能由具有不同ASIL评级的Runnable组成，因此需要一个支持不受这些Runnable之间干扰的执行环境。由于以下原因，无法在不同的内存分区中执行一个 SWC的不同Runnables：

内存分区在 OS-Applications级别执行。如图所示图3和图4，一个 SWC只能分配给一个OS-Applications，因此只有一个内存分区。此外， SWC的Runnables只能由一个 OS-Applications的任务调用。

如图6所示， SWC的Runnables不能分发到多个 OS-Applications的任务。

图6：SWC与分区

内存分区不能用于分隔同一SWC中的Runnables。如果有必要让 SWC包含具有不同ASIL的Runnable，并且这些Runnable需要免干扰的独立执行，那么在 OS-Applications级进行内存分区是不够的，内存分区必须在任务级别执行。方法如图7所示。

图7：任务级分区

与任务级别的内存分区相关的要求列在表2的AUTOSAR OS规范中。使用弱词“may”表明任务级分区的实现对于AUTOSAR OS是可选的。因此，并非每个AUTOSAR OS实现都支持任务级内存分区。

要求ID	要求文本
[SWS_Os_00208]	OS模块可能会阻止从同一 OS-Applications中的所有其他任务/ISR写入对非受信任应用程序的任务/2类ISR的专用堆栈的写入访问。
[SWS_Os_00195]	OS模块可能会阻止从同一 OS-Applications中的所有其他任务/ISR写入对非受信任应用程序的任务/2类ISR的私有数据分区的写入访问。

表2：AUTOSAR OS要求–任务级的内存分区

6. 内存分区的实现

可以使用内存分区机制在系统和软件级别上实现各种技术安全概念。

图8显示了一个可能的实现，而所有基础软件模块都在一个受信任/监控模式内存分区中执行（图8中以红色突出显示）。某些SWC在逻辑上分组并放在单独的非受信任/用户模式内存分区中（以绿色突出显示）。选定的软件模块与基础软件模块属于同一可信/管理模式内存分区（参见图8中红色高亮的第四个SWC）。可能有多个不受信的/用户模式分区，每个分区包含一个或多个SWC。

在非受信任/用户模式内存分区中执行SWCs会受到限制，不能修改其他内存区域，而受信任/监控程序内存分区的SWCs的执行不受限制。

用于安全相关应用的现代微控制器支持通过专用硬件（内存保护单元（MPU））进行内存分区。

注意：假设内存分片将在具有MPU或类似硬件功能的微控制器上实现。

使用典型的MPU实现，不受信的应用程序可以允许访问微控制器地址空间的多个分区。访问控制定义为读取、写入和执行访问的组合。MPU的配置仅在监控模式下是允许的。

注意：在某些微控制器实现中，MPU集成在处理器内核中。因此，MPU仅控制关联内核的访问。其他总线主站（如DMA控制器和其他内核）不受此分段MPU实例的控制。

下表和用例说明了内存保护单元的配置派生自系统要求时的一组可能方案。注意：对于正在使用的特定硬件设备的功能，此表可能不完整。

地址空间	理由	读	写	执行
闪存	读取、执行和写入访问不会修改闪存内容。必须首先擦除闪存，并启用其他机制才能写入。注意：从安全角度来看，以下含义：读取和执行外来代码可能用于获取原本不适用于软件的信息。	O	O	O
RAM	对RAM的写入访问可能会导致内存损坏，从而影响软件的行为。	O	X	O
外设	即使从外设地址空间读取，也可能产生副作用。例如通过对中断控制器的读取访问来执行中断确认，对外围设备的读取访问可能会导致I/O错误。	X	X	X

表3：内存保护的配置方案

图标说明：

X–需要保护

O–可选保护

注意：从性能角度来看，由于总线争用、接口仲裁等原因，可能会产生副作用。

用例1：SWC位于同一分区中。

同一分区中的 SWC可以访问彼此的RAM区域，因此可能会损坏彼此的内存内容。
根据定义， SWC无法访问外围设备，因为它们不应了解底层微控制器架构。当 SWC被允许直接访问外围设备时，可能会创建不安全的系统。
用例2：不同分区中的 SWC。
不同分区中的 SWC无法访问彼此的RAM区域，因此无法损坏彼此的内存内容。
根据定义， SWC无法访问外围设备，因为它们不应了解底层微控制器架构。当 SWC被授予对外围设备的直接访问权限时，可能会创建可能不安全的系统。
用例3：MCAL驱动程序
MCAL驱动程序是函数的集合，例如读/写/初始化。它们必须由另一个实体执行，例如BSW或CDD。有关详细信息，请参见图8。
MCAL驱动程序需要对相应外设硬件模块的外设空间进行读/写访问。根据硬件架构，可能还需要处理器的监控模式。