如何选择汽车电子系统中的处理器

1、如何选择汽车电子系统中的处理器汽车正经受着一场数字革命的洗礼：纯机械系统和模拟的时代一去不复返。现今的汽车是数字化的汽车，内置了几十甚至上百个处理器，它们通过数字网路互相衔接，以控制和优化汽车内几乎每一个系统的运转。未来的汽车会集成更多的处理器，由于先进的应用和性能要求更为复杂的信号处理算法，包括平安、引擎和尾气排放控制、驾驶者与汽车的交互界面，以及车内信息和消遣系统等。汽车市场要求处理器供给商做出长久的允诺。例如，汽车创造商有时要求其供给商对某一处理器产品提供长达1015年的供给允诺。下面我们将探讨针对汽车数字信号处理应用的各种处理器类型，以及各个类型的优缺点。此外，我们还将分析汽车应用的特

2、别要求对面对汽车市场的处理器的影响。附表：处理器类型、代表性供给商及处理器样品1 汽车应用中处理器的挑选汽车系统所用处理器的挑选受多种因素的影响。最主要的挑选标准普通包括汽车认证资历、片上集成度、性能、价格和节能等。软件开发工具的质量及软件组件的可用性也会影响处处理器的挑选。处理器供给商对其产品的允诺以及未来的进展规划等也是重要的考虑因素。因为关系到生命平安，汽车引擎、气囊控制和刹车系统等关键的汽车平安系统对处理器有非常严格的可*性和耐用性要求。因此，汽车平安系统应用对处理器供给商来说是最严重的考验。这些应用要求处理器获得汽车认证资历，而且这类处理器都需要特地的设计、创造、封装和测试办法。有许

3、多非关键信号处理汽车系统也需要大量的处理器，比如车内导航和消遣设备。尽管汽车整车创造商和系统供给商对这类应用也要求高质量的组件，但要求究竟没有关键性平安应用那么高。例如，用于车内系统的处理器普通不要求获得汽车认证资历。现在，对性能要求最高的汽车信号处理应用是车内导航和消遣系统。再过几年这一情形可能有所转变，由于新的平安系统开头采纳视频和雷达处理，而且引擎和刹车控制系统将采纳基于模型的复杂计算办法，目前流行的查找表参考办法也将被复杂的实时运算办法所替代。在处理器上集成适当的外设、存储器和i/o接口有助于提高性能和稳定性，以及降低功耗和系统成本。汽车应用的片上集成要求与其它信号处理应用有很大的区分

4、。因此，面对汽车应用市场的供给商必需针对这些应用的特别要求而特地设计其处理器。多通道模数转换器对面对汽车控制系统的处理器特殊实用。例如，一个引擎控制系统普通要接收来自数十个模拟的输入信号。对面对汽车控制系统的处理器来说，片上闪存是一个关键特性，由于这些系统要用法很大的查找表，有时需要现场更新。如引擎控制系统所用的查找表就包含来自各种控制组件(比如加油器和点火线圈)的数万个校准点(或类似输出值)。校准点数据普通是在汽车出厂前在试验室确定的，但汽车用法一段时光后某些校准点可能需要调节。片上闪存就可以利用从汽车经销商处下载的数据现场更新校准点或控制算法的其它参数。与采纳单独的闪存芯片相比，将闪存集成

5、在处理器上的最大益处在于系统性能的提高和成本的降低。虽然集成的片上闪存对系统开发商很有价值，但处理器供给商要实现它却非易事。经汽车认证的处理器对高温的要求比主流闪存技术所能承受的温度要高。可想而知，在这一市场上竞争的处理器供给商往往需要投入大量的资源以开发可在汽车系统上稳定工作的闪存技术。数字网络有助于分布式系统中处理器间的通信。有各式各样的网络协议针对不同的汽车系统。面对特定汽车应用的处理器普通都为相关协议集成了网络收发器。例如，控制域网络(can)协议普通用于引擎和变速控制网络。而面对媒体的系统传输(most)协议则针对车内信息消遣应用，如音频、视频、导航及通信等。对于面对关键应用的处理器

6、，先进的片上调试追踪单元也非常实用。这种追踪功能可为系统开发者提供具体的处理器、软件和操作系统状态信息，这些信息对验证和调试特殊实用。针对全球嵌入式处理器调试接口的nexus 5001论坛标准定义了软件与片上调试硬件的接口。该标准最早由ieee行业标准和技术组织(ieee-isto)于1999年制定，现已更新到ieee-isto 5001-2003。该标准的开发者希翼它能够鼓舞开发工具供给商将片上调试追踪单元添加进来，或加强对它的支持。车内信息和消遣系统是当前汽车应用中对计算性能要求最高的信号处理系统，主要是由于这些系统涉及到视频处理等需要强大信号处理功能的应用。一个高档信息消遣系统可能包括多

7、通道音频系统、dvd播放器、导航系统，以及免提移动电话，全部这些都集成进一个系统内。针对车内信息消遣系统的处理器包括相对高性能的、dsp增加型通用处理器(gpp)，以及dsp/gpp混合器件。这些处理器普通工作于200至750mhz的时钟速率范围内。相反地，针对引擎和刹车控制等关键控制系统的处理器普通都是中等性能的处理器。采纳较大的芯片创造工艺(如0.18或0.25微米)比较简单满足高温等恶劣工作环境的要求，而且控制应用的处理速度要求普通不太高。因此，相对较低的最大处理器时钟速度(40至150 mhz)和较大的创造工艺是这类应用的最佳挑选。然而，这类应用对处理性能的要求也在不断提高，处理器供给

8、商必需调节策略，以便在满足高温要求的同时获得更高的性能。汽车应用对价格特殊敏感。处理器供给商不得不开发高集成度的专用处理器以降低系统成本。虽然汽车应用对价格比较敏感，但汽车资历认证过程却代价不菲，而且这些成本会增强芯片成本。结果，经过汽车资历认证的处理器普通要比非认证的同类产品贵。在汽车信号处理系统中，高效节能普通不是主要问题。惟独在引擎运转和电池充电系统启动的时候，引擎、底盘和刹车控制等系统才处于工作状态。尽管如此，高效节能在某些应用中也很重要。有些系统在引擎关闭时处于工作状态，它们的功耗必需很低以便电池耗能不会影响引擎启动。例如，车内信息消遣设备就是这类应用之一。还有些系统必需密封得很好以

9、免受到外界环境影响。在这种状况下，这类系统的封装可能会影响散热，因此功耗不能太大。2 针对汽车应用的信号处理器在当今的汽车系统中，有无数类型的芯片用于完成信号处理任务，从8位到dsp，再到。在信号处理饰演重要角色的系统中，8位和16位mcu现已不常被采纳，由于它们的处理性能有限。为降低成本，系统开发商往往挑选那些性能正巧够用的处理器。但对某些应用，预留一些性能空间是比较明智的，尤其是车内信息消遣系统，更能从这一性能空间的灵便性中获益，由于有些功能应用(如语音识别、导航及音频控制)在挑选处理器时进展得尚不完美。32位嵌入式通用处理器(gpp)普通用于中等性能要求的汽车信号处理控制系统。这一档次的

10、处理器普通采纳risc结构，所用命令容易、一般且几乎无并行命令。gpp在强调决策和控制流变幻的算法处理上特殊有效，但许多状况下其信号处理性能也不错。此外，gpp也是很好的编译对象。与一些难于编译的特别dsp结构相比，gpp编译代码是相当有效的。流行的32位gpp结构(比如、和powerpc)已广泛应用于汽车和非汽车应用系统。市场的广泛认可所带来的优势包括丰盛的第三方软件组件供给和强大的开发工具支持。这一类别的处理器包括的tms470系列(基于arm7内核)和的mpc500系列(基于powerpc内核)。这两种处理器都在32位通用处理器内核上集成了汽车专用外设。飞思卡尔的mpc500系列处理器集

11、成了外设、存储器和专用i/o接口，主要针对引擎和变速控制应用，它带有大容量的闪存、多个can接口、一个nexus调试接口、多个，以及多个先进的定时模块。dsp、dsp/gpp混合器件以及dsp增加型gpp普通用于车内信息消遣系统及需要信号处理功能的控制系统。这些处理器带有特别的功能，包括多积聚硬件、大容量存储带宽，以及采纳多运行算法的命令。这些特性综合起来，可大大加速数字信号处理算法，比同样时钟速率的gpp要快得多。dsp/gpp混合器件及dsp增加型gpp意在集成dsp和gpp的最佳特性：dsp的信号处理功能以及gpp在决策密集型算法和编译代码中的高效率。这种功能组合对那些既要求信号处理又需

12、要决策处理的系统尤其重要。这类处理器包括德州仪器的tms320c2000系列、飞思卡尔的mc56f83xx系列、的sh7760，以及模拟器件公司的adsp-bf53x(blackfin系列)。fpga似乎不大适合汽车处理应用，由于它们一向以昂贵著称。然而，最近几年fpga供给商推出了一系列低成本、高效率的器件，使得fpga也成为汽车系统的可选计划。与传统的固定结构处理器(比如dsp和gpp)不同，fpga不受预先设定的命令集限制。相反，fpga可为系统设计者提供极大的设计灵便性，以便开发适于特定应用的处理结构。因为fpga具有强大的并行处理能力，其信号处理速度比最快的固定结构处理器还要快。但高

13、性能是要付出代价的：基于fpga的信号处理系统的开发成本要比固定结构软件开发的成本高得多。虽然fpga在汽车系统中的作用会逐渐扩大，但目前它主要用于车内信息消遣系统的接口。固然，一旦fpga进入汽车系统，它就会有更多其它用途，有可能会替代其它系统组件的功能。例如，随着用fpga实现“软”处理器内核的浮现，就像的nios ii和的microblaze (二者都是32位risc处理器内核)，微处理器可能会更多地采纳fpga实现，而不是单独的芯片。这样可节约成本，由于软核可以定制(设计者可以包括和剔除某些特性，也可以在功能和资源消耗上左右取舍)，而且还易于实现与采纳fpga结构的专用硬件(比如特定算

14、法加速器)的接口。3 数字信号处理器遍布汽车各个角落随着汽车应用的电动和电控程度越来越高，数字信号处理将遍布汽车的各个角落。那些已经采纳数字信号处理的应用将会增强计算负荷，从而促使新一代高性能汽车处理器的进展。例如，飞思卡尔新型mcp4处理器的运行速度是其前一代产品mpc566的两倍，而且新增的simd命令执行功能可进一步提高其信号处理性能。数字信号处理在汽车领域的新应用既包括需要高信号处理性能的计算密集型应用(如车道跟踪系统)，也包括仅需普通处理性能的应用(如胎压监控系统tpms)。面对汽车信号处理应用的处理器具有很宽的性能范围，而且未来更会趋于多样化。基于视频的平安和信息消遣系统等高端应用将需要更高的信号处理性能，而tpms等低端应用则需要节能高效的处理性能。更多的处理器，更广的性能范围，这一趋势何时是终点？大概要等到嵌入式处理器渗透到汽车系