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        如何選擇汽車電子系統中的處理器

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           2009年,中國以年銷售汽車1300萬輛的記錄成為全球第一汽車消費大國,這是自汽車誕生以來美國第一次落榜汽車消費龍頭,這個中國汽車電子市場注入了強勁的發展動力。

            汽車正經歷著一場數字革命的洗禮:純機械系統和模擬電子的時代一去不復返?,F今的汽車是數字化的汽車,內置了幾十甚至上百個嵌入式處理器,它們通過數字網路相互連接,以控制和優化汽車內幾乎每一個系統的運轉。將來的汽車會集成更多的處理器,因為先進的應用和性能要求更為復雜的信號處理算法,包括安全、引擎和尾氣排放控制、駕駛者與汽車的交互界面,以及車內信息和娛樂系統等。

            汽車市場要求處理器供應商做出長期的承諾。例如,汽車制造商有時要求其供應商對某一處理器產品提供長達10~15年的供應承諾。下面我們將探討針對汽車數字信號處理應用的各種處理器類型,以及各個類型的優缺點。此外,我們還將分析汽車應用的特殊要求對面向汽車市場的處理器的影響。

            汽車應用中處理器的選擇

            汽車系統所用處理器的選擇受多種因素的影響。最主要的選擇標準一般包括汽車認證資格、片上集成度、性能、價格和節能等。軟件開發工具的質量及軟件組件的可用性也會影響到處理器的選擇。處理器供應商對其產品的承諾以及將來的發展規劃等也是重要的考慮因素。

            由于關系到生命安全,汽車引擎、氣囊控制和剎車系統等關鍵的汽車安全系統對處理器有十分嚴格的可*性和耐用性要求。因此,汽車安全系統應用對處理器供應商來說是最嚴峻的考驗。這些應用要求處理器獲得汽車認證資格,而且這類處理器都需要專門的設計、制造、封裝和測試方法。

            有許多非關鍵信號處理汽車系統也需要大量的處理器,比如車內導航和娛樂設備。盡管汽車整車制造商和汽車電子系統供應商對這類應用也要求高質量的組件,但要求畢竟沒有關鍵性安全應用那么高。例如,用于車內系統的處理器一般不要求獲得汽車認證資格。

            現在,對性能要求最高的汽車信號處理應用是車內導航和娛樂系統。再過幾年這一情形可能有所改變,因為新的安全系統開始采用視頻和雷達處理,而且引擎和剎車控制系統將采用基于模型的復雜計算方法,目前流行的查找表參考方法也將被復雜的實時運算方法所替代。

            在處理器上集成適當的外設、存儲器和I/O接口有助于提高性能和穩定性,以及降低功耗和系統成本。汽車應用的片上集成要求與其它信號處理應用有很大的區別。因此,面向汽車應用市場的供應商必須針對這些應用的特殊要求而專門設計其處理器。多通道模數轉換器對面向汽車控制系統的處理器特別有用。例如,一個引擎控制系統一般要接收來自數十個模擬傳感器的輸入信號。

           對面向汽車控制系統的處理器來說,片上閃存是一個關鍵特性,因為這些系統要使用很大的查找表,有時需要現場更新。如引擎控制系統所用的查找表就包含來自各種控制組件(比如加油器和點火線圈)的數萬個校準點(或類似輸出值)。校準點數據一般是在汽車出廠前在實驗室確定的,但汽車使用一段時間后某些校準點可能需要調整。片上閃存就可以利用從汽車經銷商處下載的數據現場更新校準點或控制算法的其它參數。

            與采用單獨的閃存芯片相比,將閃存集成在處理器上的最大好處在于系統性能的提高和成本的降低。雖然集成的片上閃存對系統開發商很有價值,但處理器供應商要實現它卻非易事。經汽車認證的處理器對高溫的要求比主流閃存技術所能承受的溫度要高??上攵?,在這一市場上競爭的處理器供應商往往需要投入大量的資源以開發可在汽車系統上穩定工作的閃存技術。

            數字網絡收發器有助于分布式系統中處理器間的通信。有各種各樣的網絡協議針對不同的汽車系統。面向特定汽車應用的處理器一般都為相關協議集成了網絡收發器。例如,控制域網絡(CAN)協議一般用于引擎和變速控制網絡。而面向媒體的系統傳輸(MOST)協議則針對車內信息娛樂應用,如音頻、視頻、導航及通信等。

            對于面向關鍵應用的處理器,先進的片上調試追蹤單元也十分有用。這種追蹤功能可為系統開發者提供詳細的處理器、軟件和操作系統狀態信息,這些信息對驗證和調試特別有用。針對全球嵌入式處理器調試接口的Nexus5001論壇標準定義了軟件與片上調試硬件的接口。該標準最早由IEEE行業標準和技術組織(IEEE-ISTO)于1999年制定,現已更新到IEEE-ISTO5001-2003。該標準的開發者希望它能夠鼓勵開發工具供應商將片上調試追蹤單元添加進來,或加強對它的支持。

            車內信息和娛樂系統是當前汽車應用中對計算性能要求最高的信號處理系統,主要是因為這些系統涉及到視頻處理等需要強大信號處理功能的應用。一個高檔信息娛樂系統可能包括多通道音頻系統、DVD播放器、GPS導航系統,以及免提移動電話,所有這些都集成進一個系統內。針對車內信息娛樂系統的處理器包括相對高性能的DSP、DSP增強型通用處理器(GPP),以及DSP/GPP混合器件。這些處理器一般工作于200至750MHz的時鐘速率范圍內。
         

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