汽車電子的嵌入式設(shè)計(jì)與發(fā)展方向

　　嵌入式系統(tǒng)是泛計(jì)算領(lǐng)域的重要組成部分，是嵌入式對(duì)象宿主體系中完成某種特定功能的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)有體積小、低功耗、集成度高、子系統(tǒng)間能通信融合的優(yōu)點(diǎn)。隨著汽車技術(shù)的發(fā)展以及微處理器技術(shù)的不斷進(jìn)步，在汽車電子技術(shù)中得到了廣泛應(yīng)用。目前，從車身控制、底盤控制、發(fā)動(dòng)機(jī)管理、主被動(dòng)安全系統(tǒng)到車載娛樂、信息系統(tǒng)都離不開嵌入式技術(shù)的支持。

1 汽車嵌入式系統(tǒng)發(fā)展歷程

　　嵌入式系統(tǒng)誕生于微型機(jī)時(shí)代，經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的獨(dú)立發(fā)展的單片機(jī)道路[2]。嵌入式系統(tǒng)的核心是嵌入式微處理器。與嵌入式微處理器的發(fā)展類似，汽車嵌入式系統(tǒng)也可以分為三個(gè)發(fā)展階段：

　　第一階段： SCM(Single Chip Microcomputer)系統(tǒng)。以4位和低檔8位微處理器為核心，將CPU和外圍電路集成到一個(gè)芯片上，配置了外部并行總線、串行通訊接口、SFR模塊和布爾指令系統(tǒng)。硬件結(jié)構(gòu)和功能相對(duì)單一、處理效率低、存儲(chǔ)容易小、軟件結(jié)構(gòu)也比較簡(jiǎn)單，不需要嵌入式操作系統(tǒng)。這種底層的汽車SCM系統(tǒng)主要用于任何相對(duì)簡(jiǎn)單、數(shù)據(jù)處理量小和實(shí)時(shí)性要求不高的控制場(chǎng)合，如雨刷、車燈系統(tǒng)、儀表盤以及電動(dòng)門窗等。

圖1 汽車嵌入式SoC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　第二階段：MCU(Micro Controller Unit)系統(tǒng)。以高檔的8位和16位處理器為核心，集成了較多外部接口功能單元，如A/D轉(zhuǎn)換、PWM、PCA、Watchdog、高速I/O口等，配置了芯片間的串行總線；軟件結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，程序數(shù)據(jù)量有明顯增加。第二代汽車嵌入式系統(tǒng)能夠完成簡(jiǎn)單的實(shí)時(shí)任務(wù)，目前在汽車電控系統(tǒng)中得到了最廣泛的應(yīng)用，如ABS系統(tǒng)、智能安全氣囊、主動(dòng)懸架以及發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)等。

　　第三階段：SoC(System of Chips)系統(tǒng)。以性能極高的32位甚至64位嵌入式處理器為核心，在對(duì)海量離散時(shí)間信號(hào)要求快速處理的場(chǎng)合使用DSP作為協(xié)處理器。為滿足汽車系統(tǒng)不斷擴(kuò)展的嵌入式應(yīng)用需求，不斷提高處理程度，增加存儲(chǔ)容量與集成度。在嵌入式操作系統(tǒng)的支持下具有實(shí)時(shí)多任何處理能力，同時(shí)與網(wǎng)絡(luò)的耦合更為緊密。汽車SoC系統(tǒng)是嵌入式技術(shù)在汽車電子上的高端應(yīng)用，滿足了現(xiàn)代汽車電控系統(tǒng)功能不斷擴(kuò)展、邏輯漸趨復(fù)雜、子系統(tǒng)間通信頻率不斷提高的要求，代表著汽車電子技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。汽車嵌入式SoC系統(tǒng)主要應(yīng)用在混合動(dòng)力總成、底盤綜合控制、汽車定位導(dǎo)航、車輛狀態(tài)記錄與監(jiān)控等領(lǐng)域。

2 汽車嵌入式SoC系統(tǒng)

　　2.1 技術(shù)特點(diǎn)

　　汽車嵌入式SoC系統(tǒng)是嵌入式系統(tǒng)向?qū)崟r(shí)多任務(wù)管理、網(wǎng)絡(luò)耦合與通信的高端應(yīng)用過渡的產(chǎn)物，大大提高了汽車電子系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性、可靠性和智能化程度。除了具備普通嵌入式系統(tǒng)的共有特性之外，它還具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

　　（1） 對(duì)實(shí)時(shí)多任務(wù)管理有很強(qiáng)的支持能力，中斷響應(yīng)時(shí)間1~2μs;

　　（2） 具有很強(qiáng)的存儲(chǔ)區(qū)保護(hù)功能；