汽車數(shù)字儀表群與存儲架構(gòu)的取舍

　　存儲器架構(gòu)和設(shè)計實施會影響嵌入式系統(tǒng)的性能等級和可靠性。我們會評測若干種存儲器架構(gòu)，以便闡述采用當(dāng)前技術(shù)可以實現(xiàn)的某些性能/成本取舍。首先，圖2簡單概括了標(biāo)準(zhǔn)代碼映射存儲器架構(gòu)，高性能嵌入式顯示系統(tǒng)通常都采用這一架構(gòu)。

　　圖2 標(biāo)準(zhǔn)代碼映射存儲器架構(gòu)

　　系統(tǒng)控制器或通用處理單元(GPU)的集成度很高，囊括了圖形引擎、顯示控制器，不僅提供限定容量的RAM和閃存存儲器選擇，同時依然提供外部存儲器接口，從而滿足數(shù)字儀表群對于高性能和高密度存儲器的需求。外部存儲器分為兩種標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品：DRAM和閃存。嵌入式系統(tǒng)的啟動主要分為3個步驟：首先是代碼/數(shù)據(jù)從閃存映射到DRAM，然后處理器、DRAM和其他關(guān)鍵部件進(jìn)行初始化，最后是執(zhí)行應(yīng)用程序。一旦開始執(zhí)行代碼，即會顯示有用的信息。這種架構(gòu)擁有若干關(guān)鍵特性。SOC/DRAM的高速訪問能力可以提升實時處理功能的性能表現(xiàn)。系統(tǒng)初始啟動時間主要取決于映射和初始化的時間，而映射時間則取決于SOC/Flash訪問帶寬以及從閃存?zhèn)鬏斨罝RAM的數(shù)據(jù)密度。

　　如前所述，高端數(shù)字式儀表群必須在車輛發(fā)動之后能以接近即時的形式提供當(dāng)前的車輛狀態(tài)。檔位信息(即P、R、D、1、2、3)通常需在一秒之內(nèi)顯示在TFT屏幕上。這就要求閃存支持高速訪問、超高存儲密度和長期數(shù)據(jù)完整，以滿足基本設(shè)計和質(zhì)量需求，同時要求確定采購責(zé)任，確保產(chǎn)品長期供貨穩(wěn)定。

　　目前，閃存供應(yīng)商可提供多種非易失存儲器(NVM)技術(shù)，其中應(yīng)用最廣的兩種技術(shù)就是NOR和NAND閃存。兩者在各方面具有不同的性能特點，例如：訪問能力、可靠程度、產(chǎn)品生命周期和成本。汽車SOC通常支持多種接口配置，以訪問外部并行和串行NOR閃存，而NAND閃存接口正逐漸得到越來越廣泛的支持。

　　請注意，SOC NAND接口的某個動態(tài)變量決定了所需的ECC支持級別，尤其是考慮到NAND正快速過渡到光刻技術(shù)。NOR方面，頁模式和同步NOR閃存將繼續(xù)滿足汽車行業(yè)的嚴(yán)苛要求。例如，雪佛蘭Volt的E-Flex儀表群等新型高端數(shù)字式儀表群設(shè)計采用飛思卡爾(Freescale)的MPC5121e型SOC和Spansion的S29GL512N閃存。Spansion GL頁讀取訪問技術(shù)支持高速讀取訪問，其數(shù)據(jù)吞吐速率高達(dá)80MB/s，完全可以滿足Volt E-Flex儀表群的需求，確保其在汽車啟動之后的一秒鐘之內(nèi)顯示變速箱擋位(即P、R、D、1、2、3)。

　　汽車芯片組和閃存供應(yīng)商的不斷創(chuàng)新催生出極具成本效益的全新混合數(shù)字式儀表群架構(gòu)(如圖3所示)。系統(tǒng)控制器(Freescale Spectrum)和閃存(Spansion Multi I/O SPI)可以優(yōu)化TFT顯示架構(gòu)，提供更具成本效益的入門級儀表群解決方案。系統(tǒng)控制器通過嵌入式閃存執(zhí)行代碼，同時利用高帶寬多I/O SPI協(xié)議加載來自外部閃存的圖形數(shù)據(jù)。圖形數(shù)據(jù)在內(nèi)部幀緩沖區(qū)進(jìn)行處理并保存，然后直接顯示到TFT屏幕上。這種大膽創(chuàng)新的混合架構(gòu)無需外部DRAM存儲器，不僅能夠滿足系統(tǒng)的性能和可靠性需求，同時可以優(yōu)化成本。

　　圖3 混合存儲器架構(gòu)

　　請注意，這種應(yīng)用程序架構(gòu)需要數(shù)以億計的讀取周期，因而會影響NAND這類技術(shù)的可用性。目前，NAND設(shè)備用于具有中、高讀取周期的應(yīng)用時，會出現(xiàn)更多的位干擾錯誤。

　　新型多I/O SPI通信協(xié)議可用于系統(tǒng)控制器和外部SPI閃存之間的數(shù)據(jù)傳輸。多I/O SPI基于流行的串行外圍接口(SPI)，其訪問性能經(jīng)配置可支持1?4個數(shù)據(jù)連接。這項功能可將SPI的訪問能力從之前的不到10Mb/s提升至40Mb/s左右。Freescale和Spansion等汽車芯片組和閃存供應(yīng)商能夠提供各種標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，保證設(shè)計師充分利用多I/O SPI經(jīng)過改進(jìn)的訪問帶寬，從而實現(xiàn)更好地控制成本，同時打造出性能出色的數(shù)字式儀表群。某些情況下，可使用兩個四路I/O SPI，支持高達(dá)80 MB/s的連續(xù)吞吐速率。

　　Spansion的多I/O SPI FL閃存系列依然支持低引腳數(shù)串行接口，而且支持更高的讀取帶寬，堪比目前的多引腳數(shù)閃存設(shè)備。Spansion SPI FL系列同樣可以滿足中高存儲密度和長期數(shù)據(jù)完整的要求，能夠在高達(dá)105℃的工作環(huán)境中保持正常運行，同時符合AEC-Q100標(biāo)準(zhǔn)。