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如何選擇汽車電子系統中的處理器

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汽車正經歷著一場數字革命的洗禮:純機械系統和類比電子的時代一去不復返。現今的汽車是數字化的汽車,內建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線,以控制和優化汽車內幾乎每一個系統的運轉。將來的汽車會整合更多的處理器,因為先進的應用和效能要求更為複雜的訊號處理演算法,包括安全、引擎和尾氣排放控制、駕駛者與汽車的互動介面,以及車內資訊和娛樂系統等。

如何選擇汽車電子系統中的處理器

汽車市場要求處理器供應商做出長期的承諾。例如,汽車製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訊號處理應用的各種處理器型別,以及各個型別的優缺點。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、片上整合度、效能、價格和節能等。軟體開發工具的質量及軟體元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。

由於關係到生命安全,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靠性和耐用性要求。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、製造、封裝和測試方法。 有許多非關鍵訊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裝置。儘管汽車整車製造商和汽車電子系統供應商對這類應用也要求高質量的元件,但要求畢竟沒有關鍵性安全應用那麼高。例如,用於車內系統的處理器一般不要求獲得汽車認證資格。

現在,對效能要求最高的汽車訊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採用視訊和雷達處理,而且引擎和剎車控制系統將採用基於模型的複雜計算方法,目前流行的查詢表參考方法也將被複雜的實時運算方法所替代。

在處理器上整合適當的外設、儲存器和I/O介面有助於提高效能和穩定性,以及降低功耗和系統成本。汽車應用的片上整合要求與其它訊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感測器的輸入訊號。

對面向汽車控制系統的處理器來說,片上快閃記憶體是一個關鍵特性,因為這些系統要使用很大的查詢表,有時需要現場更新。如引擎控制系統所用的查詢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)。校準點資料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後某些校

準點可能需要調整。片上快閃記憶體就可以利用從汽車經銷商處下載的資料現場更新校準點或控制演算法的其它引數。

與採用單獨的快閃記憶體晶片相比,將快閃記憶體整合在處理器上的最大好處在於系統性能的提高和成本的降低。雖然整合的片上快閃記憶體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快閃記憶體技術所能承受的溫度要高。可想而知,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快閃記憶體技術。

數字網路收發器有助於分散式系統中處理器間的通訊。有各種各樣的網路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路收發器。例如,控制域網路(CAN)協議一般用於引擎和變速控制網路。而面向媒體的系統傳輸(MOST)協議則針對車內資訊娛樂應用,如音訊、視訊、導航及通訊等。

對於面向關鍵應用的處理器,先進的片上除錯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、軟體和作業系統狀態資訊,這些資訊對驗證和除錯特別有用。針對全球嵌入式處理器除錯介面的Nexus5001論壇標準定義了軟體與片上除錯硬體的介面。該標準最早由IEEE行業標準和技術組織(IEEE-ISTO)於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除錯追蹤單元新增進來,或加強對它的支援。

車內資訊和娛樂系統是當前汽車應用中對計算效能要求最高的訊號處理系統,主要是因為這些系統涉及到視訊處理等需要強大訊號處理功能的應用。一個高檔資訊娛樂系統可能包括多通道音訊系統、DVD播放器、GPS導航系統,以及擴音行動電話,所有這些都整合進一個系統內。針對車內資訊娛樂系統的處理器包括相對高效能的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於200至750MHz的時鐘速率範圍內。

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