嵌入式系統(tǒng)與汽車工業(yè)

嵌入式系統(tǒng)研究嵌入式系統(tǒng)與汽車工業(yè)概要說明

近幾年，嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品日臻完善，并在全世界各行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品的研制和應(yīng)用已經(jīng)成為我國信息化帶動工業(yè)化、工業(yè)化促進(jìn)信息化發(fā)展的新的國民經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)。中國的汽車工業(yè)作為國家的支柱產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景非常廣闊，2009年汽車產(chǎn)量達(dá)到1,273.7萬輛，2010、2011年將持續(xù)保持增長，預(yù)計增長率在19%至20%之間。2009年中國已經(jīng)成為世界第一汽車生產(chǎn)大國，同時中國汽車消費(fèi)量占全球總消費(fèi)量比例已達(dá)12%，在2015年左右國內(nèi)汽車銷售也有望超過美國，成為第一大汽車消費(fèi)市場。到2020年，中國本土汽車產(chǎn)量將達(dá)到2000萬輛左右，其中兩成產(chǎn)品將進(jìn)入國際市場。中國汽車工業(yè)的飛速發(fā)展對嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用與發(fā)展具有良好的推動作用，同時也帶來了新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。目錄汽車嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展歷程汽車嵌入式SoC系統(tǒng)介紹汽車SoC系統(tǒng)的典型應(yīng)用汽車SoC系統(tǒng)的發(fā)展趨勢01020304目錄汽車嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展歷程01汽車嵌入式系統(tǒng)發(fā)展歷程

眾所周知嵌入式系統(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)，這就決定了它非常適合應(yīng)用于汽車工業(yè)領(lǐng)域，另外隨著汽車技術(shù)的發(fā)展以及微處理器技術(shù)的不斷進(jìn)步,就使得嵌入式系統(tǒng)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)動機(jī)管理、主被動安全系統(tǒng)到車載娛樂、信息系統(tǒng)都離不開嵌入式技術(shù)的支持。

嵌入式系統(tǒng)誕生于微型機(jī)時代,經(jīng)歷了漫長的獨(dú)立發(fā)展的單片機(jī)道路。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)也可以分為三個發(fā)展階段:第一階段:SCM(SingleChipMicrocomputer)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)和功能相對單一、處理效率低、存儲容量小、軟件結(jié)構(gòu)也比較簡單,不需要嵌入操作系統(tǒng)。

這種底層的汽車SCM系統(tǒng)主要用于任務(wù)相對簡單、數(shù)據(jù)處理量小和實(shí)時性要求不高的控制場合,如雨刷、車燈系統(tǒng)、儀表盤以及電動門窗等。第二階段:MCU(MicroControllerUnit)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)能夠完成簡單的實(shí)時任務(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、主動懸架以及發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)等。第三階段:SoC(SystemofChips)系統(tǒng)

以性能極高的32位甚至64位嵌入式處理器為核心,在對海量離散時間信號要求快速處理的場合使用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,不斷提高處理速度,增加存儲容量與集成度。在嵌入式操作系統(tǒng)的支持下具有實(shí)時多任務(wù)處理能力,同時與網(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。

汽車嵌入式SoC系統(tǒng)主要應(yīng)用在混合動力總成、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。目錄汽車嵌入式SoC系統(tǒng)介紹02汽車嵌入式SoC系統(tǒng)介紹

汽車嵌入式SoC系統(tǒng)是嵌入式系統(tǒng)向?qū)崟r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,它還具有以下幾個優(yōu)點(diǎn):

(1)對實(shí)時多任務(wù)處理有很強(qiáng)的支持能力,中斷響應(yīng)時間1～2μs;

(2)具有很強(qiáng)的存儲區(qū)保護(hù)功能;

(3)在嵌入式實(shí)時操作系統(tǒng)的支持下能合理進(jìn)行任務(wù)調(diào)度,利用系統(tǒng)資源;

(4)硬件結(jié)構(gòu)和軟件功能都有很強(qiáng)的擴(kuò)展能力,系統(tǒng)集成度大大提高;

(5)超低功耗,汽車靜態(tài)功耗為毫瓦級;

(6)系統(tǒng)硬件抗干擾能力增強(qiáng),適應(yīng)高溫、潮濕、振動和輻射等各種工作環(huán)境;

(7)提供強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)通信功能,具備IEEE1394、USB、CAN、Bluetooth或IrDA通信接口,支持相應(yīng)的通信組網(wǎng)協(xié)議軟件和物理層驅(qū)動軟件,提供容錯數(shù)據(jù)傳輸能力和更大通信帶寬。汽車嵌入式SoC系統(tǒng)介紹

汽車嵌入式SoC系統(tǒng)由硬件和軟件兩大部分組成。

硬件包括嵌入式處理器和外圍設(shè)備,軟件包括應(yīng)用軟件和操作系統(tǒng)。軟件通過數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、算法和通訊協(xié)議實(shí)現(xiàn)汽車電子控制策略,硬件則為軟件提供了運(yùn)行平臺,執(zhí)行具體控制。汽車嵌入式SoC硬件系統(tǒng)集成度越來越高,一般為模塊化結(jié)構(gòu),如圖1(a)所示汽車嵌入式SoC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)汽車嵌入式SoC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

在高性能CPU核心外通過IP總線擴(kuò)展實(shí)時時鐘模塊、SRAM(靜態(tài)隨機(jī)存儲器)及大