多核嵌入式处理技术推动汽车技术发展

多核嵌入式处理技术推动汽车技术发展过去的40年里,半导体行业在集成方面取得了突飞猛进的进展。去年正好是摩尔定律公布40周年。在大部分状况下,摩尔定律也适用于试图通过技术在短期内实现快速扩张的其他一些领域。2022年SIA年度报告中举出的一个例子可以很好地说明半导体行业的模式对日常生活的影响;“1978年,纽约到巴黎的商务航班需要7小时,机票价格为900美元。假如将摩尔定律用于航空业,现在机票的费用就只需要大约1便士,飞行时间不超过1s。”明显,航空业是不情愿采纳摩尔定律的,但很多其他行业却试图适用这肯定律。

汽车行业已从嵌入式处理技术的进展中大受裨益,有些车辆现在最多使用60个处理器。对汽车新功能的需求在不断增加,这反过来又进一步推动了对更高的系统性能和牢靠性的需求。引擎技术的进展和最终的“环保车辆”需要新的方法来解决当前面临的大量技术难题。在利用更大功率的半导体、新型内存技术、更强的嵌入式处理器性能及定时掌握功能解决大量电气技术难题方面,半导体将发挥越来越重要的作用。

新型半导体技术将为解决汽车电子行业现有的技术难题制造新的机会。汽车行业现在使用的32位微掌握器包含3000多万个晶体管,而且将来几年内可能会快速增加到6000多万个。随着将来几年内系统集成度的不断提高,要想在日益简单的系统中充分利用半导体的全部功能,就需要开发新技术。半导体技术的进步现已实现了10年前人们无法想象的新功能,一种新型的实时多核调试、校准和环路硬件接口正在满意高级引擎动力总成系统的特别要求。

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过去30年中,有人曾试图使用停缸技术(Cylinderdeactivation)。随着燃油价格的上升和功能强大的嵌入式处理器的消失,汽车生产商和最终用户都开头用新的眼光看待停缸技术。嵌入式处理器被用来掌握引擎定时,以在扭矩和动力总成系统的燃油经济性之间达成平衡。

从轻型车辆到重型卡车,各种动力总成应用都将采纳清洁环保的引擎。部分地区的政府法规将使引擎变得更加清洁环保。使用燃料直接喷入汽缸和微粒物捕集装置来清除排气装置的方法将需要对喷油嘴和传感器(检测微粒物捕集装置的状态)进行极为先进的定时掌握。

要解决这些难题,需要新的方法来使工程设计小组采纳上市时间更短、成本更低、牢靠性更高且数量日益增加的新特性。在汽车市场,用于引擎管理的嵌入式掌握有着一套特别简单的机电系统要求。客户期望和政府法规的变化正在推动引擎管理的不断变化。引擎技术向稀燃引擎、无凸轮引擎和电子混合车辆的进展将对将来车辆的动力总成系统电子组件产生直接影响,无极变速将在将来的动力总成系统中发挥重要作用,而新的微掌握器技术和半导体解决方案将成为将新技术变为现实的主要动力。

图1显示了引擎管理的简单性。该方框图显示了有多路输入和多路输出设备的常见引擎掌握系统,这些输入会依据对系统的影响生成不同级别的中断和特别,输出设备可以是脉宽调制(PWM)、通用输入/输出或定时输入/输出。

在调试和校准机电系统时,实时调试特别关键,由于机电系统通常不允许修改或中断嵌入式处理器的性能以便开发工具进行查询。现在的系统工程师可以利用更先进的开发工具的优势,这些改进在几年前甚至是不行想象的。

为了解决如何在多个处理器核心类型之间实时进行数据和指令跟踪的问题,业内成立了IEEE-ISTONexus5001Consortium或NexusForum。NexusForum最早于1999年发布技术规范,并在2022年进行了更新。

Nexus5001技术规范包括了一些标准功能,使用非入侵式调试技术对数据和指令设置断裂点和观看点。该技术规范将部署多种独特功能来跟踪最严峻的软件和硬件故障。其中的部分新功能包括:责任跟踪信息处理、数据跟踪、内存替换、端口替换、程序跟踪、超时和错误消息处理。多年以来,虽然微处理器中已经部署了其中的很多功能,但目前还没有实施过全部功能和实时调试接口的处理器。

过去10年中使用的