富士通提出“軟硬一體”平臺化解決方案，應對汽車電子設計挑戰(zhàn)

不久前，豐田公司高調宣布放棄純電動汽車計劃，這一消息在業(yè)內激起不小的“浪花”，加上深圳5.26交通事故電動出租車的起火事件，似乎都為新能源汽車的發(fā)展?jié)娏死渌?，有不少人甚至開始質疑新能源汽車的前景。

“中國正在面對嚴重的能源短缺的壓力，能源危機的應對刻不容緩，新能源汽車一直并還將繼續(xù)受到國家政策的大力扶持，仍然是大勢所趨。豐田公司等只是個案，這不會影響未來大趨勢，而只會引起業(yè)內對如何正確發(fā)展新能源汽車的更大反思?！备皇客ò雽w產品經理李丹在日前于武漢舉行的2012 AETF第七屆亞太汽車電子技術論壇峰會上闡述了自己的觀點，并探討了汽車電子技術的總體發(fā)展趨勢以及及富士通半導體的平臺化開發(fā)解決方案如何幫助中國汽車電子開發(fā)者應對未來的設計挑戰(zhàn)。

圖1. 富士通半導體產品經理李丹在2012 AETF演講。

解讀環(huán)保、舒適、安全三大趨勢

環(huán)保、舒適、安全這三大關鍵詞可以說見諸很多汽車電子半導體供應商的演講稿中。但李丹結合富士通半導體長期與領先汽車制造商和一級、二級供應商的合作經驗以及自己對本土汽車電子產業(yè)的觀察，對其進行了具體詮釋。

在汽車的節(jié)能環(huán)保方面，李丹指出，對于傳統(tǒng)汽車，很重要的一個體現是在發(fā)動機技術相似的情況下怎樣減少油耗，這主要看車身的重量，車身網絡正是可以降低線束成本和重量的一個重要方面；除了車身電子以外，還有一些特殊的車身車架結構設計也可降低車子重量，進一步節(jié)能減排，例如全鋁的發(fā)動機，等等。當然，發(fā)展燃料電池汽車、電動汽車等新能源汽車才是降低燃油消耗的最根本方法。

圖2.汽車電子市場和技術趨勢圖。

而在提升汽車舒適性方面，李丹重點提到了汽車多媒體系統(tǒng)發(fā)揮的作用，包括更多的人機交互、更直觀的駕駛輔助體驗、更多的媒體影音娛樂項目等?！拔覀兛吹搅艘酝叨塑嚨囊恍┡渲谜谙蛑械投塑囖D移的趨勢，如更高品質的音響、圖形顯示儀表盤、后座娛樂影音，還有更直觀的3D導航技術、全自動空調、泊車輔助系統(tǒng)等。當然，對于新興市場包括中國、印度等的很多小型車，低成本的車載音響仍然有很大的市場空間。”他表示。

在發(fā)達國家，交通事故造成的死亡和傷殘人數已經非常低。據李丹介紹，現在中國的汽車廠商（包括合資廠和本土品牌）比以往任何時候都更加重視安全系統(tǒng)和可靠性設計，并已經或正在將各種先進技術應用于現在推出的車型中，包括早前有ABS、現在是ESP車身電子穩(wěn)定系統(tǒng)（將ABS也集成了），另外還有AFS自適應頭燈系統(tǒng)、TPMS胎壓監(jiān)測系統(tǒng)、環(huán)視/夜視技術等。

應對汽車電子設計挑戰(zhàn)需要平臺化思路

然而，上述三大發(fā)展趨勢也使得汽車電子系統(tǒng)的設計日趨復雜，涌現出更多更大的難題和挑戰(zhàn)。以MCU使用數量為例，據相關數據統(tǒng)計，低端車型要用到20-30片，中端為40-50片，而高端車會用到多達80-100片。“這只是一個粗略的統(tǒng)計，在電動汽車方面的應用可能還會更多。這么多的MCU散布在這個車子上，就像人體的神經元，總線/網絡就像神經將它們聯(lián)系起來?！崩畹ぶ赋?，“我認為汽車電子技術的核心之一就是車身網絡（Network），因為無論是節(jié)能、安全和舒適，其應用系統(tǒng)都非常復雜，以往可能是在一個集中式的系統(tǒng)中進行完整實現，現在要將集中式的拓撲結構改為分布式的結構，那么網絡就會變的非常重要。”

他表示，在網絡的平臺基礎上，迫切需要一種完整的開發(fā)平臺來解決上述設計挑戰(zhàn)，這種平臺包含所有軟件平臺、硬件平臺以及系統(tǒng)結構的平臺，只有這些平臺都完全建立好，汽車電子工程師在做任何功能的擴展或者任何新的項目才能基于原有的結構、原有的積累，快速地進行可靠的開發(fā)。

圖3：汽車電子研發(fā)工程師面臨的挑戰(zhàn)。

的確，工程師在系統(tǒng)設計中會遇到諸如此類的“攔路虎”：如項目初期不明確的SPEC會造成非常多的不明確及設計變更；對新的功能缺乏相關背景知識；軟件平臺的變化；EMC/EMI故障排除；軟件可靠性測試和故障排除；文檔和流程工作；緊迫的時間表等。

如何有效改善工程師開發(fā)的質量，并降低產品開發(fā)難度，是業(yè)界面臨的重要課題，平臺化開發(fā)解決方案就是一種解決思路。在演講中，李丹列舉了富士通半導體的平臺化開發(fā)解決方案具體能給工程師帶來的好處：

1. 模塊化系統(tǒng)設計，降低設計的復雜性；

2. 系統(tǒng)的變更工作變得比較簡單，包括軟件和硬件；

3. 增強價格談判能力；

4. 更好的物流控制；

5. 加快Time to market。

另外，平臺化還可以應對管理層所面臨的挑戰(zhàn)。如果沒有平臺，庫存管理會很麻煩；整個供應鏈管理也很麻煩；因為要備很多不同的器件，如果產品型號過于分散，會降低價格談判能力；對市場的反應慢；要面臨知識積累很弱的問題等。

富士通半導體“軟硬一體”的平臺化開發(fā)解決方案

富士通半導體的平臺化開發(fā)解決方案包括硬件平臺化和軟件平臺化兩個方面，不過兩者是有機結合為一體。

在硬件方面，主要體現在提供覆蓋更寬泛的產品系列，同一個系列的產品會涵蓋到汽車電子中絕大多數的應用和不同層次需求，如下圖4所示。隨著企業(yè)的不斷發(fā)展，產品種類和陣容都可能發(fā)生很大的變化。因此，企業(yè)在做平臺化的選型時，需要對管腳數量、Flash容量、總線要求、成本等做出綜合的考量，避免在產品線拓展時頻繁的切換平臺。

“富士通半導體的汽車電子硬件平臺可以在同一個系列中會分別提供汽車級和工業(yè)級的產品選擇。同樣是汽車級的，有些客戶需要CAN總線通信，有些不需要，而CAN總線成本較高，我們會在管腳兼容的型號中同時提供帶CAN的和不帶CAN的兩種選擇，這就可以在同樣的電路設計中兼容帶CAN和不帶CAN，以來滿足成本的優(yōu)化并帶來極大靈活性?！崩畹そ榻B道。

圖4.涵蓋汽車電子中絕大多數應用的富士通半導體硬件平臺。

圖4中紫紅色部分的產品型號都屬于主打“高性價比”16FXS系列16位MCU，非常適合中低端和新興市場，涵蓋儀表、音響等各種汽車應用。

藍色的FR81S系列32位MCU則偏高性能，能提供很多特性選擇，實現例如多路CAN網關、圖形儀表、電動汽車的馬達控制等應用，其總體性價比也不錯，可以用最低的系統(tǒng)成本做出合適的解決方案。

在軟件平臺方面，李丹介紹說，富士通半導體的開發(fā)環(huán)境可兼容所有16位/32位硬件平臺，以后的產品路線圖也將保證具有一樣的開發(fā)環(huán)境，因此客戶不需要重新學習，從而可縮短開發(fā)周期。

圖5.富士通半導體的開發(fā)環(huán)境兼容所有16位/32位MCU硬件平臺。

他在演講中特別提到了富士通對AUTOSAR（汽車開放系統(tǒng)架構）標準的支持。AUTOSAR這一新興的汽車設計軟件標準是歐洲汽車制造商及他們的供應商共同努力的成果，其目的是將結構、清晰的接口和隱式方法匯集到一個流程當中，也就是汽車分布式系統(tǒng)的設計流程。它是一組涵蓋接口和軟件模塊定義的標準，它為車輛復雜的網絡分布式系統(tǒng)創(chuàng)建了一個嵌入式軟件結構。AUTOSAR 使設計人員能夠專注于獨特的創(chuàng)新功能，而不受集成細節(jié)的影響。

據李丹介紹，已有國際Tier-1供應商與中國的研發(fā)部門合作基于AUTOSAR的開發(fā)，本土廠商大多數仍處于學習和觀望階段。但AUTOSAR無疑是汽車軟件開發(fā)的大趨勢，它基于模型開發(fā)，不用手動編寫代碼，是調用模型然后進行配置自動生成代碼。這種方式會降低開發(fā)難度，縮短產品開發(fā)周期，提高軟件的可靠性。中國絕大多數廠商對于這樣的開發(fā)方式是歡迎的，只是需要一個學習和了解的過程。

圖6為富士通半導體的AUTOSAR Roadmap，其32位MCU和其高性價比的16位MCU均可支持AUTOSAR(競爭廠商一般只有32位MCU進行支持)。

圖6. 富士通半導體的AUTOSAR Roadmap。

另外，AUTOSAR這種開發(fā)方式需要有很多第三方工具支持，富士通半導體與這些第三方工具廠商都展開了緊密的合作（見圖7）。

圖7. 富士通半導體與很多AUTOSAR的第三方工具提供商展開了緊密合作。

圖8.富士通的AUTOSAR方案覆蓋整個車輛復雜的網絡分布式系統(tǒng)。