淺析汽車電子系統(tǒng)中的處理器的選擇
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車內(nèi)信息和娛樂系統(tǒng)是當(dāng)前汽車應(yīng)用中對計算性能要求最高的信號處理系統(tǒng)，主要是因?yàn)檫@些系統(tǒng)涉及到視頻處理等需要強(qiáng)大信號處理功能的應(yīng)用。一個高檔信息娛樂系統(tǒng)可能包括多通道音頻系統(tǒng)、DVD播放器、GPS導(dǎo)航系統(tǒng)，以及免提移動電話，所有這些都集成進(jìn)一個系統(tǒng)內(nèi)。針對車內(nèi)信息娛樂系統(tǒng)的處理器包括相對高性能的DSP、DSP增強(qiáng)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(nèi)。
相反地，針對引擎和剎車控制等關(guān)鍵控制系統(tǒng)的處理器一般都是中等性能的處理器。采用較大的芯片制造工藝（如0.18或0.25微米）比較容易滿足高溫等惡劣工作環(huán)境的要求，而且控制應(yīng)用的處理速度要求一般不太高。因此，相對較低的最大處理器時鐘速度（40至150 MHz）和較大的制造工藝是這類應(yīng)用的最佳選擇。然而，這類應(yīng)用對處理性能的要求也在不斷提高，處理器供應(yīng)商必須調(diào)整策略，以便在滿足高溫要求的同時獲得更高的性能。
汽車應(yīng)用對價格特別敏感。處理器供應(yīng)商不得不開發(fā)高集成度的專用處理器以降低系統(tǒng)成本。雖然汽車應(yīng)用對價格比較敏感，但汽車資格認(rèn)證過程卻代價不菲，而且這些成本會增加芯片成本。結(jié)果，經(jīng)過汽車資格認(rèn)證的處理器一般要比非認(rèn)證的同類產(chǎn)品貴。在汽車信號處理系統(tǒng)中，高效節(jié)能一般不是主要問題。只有在引擎運(yùn)轉(zhuǎn)和電池充電系統(tǒng)啟動的時候，引擎、底盤和剎車控制等系統(tǒng)才處于工作狀態(tài)。
盡管如此，高效節(jié)能在某些應(yīng)用中也很重要。有些系統(tǒng)在引擎關(guān)閉時處于工作狀
態(tài)，它們的功耗必須很低以便電池耗能不會影響引擎啟動。例如，車內(nèi)信息娛樂設(shè)備就是這類應(yīng)用之一。還有些系統(tǒng)必須密封得很好以免受到外界環(huán)境影響。在這種情況下，這類系統(tǒng)的封裝可能會影響散熱，因此功耗不能太大。
針對汽車應(yīng)用的信號處理器
在當(dāng)今的汽車系統(tǒng)中，有很多類型的芯片用于完成信號處理任務(wù)，從8位MCU到DSP，再到FPGA。在信號處理扮演重要角色的系統(tǒng)中，8位和16位MCU現(xiàn)已不常被采用，因?yàn)樗鼈兊奶幚硇阅苡邢蕖榻档统杀?，系統(tǒng)開發(fā)商往往選擇那些性能正好夠用的處理器。但對某些應(yīng)用，預(yù)留一些性能空間是比較明智的，尤其是車內(nèi)信息娛樂系統(tǒng)，更能從這一性能空間的靈活性中獲益，因?yàn)橛行┕δ軕?yīng)用（如語音識別、導(dǎo)航及音頻控制）在選擇處理器時發(fā)展得尚不完善。
32位嵌入式通用處理器（GPP）一般用于中等性能要求的汽車信號處理控制系統(tǒng)。這一檔次的處理器一般采用RISC結(jié)構(gòu)，所用指令簡單、普通且?guī)缀鯚o并行指令。GPP在強(qiáng)調(diào)決策和控制流變化的算法處理上特別有效，但許多情況下其信號處理性能也不錯。此外，GPP也是很好的編譯對象。與一些難于編譯的特殊DSP結(jié)構(gòu)相比，GPP編譯代碼是相當(dāng)有效的。流行的32位GPP結(jié)構(gòu)（比如MIPS、ARM和PowerPC）已廣泛應(yīng)用于汽車和非汽車應(yīng)用系統(tǒng)。
市場的廣泛認(rèn)可所帶來的優(yōu)勢包括豐富的第三方軟件組件供應(yīng)和強(qiáng)大的開發(fā)工具支持。這一類別的處理器包括德州儀器的TMS470系列（基于ARM7內(nèi)核）和飛思卡爾的MPC500系列（基于PowerPC內(nèi)核）。這兩種處理器都在32位通用處理器內(nèi)核上集成了汽車專用外設(shè)。飛思卡爾的MPC500系列處理器集成了外設(shè)、存儲器和專用I/O接口，主要針對引擎和變速控制應(yīng)用，它帶有大容量的閃存、多個CAN接口、一個Nexus調(diào)試接口、多個ADC，以及多個先進(jìn)的定時模塊。
DSP、DSP/GPP混合器件以及DSP增強(qiáng)型GPP一般用于車內(nèi)信息娛樂系統(tǒng)及需要信號處理功能的控制系統(tǒng)。這些處理器帶有特殊的功能，包括多積聚硬件、大容量存儲帶寬，以及采用多運(yùn)行算法的指令。這些特性綜合起來，可大大加速數(shù)字信號處理算法，比同樣時鐘速率的GPP要快得多。
DSP/GPP混合器件及DSP增強(qiáng)型GPP意在集成DSP和GPP的最佳特性：DSP的信號處理功能以及GPP在決策密集型算法和編譯代碼中的高效率。這種功能組合對那些既要求信號處理又需要決策處理的系統(tǒng)尤其重要。這類處理器包括德州儀器的TMS320C2000系列、飛思卡爾的MC56F83xx系列、瑞薩的SH7760，以及模擬器件公司的ADSP-BF53x（Blackfin系列）。
FPGA似乎不大適合汽車處理應(yīng)用，因?yàn)樗鼈円幌蛞园嘿F著稱。然而，最近幾年FPGA供應(yīng)商推出了一系列低成本、高效率的器件，使得FPGA也成為汽車系統(tǒng)的可選方案。與傳統(tǒng)的固定結(jié)構(gòu)處理器（比如DSP和GPP）不同，F(xiàn)PGA不受預(yù)先設(shè)定的指令集限制。相反，F(xiàn)PGA可為系統(tǒng)設(shè)計者提供極大的設(shè)計靈活性，以便開發(fā)適于特定應(yīng)用的處理結(jié)構(gòu)。
由于FPGA具有強(qiáng)大的并行處理能力，其信號處理速度比最快的固定結(jié)構(gòu)處理器還要快。但高性能是要付出代價的：基于FPGA的信號處理系統(tǒng)的開發(fā)成本要比固定結(jié)構(gòu)軟件開發(fā)的成本高得多。雖然FPGA在汽車系統(tǒng)中的作用會逐漸擴(kuò)大，但目前它主要用于車內(nèi)信息娛樂系統(tǒng)的接口。當(dāng)然，一旦FPGA進(jìn)入汽車系統(tǒng)，它就會有更多其它用途，有可能會替代其它系統(tǒng)組件的功能。
例如，隨著用FPGA實(shí)現(xiàn)“軟”處理器內(nèi)核的出現(xiàn)，就像Altera的Nios II和賽靈思的MicroBlaze（二者都是32位RISC處理器內(nèi)核），微處理器可能會更多地采用FPGA實(shí)現(xiàn)，而不是單獨(dú)的芯片。這樣可節(jié)省成本，因?yàn)檐浐丝梢远ㄖ疲ㄔO(shè)計者可以包括和剔除某些特性，也可以在功能和資源消耗上左右取舍），而且還易于實(shí)現(xiàn)與采用FPGA結(jié)構(gòu)的專用硬件（比如特定算法加速器)的接口。
數(shù)字信號處理器遍布汽車各個角落
隨著汽車應(yīng)用的電動和電控程度越來越高，數(shù)字信號處理將遍布汽車的各個角落。那些已經(jīng)采用數(shù)字信號處理的應(yīng)用將會增加計算負(fù)荷，從而促使新一代高性能汽車處理器的發(fā)展。例如，飛思卡爾新型MCP5554處理器的運(yùn)行速度是其前一代產(chǎn)品MPC566的兩倍，而且新增的SIMD指令執(zhí)行功能可進(jìn)一步提高其信號處理性能。
數(shù)字信號處理在汽車領(lǐng)域的新應(yīng)用既包括需要高信號處理性能的計算密集型應(yīng)用（如車道跟蹤系統(tǒng)），也包括僅需一般處理性能的應(yīng)用（如胎壓監(jiān)控系統(tǒng)－TPMS）。面向汽車信號處理應(yīng)用的處理器具有很寬的性能范圍，而且將來更會趨于多樣化。
基于視頻的安全和信息娛樂系統(tǒng)等高端應(yīng)用將需要更高的信號處理性能，而TPMS等低端應(yīng)用則需要節(jié)能高效的處理性能。
更多的處理器，更廣的性能范圍，這一趨勢何時是盡頭？也許要等到嵌入式處理器滲透到汽車系統(tǒng)的每一個角落。想象一下這一場景：除了集成進(jìn)每個輪胎的氣壓監(jiān)控器外（新型汽車將會強(qiáng)制實(shí)施），每個輪胎還內(nèi)置一個處理器用于收集和轉(zhuǎn)發(fā)關(guān)于其狀態(tài)和性能的信息。例如，輪胎可能會自動發(fā)出警告：“這是右前方輪胎，我注意到路面是濕的，但我的胎面花紋深度不足以應(yīng)付這種狀況?！?
你也許認(rèn)為這有點(diǎn)太超前，但在汽車系統(tǒng)中采用更多的處理器將是不可逆轉(zhuǎn)的趨勢。鑒于半導(dǎo)體產(chǎn)品的成本不斷降低，以及智能汽車器件的潛在好處，可以預(yù)見有一天我們的汽車將配有智能輪胎。
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