經(jīng)驗(yàn)分享：如何選擇汽車電子系統(tǒng)中的處理器

與采用單獨(dú)的閃存芯片相比，將閃存集成在處理器上的最大好處在于系統(tǒng)性能的提高和成本的降低。雖然集成的片上閃存對(duì)系統(tǒng)開發(fā)商很有價(jià)值，但處理器供應(yīng)商要實(shí)現(xiàn)它卻非易事。經(jīng)汽車認(rèn)證的處理器對(duì)高溫的要求比主流閃存技術(shù)所能承受的溫度要高。可想而知，在這一市場(chǎng)上競(jìng)爭(zhēng)的處理器供應(yīng)商往往需要投入大量的資源以開發(fā)可在汽車系統(tǒng)上穩(wěn)定工作的閃存技術(shù)。

　　數(shù)字網(wǎng)絡(luò)收發(fā)器有助于分布式系統(tǒng)中處理器間的通信。有各種各樣的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議針對(duì)不同的汽車系統(tǒng)。面向特定汽車應(yīng)用的處理器一般都為相關(guān)協(xié)議集成了網(wǎng)絡(luò)收發(fā)器。例如，控制域網(wǎng)絡(luò)(CAN)協(xié)議一般用于引擎和變速控制網(wǎng)絡(luò)。而面向媒體的系統(tǒng)傳輸(MOST)協(xié)議則針對(duì)車內(nèi)信息娛樂應(yīng)用，如音頻、視頻、導(dǎo)航及通信等。

對(duì)于面向關(guān)鍵應(yīng)用的處理器，先進(jìn)的片上調(diào)試追蹤單元也十分有用。這種追蹤功能可為系統(tǒng)開發(fā)者提供詳細(xì)的處理器、軟件和操作系統(tǒng)狀態(tài)信息，這些信息對(duì)驗(yàn)證和調(diào)試特別有用。針對(duì)全球嵌入式處理器調(diào)試接口的Nexus 5001論壇標(biāo)準(zhǔn)定義了軟件與片上調(diào)試硬件的接口。該標(biāo)準(zhǔn)最早由IEEE行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)組織(IEEE-ISTO)于1999年制定，現(xiàn)已更新到IEEE-ISTO 5001-2003。該標(biāo)準(zhǔn)的開發(fā)者希望它能夠鼓勵(lì)開發(fā)工具供應(yīng)商將片上調(diào)試追蹤單元添加進(jìn)來，或加強(qiáng)對(duì)它的支持。

　　車內(nèi)信息和娛樂系統(tǒng)是當(dāng)前汽車應(yīng)用中對(duì)計(jì)算性能要求最高的信號(hào)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(hào)處理功能的應(yīng)用。一個(gè)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(dòng)電話，所有這些都集成進(jìn)一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)。針對(duì)車內(nèi)信息娛樂系統(tǒng)的處理器包括相對(duì)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(shí)鐘速率范圍內(nèi)。

　　相反地，針對(duì)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(duì)較低的最大處理器時(shí)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(duì)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(shí)獲得更高的性能。

　　汽車應(yīng)用對(duì)價(jià)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(duì)價(jià)格比較敏感，但汽車資格認(rèn)證過程卻代價(jià)不菲，而且這些成本會(huì)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(hào)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(dòng)的時(shí)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(shí)處于工作狀態(tài)，它們的功耗必須很低以便電池耗能不會(huì)影響引擎啟動(dòng)。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(huì)影響散熱，因此功耗不能太大。

針對(duì)汽車應(yīng)用的信號(hào)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(hào)處理任務(wù)，從8位MCU到DSP，再到FPGA。在信號(hào)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?。為降低成本，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(duì)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(shí)別、導(dǎo)航及音頻控制)在選擇處理器時(shí)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(hào)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(jiǎn)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(hào)處理性能也不錯(cuò)。此外，GPP也是很好的編譯對(duì)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(chǎng)的廣泛認(rèn)可所帶來的優(yōu)勢(shì)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(chǔ)器和專用I/O接口，主要針對(duì)引擎和變速控制應(yīng)用，它帶有大容量的閃存、多個(gè)CAN接口、一個(gè)Nexus調(diào)試接口、多個(gè)ADC，以及多個(gè)先進(jìn)的定時(shí)模塊。