多核嵌入式處理技術(shù)推動汽車技術(shù)發(fā)展

多核嵌入式處理技術(shù)推動汽車技術(shù)發(fā)展過去的40年里,半導(dǎo)體行業(yè)在集成方面取得了突飛猛進(jìn)的進(jìn)展。去年正好是摩爾定律公布40周年。在大部分狀況下,摩爾定律也適用于試圖通過技術(shù)在短期內(nèi)實現(xiàn)快速擴(kuò)張的其他一些領(lǐng)域。2022年SIA年度報告中舉出的一個例子可以很好地說明半導(dǎo)體行業(yè)的模式對日常生活的影響;“1978年,紐約到巴黎的商務(wù)航班需要7小時,機(jī)票價格為900美元。假如將摩爾定律用于航空業(yè),現(xiàn)在機(jī)票的費用就只需要大約1便士,飛行時間不超過1s?！泵黠@,航空業(yè)是不情愿采納摩爾定律的,但很多其他行業(yè)卻試圖適用這肯定律。

汽車行業(yè)已從嵌入式處理技術(shù)的進(jìn)展中大受裨益,有些車輛現(xiàn)在最多使用60個處理器。對汽車新功能的需求在不斷增加,這反過來又進(jìn)一步推動了對更高的系統(tǒng)性能和牢靠性的需求。引擎技術(shù)的進(jìn)展和最終的“環(huán)保車輛”需要新的方法來解決當(dāng)前面臨的大量技術(shù)難題。在利用更大功率的半導(dǎo)體、新型內(nèi)存技術(shù)、更強(qiáng)的嵌入式處理器性能及定時掌握功能解決大量電氣技術(shù)難題方面,半導(dǎo)體將發(fā)揮越來越重要的作用。

新型半導(dǎo)體技術(shù)將為解決汽車電子行業(yè)現(xiàn)有的技術(shù)難題制造新的機(jī)會。汽車行業(yè)現(xiàn)在使用的32位微掌握器包含3000多萬個晶體管,而且將來幾年內(nèi)可能會快速增加到6000多萬個。隨著將來幾年內(nèi)系統(tǒng)集成度的不斷提高,要想在日益簡單的系統(tǒng)中充分利用半導(dǎo)體的全部功能,就需要開發(fā)新技術(shù)。半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)步現(xiàn)已實現(xiàn)了10年前人們無法想象的新功能,一種新型的實時多核調(diào)試、校準(zhǔn)和環(huán)路硬件接口正在滿意高級引擎動力總成系統(tǒng)的特別要求。

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過去30年中,有人曾試圖使用停缸技術(shù)(Cylinderdeactivation)。隨著燃油價格的上升和功能強(qiáng)大的嵌入式處理器的消失,汽車生產(chǎn)商和最終用戶都開頭用新的眼光看待停缸技術(shù)。嵌入式處理器被用來掌握引擎定時,以在扭矩和動力總成系統(tǒng)的燃油經(jīng)濟(jì)性之間達(dá)成平衡。

從輕型車輛到重型卡車,各種動力總成應(yīng)用都將采納清潔環(huán)保的引擎。部分地區(qū)的政府法規(guī)將使引擎變得更加清潔環(huán)保。使用燃料直接噴入汽缸和微粒物捕集裝置來清除排氣裝置的方法將需要對噴油嘴和傳感器(檢測微粒物捕集裝置的狀態(tài))進(jìn)行極為先進(jìn)的定時掌握。

要解決這些難題,需要新的方法來使工程設(shè)計小組采納上市時間更短、成本更低、牢靠性更高且數(shù)量日益增加的新特性。在汽車市場,用于引擎管理的嵌入式掌握有著一套特別簡單的機(jī)電系統(tǒng)要求?？蛻羝谕驼ㄒ?guī)的變化正在推動引擎管理的不斷變化。引擎技術(shù)向稀燃引擎、無凸輪引擎和電子混合車輛的進(jìn)展將對將來車輛的動力總成系統(tǒng)電子組件產(chǎn)生直接影響,無極變速將在將來的動力總成系統(tǒng)中發(fā)揮重要作用,而新的微掌握器技術(shù)和半導(dǎo)體解決方案將成為將新技術(shù)變?yōu)楝F(xiàn)實的主要動力。

圖1顯示了引擎管理的簡單性。該方框圖顯示了有多路輸入和多路輸出設(shè)備的常見引擎掌握系統(tǒng),這些輸入會依據(jù)對系統(tǒng)的影響生成不同級別的中斷和特別,輸出設(shè)備可以是脈寬調(diào)制(PWM)、通用輸入/輸出或定時輸入/輸出。

在調(diào)試和校準(zhǔn)機(jī)電系統(tǒng)時,實時調(diào)試特別關(guān)鍵,由于機(jī)電系統(tǒng)通常不允許修改或中斷嵌入式處理器的性能以便開發(fā)工具進(jìn)行查詢?，F(xiàn)在的系統(tǒng)工程師可以利用更先進(jìn)的開發(fā)工具的優(yōu)勢,這些改進(jìn)在幾年前甚至是不行想象的。

為了解決如何在多個處理器核心類型之間實時進(jìn)行數(shù)據(jù)和指令跟蹤的問題,業(yè)內(nèi)成立了IEEE-ISTONexus5001Consortium或NexusForum。NexusForum最早于1999年發(fā)布技術(shù)規(guī)范,并在2022年進(jìn)行了更新。

Nexus5001技術(shù)規(guī)范包括了一些標(biāo)準(zhǔn)功能,使用非入侵式調(diào)試技術(shù)對數(shù)據(jù)和指令設(shè)置斷裂點和觀看點。該技術(shù)規(guī)范將部署多種獨特功能來跟蹤最嚴(yán)峻的軟件和硬件故障。其中的部分新功能包括:責(zé)任跟蹤信息處理、數(shù)據(jù)跟蹤、內(nèi)存替換、端口替換、程序跟蹤、超時和錯誤消息處理。多年以來,雖然微處理器中已經(jīng)部署了其中的很多功能,但目前還沒有實施過全部功能和實時調(diào)試接口的處理器。

過去10年中使用的