如何選擇汽車電子系統(tǒng)中的處理器

汽車正經(jīng)歷著一場數(shù)字革命的洗禮：純機械系統(tǒng)和模擬電子的時代一去不復(fù)返?，F(xiàn)今的汽車是數(shù)字化的汽車，內(nèi)置了幾十甚至上百個嵌入式處理器，它們通過數(shù)字網(wǎng)路相互連接，以控制和優(yōu)化汽車內(nèi)幾乎每一個系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)。將來的汽車會集成更多的處理器，因為先進的應(yīng)用和性能要求更為復(fù)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(nèi)信息和娛樂系統(tǒng)等。 

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

附表：處理器類型、代表性供應(yīng)商及處理器樣品 

汽車應(yīng)用中處理器的選擇

汽車系統(tǒng)所用處理器的選擇受多種因素的影響。最主要的選擇標(biāo)準(zhǔn)一般包括汽車認證資格、片上集成度、性能、價格和節(jié)能等。軟件開發(fā)工具的質(zhì)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(yīng)商對其產(chǎn)品的承諾以及將來的發(fā)展規(guī)劃等也是重要的考慮因素。

由于關(guān)系到生命安全，汽車引擎、氣囊控制和剎車系統(tǒng)等關(guān)鍵的汽車安全系統(tǒng)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(tǒng)應(yīng)用對處理器供應(yīng)商來說是最嚴峻的考驗。這些應(yīng)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(shè)計、制造、封裝和測試方法。

有許多非關(guān)鍵信號處理汽車系統(tǒng)也需要大量的處理器，比如車內(nèi)導(dǎo)航和娛樂設(shè)備。盡管汽車整車制造商和汽車電子系統(tǒng)供應(yīng)商對這類應(yīng)用也要求高質(zhì)量的組件，但要求畢竟沒有關(guān)鍵性安全應(yīng)用那么高。例如，用于車內(nèi)系統(tǒng)的處理器一般不要求獲得汽車認證資格。

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

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

對面向汽車控制系統(tǒng)的處理器來說，片上閃存是一個關(guān)鍵特性，因為這些系統(tǒng)要使用很大的查找表，有時需要現(xiàn)場更新。如引擎控制系統(tǒng)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(shù)萬個校準(zhǔn)點(或類似輸出值)。校準(zhǔn)點數(shù)據(jù)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(zhǔn)點可能需要調(diào)整。片上閃存就可以利用從汽車經(jīng)銷商處下載的數(shù)據(jù)現(xiàn)場更新校準(zhǔn)點或控制算法的其它參數(shù)。

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(tǒng)性能的提高和成本的降低。雖然集成的片上閃存對系統(tǒng)開發(fā)商很有價值，但處理器供應(yīng)商要實現(xiàn)它卻非易事。經(jīng)汽車認證的處理器對高溫的要求比主流閃存技術(shù)所能承受的溫度要高?？上攵谶@一市場上競爭的處理器供應(yīng)商往往需要投入大量的資源以開發(fā)可在汽車系統(tǒng)上穩(wěn)定工作的閃存技術(shù)。

數(shù)字網(wǎng)絡(luò)收發(fā)器有助于分布式系統(tǒng)中處理器間的通信。有各種各樣的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議針對不同的汽車系統(tǒng)。面向特定汽車應(yīng)用的處理器一般都為相關(guān)協(xié)議集成了網(wǎng)絡(luò)收發(fā)器。例如，控制域網(wǎng)絡(luò)(CAN)協(xié)議一般用于引擎和變速控制網(wǎng)絡(luò)。而面向媒體的系統(tǒng)傳輸(MOST)協(xié)議則針對車內(nèi)信息娛樂應(yīng)用，如音頻、視頻、導(dǎo)航及通信等。

對于面向關(guān)鍵應(yīng)用的處理器，先進的片上調(diào)試追蹤單元也十分有用。這種追蹤功能可為系統(tǒng)開發(fā)者提供詳細的處理器、軟件和操作系統(tǒng)狀態(tài)信息，這些信息對驗證和調(diào)試特別有用。針對全球嵌入式處理器調(diào)試接口的Nexus 5001論壇標(biāo)準(zhǔn)定義了軟件與片上調(diào)試硬件的接口。該標(biāo)準(zhǔn)最早由IEEE行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)組織(IEEE-ISTO)于1999年制定，現(xiàn)已更新到IEEE-ISTO 5001-2003。該標(biāo)準(zhǔn)的開發(fā)者希望它能夠鼓勵開發(fā)工具供應(yīng)商將片上調(diào)試追蹤單元添加進來，或加強對它的支持。