【中国汽车电子电气技术专家委员会】自动驾驶中的DCU、MCU、MPU、SOC和汽车电子架构分析|附50+篇汽车电子文章

智享新汽车 2024-09-04 23:50

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摘要

本文探讨了自动驾驶中的DCU、MCU和MPU在电子电气架构中的作用,比较了分布式与集中式架构的优势,以及ADAS系统从L0-L2+的发展历程。着重分析了MCU和MPU的区别,以及它们在汽车智能化和网联化趋势下的关键角色。

自动驾驶中的DCU、MCU、MPU

1.分布式电子电气架构

2.域集中电子电气架构架构

2.1通用硬件定义

3.车辆集中电子电气架构

4.ADAS/AD系统方案演变进程梳理

4.1L0-L2级别的ADAS方案

4.2L2+以上级别的ADAS方案

5.MCU和MPU区别

5.1MCU和MPU的区别

5.2CPU与SoC的区别

5.3举个例子

Reference:

什么是域控制器(DCU),对汽车未来电子架构有什么影响?

自动驾驶域控制器

MPU和MCU的区别

DCU:Domain Controller Unit,域控制器

MCU:Micro Controller Unit,微控制单元

MPU:Micro Processor Unit,微处理单元

近年来,SDV(Software Define Vehicles,即软件定义汽车)概念逐步被整车厂认知,根源在于“汽车如何体现差异化”问题的变迁,随着电动化带来的汽车电子构架革新,汽车硬件体系将逐渐趋于一致,如何构建通用化硬件,成为实现软件软件定义汽车的前提基础。只有把硬件通用化,差异化减少,才能减少对软件适配的成本,做到真正的软件定义汽车。

下图为博世2017年在一汽车会议上分享的其在整车电子电气架构方面战略图。整车电子电气架构发展分为了六个阶段:模块化阶段->功能集成阶段->中央域控制器阶段->跨域融合阶段->车载中央电脑和区域控制器->车载云计算阶段。

1.分布式电子电气架构

过去十多年的汽车智能化和信息化发展产生了一个显著结果就是ECU芯片使用量越来越多。从传统的引擎控制系统、安全气囊、防抱死系统、电动助力转向、车身电子稳定系统;再到智能仪表、娱乐影音系统、辅助驾驶系统;还有电动汽车上的电驱控制、电池管理系统、车载充电系统,以及蓬勃发展的车载网关、T-BOX和自动驾驶系统等等。

传统的汽车电子电气架构都是分布式的,汽车里的各个ECU都是通过CAN和LIN总线连接在一起,现代汽车里的ECU总数已经迅速增加到了几十个甚至上百个之多,整个系统复杂度越来越大,几近上限。在今天软件定义汽车和汽车智能化、网联化的发展趋势下,这种基于ECU的分布式EEA也日益暴露诸多问题和挑战。

2.域集中电子电气架构

为了解决分布式EEA的这些问题,人们开始逐渐把很多功能相似、分离的ECU功能集成整合到一个比ECU性能更强的处理器硬件平台上,这就是汽车 域控制器。域控制器的出现是汽车EE架构从ECU分布式EE架构演进到域集中式EE架构的一个重要标志。

为了解决分布式EEA的这些问题,人们开始逐渐把很多功能相似、分离的ECU功能集成整合到一个比ECU性能更强的处理器硬件平台上,这就是汽车 域控制器。域控制器的出现是汽车EE架构从ECU分布式EE架构演进到域集中式EE架构的一个重要标志。

域控制器是汽车每一个功能域的核心,它主要由域主控处理器、操作系统和应用软件及算法三部分组成。平台化、高集成度、高性能和良好的兼容性是域控制器的主要核心设计思想。依托高性能的域主控处理器、丰富的硬件接口资源以及强大的软件功能特性,域控制器能将原本需要很多颗ECU实现的核心功能集成到一起来,极大提高系统功能集成度,再加上数据交互的标准化接口,因此能极大降低这部分的开发和制造成本。

对于功能域的具体划分,各汽车主机厂家会根据自身的设计理念差异而划分成几个不同的域。比如博世划分为5个域:动力域(Power Train,安全)、底盘域(Chassis,车辆运动)、车身域(Body,车身电子)、座舱域/智能信息域(Cockpit/Infotainment,娱乐信息)、自动驾驶域(ADAS,辅助驾驶)。

各个域内部的系统互联使用现如今常用的CAN和 FlexRay通信总线。而不同域之间的通讯,则由更高传输性能的以太网作为主干网络承担信息交换任务。 在每个功能域中,域控制器处于绝对位置,需要强大的处理功率和超高的实时性能以及大量的通信外设来支持对应域的功能实现。域控制器为构建新一代的通用、高算力、高带宽、高安全、可重构的汽车电子电气架构,智能电动汽车的技术和产业发展提供坚实基础。

2.1通用硬件定义

域控制器的通用型要求:

相关功能集中,集成MPU/MCU,满足域内功能运算能力要求及功能安全要求;

集成标准化软件接口,如AUTOSAR;

带通讯接口,可与整车主网络直连,同时与域内执行器或传感器通过二级通讯总线进行交互,总线类型:车载以太网(TSN)、CAN、LIN、FlexRay…

目前,主流车企、零部件企业产品均按照动力、底盘、车身、座舱、自动驾驶五大域控制器推进研发和商业化落地。

各分开域控制器介绍可见文章:什么是域控制器(DCU),对汽车未来电子架构有什么影响?

3.车辆集中电子电气架构

4.ADAS/AD系统方案演变进程梳理

4.1L0-L2级别的ADAS方案

早期大多数L0-L2级别的ADAS系统都是基于分布式控制器架构,整个ADAS系统由4-5个ADAS子系统组成,每个子系统通常是个一体机整体方案(可以被看作是一个smart sensor),子系统独占所配置的传感器,通常相互之间是独立的。

以智能前视摄像头模块(Intelligent Front Camera Module,FCM)为例,整个子系统ECU主板上包含2颗芯片:一颗是安全核(Safety Core);另一个颗是性能核(Performance Core)。安全核一般由英飞凌TC297/397之类的MCU充当,承载控制任务,因此需要较高的功能安全等级需求;性能核通常是具有更高性能算力的多核异构MPU,会承载大量的计算任务。

下面是一个对L0-L2级别方案的总结:

L0级别方案:实现各种ADAS报警功能,比如:FCW、LDW、BSW、LCA等。分布式架构,通常由FCM、FCR、SRRs、AVS、APA等几大硬件模块组成。

L1级别方案:完成各种ADAS单纵向核单横向控制功能,比如:ACC、AEB、LKA等。也是分布式架构,硬件模块组成与L0级别方案大致相同。

L2级别方案:完成ADAS纵向+横向组合控制功能。比如:基于FCM+FCR融合系统,融合前向视觉感知和前雷达目标感知信息,实现TJA/ICA等功能;或者基于AVS+APA的融合系统,实现自动泊车功能。

4.2L2+以上级别的ADAS方案

分布式架构的ADAS系统存在两个致命缺点:

各个子系统互相独立,无法做多传感器之间的深度融合。

各子系统独占所配置的传感器,因此无法实现跨多个不同子系统传感器的复杂功能。

当整车EE架构演进到域集中式EEA之后,ADAS域控制器中配置了集成度更高、算力性能更高的计算处理器平台,进而可以支撑更复杂的传感器数据融合算法,以实现更高级级别的ADAS功能,比如:HWP、AVP等。

集中式ADAS域控制器方案从最早的四芯片方案,过渡到三芯片方案,再到当前业界主流的两芯片方案,如下图所示:

5.MCU和MPU区别

MPU的全称叫Micro Processor Unit,MCU的全称是 Mirco Controller Unit。首先这两个词都有一个Micro开头,其实这就表明了这是计算/控制单元小型化后出现的技术。事实上,这是由于集成电路进步带来的计算机系统集成程度提高的结果。使得原来有多片分立的元件组成的计算机系统向高度集成化发展,多个芯片/元件的功能在向一颗芯片集中。这是一个大的技术演进的背景。核心区别其实就是Control和Process。

但在技术演进过程中,出现了两种不同的需求。这两种需求就是“以软制硬”和“以硬助软”两种模式。

所谓以软制硬,就是通过运行一段软件/程序来控制硬件,也就是所谓的程控。在这种使用模式中,计算机系统不承担主要的工作负载,而主要是起辅助/协调/控制作用。

因此这种情况下集成的化的计算机系统就不太需要强大的计算/处理能力。所以对应的形态应该是运行频率低、运算能力一般,但是需要集成化程度高(使用方便)、价格低廉(辅助系统不应增加太多成本)等因素。

由于主要完成“控制”相关的任务,所以被称为Controller。也就是根据外界的信号(刺激),产生一些响应,做一点简单的人机界面。对于这种需求,通过不需要芯片主频太高。早期8051系列主频不过10几MHz,还是12个周期执行一条指令。经过多年的“魔改”也最终达到了100MHz。其次就是处理能力不用太强,8位的MCU长期是微控制器的主流。后来16位的MCU逐步开始占领市场。而随着ARM的32位MCU的出现,采用ARM的M系列的MCU也开始逐步扩大市场。以ST、NXP公司的产品为主要代表。但是这些ARM系列MCU的主频一般也是在几十MHz到100多MHz的量级。其次由于执行的“控制相关”任务,通常不需要支持复杂的图形界面和处理能力。在MCU上完成的任务大多数是一些简单的刺激-响应式的任务,而且任务类型单一,任务执行过程简单。在这种情况下一般不需要MCU去执行功能复杂、运算量大的程序,而通常不需要运行大型操作系统来支持复杂的多任务管理。这就造成了MCU一般对于存储器的容量要求比较低。

而Processor,顾名思义是处理器。处理器就是能够执行“处理”功能的器件。其实具备Processor这个单词的器件不少。比如CPU就被称为“中央处理器”,那既然有“中央”就应该有“外围”。GPU在经典的桌面计算机中就是一个典型的“外围”处理器,主要负责图形图像处理,由于图形图像显示。当然,今天由于AI的崛起,GPU变身成为了人工智能的训练神器。带“P”的还有DSP,数字信号处理器,一种专门为了数字信号处理而生的“领域专用处理器”。所以这些带P的处理器,都是要具备“处理”能力的。“处理”什么?自然是处理数据/信息了。也就是说处理器本身都需要较为强大的数据处理/计算能力。以GPU为例,正是由于它强大的并行浮点运算能力才能支持高速的图像处理,使音视频播放、多媒体技术成为可能。同样由于这样的处理能力使之在AI时代来临之时发挥巨大作用。

以上对于处理器说了这么多,核心意思就是一个。处理器一定要处理/运算能力强,能够执行比较复杂的任务。而微处理器,其实就是微型化/集成化了的处理器。准确的说是微型化/集成化的中央处理器(CPU)。这就是把传统的CPU之外集成了原属于“芯片组”的各类接口和部分“外设”而形成的。MPU从一开始就定位了具有相当的处理和运算能力,一帮需要运行较大型的操作系统来实现复杂的任务处理。因此这就决定了MPU应该具备比较高的主频,和较为强大的运算能力。MPU很早就演进到了32位处理器,现在更是开始大力普及64位。现在MPU领导具有绝对影响力的Arm公司一开始就定位要做32位。同时MPU也一直追求实现较高的主频。早期经典的Arm9系列MPU频率就在200MHz-400MHz。现在手机上使用的高端MPU更是到达了3GHz,和主流的桌面处理器是一个级别了。和通用的桌面处理器一样,MPU现在也普遍“多核化”。

为了支撑MPU强大的算力,使得“物尽其用”。必然要求在MPU上运行比较复杂的、运算量大的程序和任务,通常需要有大容量的存储器来配合支撑。而大容量的存储器难以被集成到以逻辑功能为主的MPU内部,因此MPU现在要运行起来通常需要“外挂”大容量的存储器。主要是大容量的DDR存储器和FLASH。在手机领域前者被称为“运存”而后者被称为“内存”。为了支撑运行复杂操作系统和大型程序,往往还需要MPU中集成高性能的存储控制器、存储管理单元(MMU))等一整套复杂的存储机制和硬件。

所以从形态上看,MPU由于需要运行对处理能力要求复杂大程序,一般都需要外挂存储器才能运行起来。而MCU往往只是执行刺激-响应式的过程控制和辅助,功能比较单一,仅仅需要使用片上集成的小存储器即可。这是区别MPU和MCU的重要表象,但不是核心原因。

总结一下,MPU和MCU的区别本质上是因为应用定位不同,为了满足不同的应用场景而按不同方式优化出来的两类器件。MPU注重通过较为强大的运算/处理能力,执行复杂多样的大型程序,通常需要外挂大容量的存储器。而MCU通常运行较为单一的任务,执行对于硬件设备的管理/控制功能。通常不需要很强的运算/处理能力,因此也不需要有大容量的存储器来支撑运行大程序。通常以单片集成的方式在单个芯片内部集成小容量的存储器实现系统的“单片化”。

但需要指出的是,随着技术的不断演进。以上的产品形态也会发生一系列的变化和衍生。现在NXP已经开始推出主频在1GHz,带强大运算能力的MCU。而随着3D封装、Chiplet技术的进步,把大容量存储器以先进封装的方式实现“单片集成”也正在实现。所以这种技术名词最终还是应该从他们出现的原因去理解,而不应该简单的从一些形态、架构去解释。更不应该机械的搞一些没有什么意义的“定义”,还让学生在考试的时候去回答。

5.1MCU和MPU的区别

MCU在一块芯片中集成了整个计算机系统,可以直接加简单的外围器件(电阻,电容)就可以运行代码了。它本质上仍是一个完整的单片机,有处理器,有各种接口,所有的开发都是基于已经存在的系统架构,应用者要做的就是开发软件程序和加外部设备。

MPU如ARM的Cortex-A系列,直接放代码是运行不了的,因为它本质上只是增强版的CPU,必须添加相应的RAM和ROM。

5.2CPU与SoC的区别

SoC可以认为是将MCU集成化与MPU强处理力各优点二合一,其中MCU是CPU集成了各类外设,MPU是增强版的CPU。目前芯片的发展方向是从CPU到SoC,现在已经没有纯粹的CPU了,都是SoC。

上图基于J5的自动驾驶域控制器可见,包含一个MCU 和J5+X9俩SoC,而J5包含了八核Arm Cortex-A55MPU。


-End-

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揭秘 IGBT 模块封装与流程
PCB设计中最常见到的五个错误
特斯拉减少75%的SiC用量方案分析-Yole
IGBT深度报告:新能源发展的核心部件
新能源车整车控制器(VCU)系统框图,功能拆解及供应商排名
一文吃透功率半导体
新能源汽车充电桩行业简析及15家相关企业梳理
特斯拉热管理系统研究报告

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  •  万万没想到!科幻电影中的人形机器人,正在一步步走进我们人类的日常生活中来了。1月17日,乐聚将第100台全尺寸人形机器人交付北汽越野车,再次吹响了人形机器人疯狂进厂打工的号角。无独有尔,银河通用机器人作为一家成立不到两年时间的创业公司,在短短一年多时间内推出革命性的第一代产品Galbot G1,这是一款轮式、双臂、身体可折叠的人形机器人,得到了美团战投、经纬创投、IDG资本等众多投资方的认可。作为一家成立仅仅只有两年多时间的企业,智元机器人也把机器人从梦想带进了现实。2024年8月1
    刘旷 2025-01-21 11:15 399浏览
  •     IPC-2581是基于ODB++标准、结合PCB行业特点而指定的PCB加工文件规范。    IPC-2581旨在替代CAM350格式,成为PCB加工行业的新的工业规范。    有一些免费软件,可以查看(不可修改)IPC-2581数据文件。这些软件典型用途是工艺校核。    1. Vu2581        出品:Downstream     
    电子知识打边炉 2025-01-22 11:12 55浏览
  • 日前,商务部等部门办公厅印发《手机、平板、智能手表(手环)购新补贴实施方案》明确,个人消费者购买手机、平板、智能手表(手环)3类数码产品(单件销售价格不超过6000元),可享受购新补贴。每人每类可补贴1件,每件补贴比例为减去生产、流通环节及移动运营商所有优惠后最终销售价格的15%,每件最高不超过500元。目前,京东已经做好了承接手机、平板等数码产品国补优惠的落地准备工作,未来随着各省市关于手机、平板等品类的国补开启,京东将第一时间率先上线,满足消费者的换新升级需求。为保障国补的真实有效发放,基于
    华尔街科技眼 2025-01-17 10:44 221浏览
  • 现在为止,我们已经完成了Purple Pi OH主板的串口调试和部分配件的连接,接下来,让我们趁热打铁,完成剩余配件的连接!注:配件连接前请断开主板所有供电,避免敏感电路损坏!1.1 耳机接口主板有一路OTMP 标准四节耳机座J6,具备进行音频输出及录音功能,接入耳机后声音将优先从耳机输出,如下图所示:1.21.2 相机接口MIPI CSI 接口如上图所示,支持OV5648 和OV8858 摄像头模组。接入摄像头模组后,使用系统相机软件打开相机拍照和录像,如下图所示:1.3 以太网接口主板有一路
    Industio_触觉智能 2025-01-20 11:04 150浏览
  • 随着消费者对汽车驾乘体验的要求不断攀升,汽车照明系统作为确保道路安全、提升驾驶体验以及实现车辆与环境交互的重要组成,日益受到业界的高度重视。近日,2024 DVN(上海)国际汽车照明研讨会圆满落幕。作为照明与传感创新的全球领导者,艾迈斯欧司朗受邀参与主题演讲,并现场展示了其多项前沿技术。本届研讨会汇聚来自全球各地400余名汽车、照明、光源及Tier 2供应商的专业人士及专家共聚一堂。在研讨会第一环节中,艾迈斯欧司朗系统解决方案工程副总裁 Joachim Reill以深厚的专业素养,主持该环节多位
    艾迈斯欧司朗 2025-01-16 20:51 198浏览
  • 电竞鼠标应用环境与客户需求电竞行业近年来发展迅速,「鼠标延迟」已成为决定游戏体验与比赛结果的关键因素。从技术角度来看,传统鼠标的延迟大约为20毫秒,入门级电竞鼠标通常为5毫秒,而高阶电竞鼠标的延迟可降低至仅2毫秒。这些差异看似微小,但在竞技激烈的游戏中,尤其在对反应和速度要求极高的场景中,每一毫秒的优化都可能带来致胜的优势。电竞比赛的普及促使玩家更加渴望降低鼠标延迟以提升竞技表现。他们希望通过精确的测试,了解不同操作系统与设定对延迟的具体影响,并寻求最佳配置方案来获得竞技优势。这样的需求推动市场
    百佳泰测试实验室 2025-01-16 15:45 339浏览
  • 2024年是很平淡的一年,能保住饭碗就是万幸了,公司业绩不好,跳槽又不敢跳,还有一个原因就是老板对我们这些员工还是很好的,碍于人情也不能在公司困难时去雪上加霜。在工作其间遇到的大问题没有,小问题还是有不少,这里就举一两个来说一下。第一个就是,先看下下面的这个封装,你能猜出它的引脚间距是多少吗?这种排线座比较常规的是0.6mm间距(即排线是0.3mm间距)的,而这个规格也是我们用得最多的,所以我们按惯性思维来看的话,就会认为这个座子就是0.6mm间距的,这样往往就不会去细看规格书了,所以这次的运气
    wuliangu 2025-01-21 00:15 186浏览
  • 嘿,咱来聊聊RISC-V MCU技术哈。 这RISC-V MCU技术呢,简单来说就是基于一个叫RISC-V的指令集架构做出的微控制器技术。RISC-V这个啊,2010年的时候,是加州大学伯克利分校的研究团队弄出来的,目的就是想搞个新的、开放的指令集架构,能跟上现代计算的需要。到了2015年,专门成立了个RISC-V基金会,让这个架构更标准,也更好地推广开了。这几年啊,这个RISC-V的生态系统发展得可快了,好多公司和机构都加入了RISC-V International,还推出了不少RISC-V
    丙丁先生 2025-01-21 12:10 112浏览
  • 本文介绍瑞芯微开发板/主板Android配置APK默认开启性能模式方法,开启性能模式后,APK的CPU使用优先级会有所提高。触觉智能RK3562开发板演示,搭载4核A53处理器,主频高达2.0GHz;内置独立1Tops算力NPU,可应用于物联网网关、平板电脑、智能家居、教育电子、工业显示与控制等行业。源码修改修改源码根目录下文件device/rockchip/rk3562/package_performance.xml并添加以下内容,注意"+"号为添加内容,"com.tencent.mm"为AP
    Industio_触觉智能 2025-01-17 14:09 164浏览
  • 高速先生成员--黄刚这不马上就要过年了嘛,高速先生就不打算给大家上难度了,整一篇简单但很实用的文章给大伙瞧瞧好了。相信这个标题一出来,尤其对于PCB设计工程师来说,心就立马凉了半截。他们辛辛苦苦进行PCB的过孔设计,高速先生居然说设计多大的过孔他们不关心!另外估计这时候就跳出很多“挑刺”的粉丝了哈,因为翻看很多以往的文章,高速先生都表达了过孔孔径对高速性能的影响是很大的哦!咋滴,今天居然说孔径不关心了?别,别急哈,听高速先生在这篇文章中娓娓道来。首先还是要对各位设计工程师的设计表示肯定,毕竟像我
    一博科技 2025-01-21 16:17 101浏览
  • Ubuntu20.04默认情况下为root账号自动登录,本文介绍如何取消root账号自动登录,改为通过输入账号密码登录,使用触觉智能EVB3568鸿蒙开发板演示,搭载瑞芯微RK3568,四核A55处理器,主频2.0Ghz,1T算力NPU;支持OpenHarmony5.0及Linux、Android等操作系统,接口丰富,开发评估快人一步!添加新账号1、使用adduser命令来添加新用户,用户名以industio为例,系统会提示设置密码以及其他信息,您可以根据需要填写或跳过,命令如下:root@id
    Industio_触觉智能 2025-01-17 14:14 122浏览
  •  光伏及击穿,都可视之为 复合的逆过程,但是,复合、光伏与击穿,不单是进程的方向相反,偏置状态也不一样,复合的工况,是正偏,光伏是零偏,击穿与漂移则是反偏,光伏的能源是外来的,而击穿消耗的是结区自身和电源的能量,漂移的载流子是 客席载流子,须借外延层才能引入,客席载流子 不受反偏PN结的空乏区阻碍,能漂不能漂,只取决于反偏PN结是否处于外延层的「射程」范围,而穿通的成因,则是因耗尽层的过度扩张,致使跟 端子、外延层或其他空乏区 碰触,当耗尽层融通,耐压 (反向阻断能力) 即告彻底丧失,
    MrCU204 2025-01-17 11:30 182浏览
  • 数字隔离芯片是一种实现电气隔离功能的集成电路,在工业自动化、汽车电子、光伏储能与电力通信等领域的电气系统中发挥着至关重要的作用。其不仅可令高、低压系统之间相互独立,提高低压系统的抗干扰能力,同时还可确保高、低压系统之间的安全交互,使系统稳定工作,并避免操作者遭受来自高压系统的电击伤害。典型数字隔离芯片的简化原理图值得一提的是,数字隔离芯片历经多年发展,其应用范围已十分广泛,凡涉及到在高、低压系统之间进行信号传输的场景中基本都需要应用到此种芯片。那么,电气工程师在进行电路设计时到底该如何评估选择一
    华普微HOPERF 2025-01-20 16:50 73浏览
  • 80,000人到访的国际大展上,艾迈斯欧司朗有哪些亮点?感未来,光无限。近日,在慕尼黑electronica 2024现场,ams OSRAM通过多款创新DEMO展示,以及数场前瞻洞察分享,全面展示自身融合传感器、发射器及集成电路技术,精准捕捉并呈现环境信息的卓越能力。同时,ams OSRAM通过展会期间与客户、用户等行业人士,以及媒体朋友的深度交流,向业界传达其以光电技术为笔、以创新为墨,书写智能未来的深度思考。electronica 2024electronica 2024构建了一个高度国际
    艾迈斯欧司朗 2025-01-16 20:45 437浏览
  • 临近春节,各方社交及应酬也变得多起来了,甚至一月份就排满了各式约见。有的是关系好的专业朋友的周末“恳谈会”,基本是关于2025年经济预判的话题,以及如何稳定工作等话题;但更多的预约是来自几个客户老板及副总裁们的见面,他们为今年的经济预判与企业发展焦虑而来。在聊天过程中,我发现今年的聊天有个很有意思的“点”,挺多人尤其关心我到底是怎么成长成现在的多领域风格的,还能掌握一些经济趋势的分析能力,到底学过哪些专业、在企业管过哪些具体事情?单单就这个一个月内,我就重复了数次“为什么”,再辅以我上次写的:《
    牛言喵语 2025-01-22 17:10 41浏览
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