實現(xiàn)靈活的汽車電子設(shè)計方案

微控制器在汽車和消費類市場上得到了廣泛的應(yīng)用，其主要優(yōu)勢在于能夠以相對較低的成本實現(xiàn)系統(tǒng)高度集成。然而，這類產(chǎn)品也有潛在的成本問題。例如，如果元件功能不切合要求，就必須采用外部邏輯、軟件或其他集成器件來進行擴展。此外，隨著最終市場需求的迅速變化，微控制器會很快過時。許多具有一定數(shù)量專用接口的特殊功能微控制器在經(jīng)過短期試用后，并不能完全滿足市場需求，系統(tǒng)供應(yīng)商不得不重新設(shè)計硬件和軟件，甚至在某些情況下對處理器內(nèi)核進行改動。

ASSP微控制器面臨的兩難

傳統(tǒng)微控制器生產(chǎn)商面臨影響整個市場的兩難問題。微控制器是專用產(chǎn)品，因此，對每一種應(yīng)用，必須采用新的不同特性的微控制器。為了能夠以一種微控制器內(nèi)核結(jié)構(gòu)來應(yīng)對更廣闊的市場，生產(chǎn)商提供系列微控制器，其型號接口和功能各不相同。可是這些混合特性在很多時候并不能完全滿足用戶需求，因此，為了擴大客戶群，必須圍繞具體內(nèi)核結(jié)構(gòu)開發(fā)新的接口和功能。

采用老技術(shù)以較低的生產(chǎn)成本來實現(xiàn)微控制器時，這種策略非常成功。然而，現(xiàn)在為提高系統(tǒng)集成而采用了最新的工藝技術(shù)，這樣，開發(fā)新型微控制器的成本大大增加。只有很少的客戶需求有很大的產(chǎn)量，這表明專門
針對一個客戶來生產(chǎn)這類專用器件不再是可行的商業(yè)行為。結(jié)果是新型微控制器趨向于標準產(chǎn)品而不是專用器件，其功能越來越多，以吸引整個市場。雖然這些附加特性使微控制器功能更強，但也大大提高了成本，更難應(yīng)用于對成本敏感的市場，如汽車和消費類電子。不從根本上著手芯片功能，很難解決這一兩難問題。

靈活的微控制器解決方案

對該問題一種可能的解決方案是采用FPGA來靈活地實現(xiàn)芯片功能。這些器件大大縮短了工程開發(fā)時間，降低了芯片多次試制的成本，是微控制器有力的替代方案。在設(shè)計過程中，F(xiàn)PGA不像微控制器那樣會漏掉某些特性，它可以編程，并根據(jù)需要重新編程，快速完成原型開發(fā)，更迅速地將產(chǎn)品推向市場。如果需求變化了，甚至還可以在現(xiàn)場對其進行更新——即使是器件已經(jīng)在產(chǎn)品中應(yīng)用了。

汽車系統(tǒng)圖像控制器應(yīng)用就是FPGA優(yōu)于傳統(tǒng)控制器的一個例子，如圖1所示。盡管汽車市場需要低成本FPGA來實現(xiàn)圖像等各種功能，但要采用大量的芯片，因此，在可編程器件中實現(xiàn)復雜功能的成本太高了。





汽車信息娛樂平臺

而靈活的微控制器不但性價比好，而且非常切合用戶需求。以采用了90nm結(jié)構(gòu)化的ASIC，AlteraHardCopy器件為例，它性價比高，作為基本芯片，其功能在大量經(jīng)過預(yù)定義和靈活的構(gòu)建模塊庫中進行選擇，可以針對客戶需求進行定制。

總線體系結(jié)構(gòu)

傳統(tǒng)上，微控制器一直采用單總線，由仲裁器對總線監(jiān)控，分配資源。這對總線而言非常不利，作為系統(tǒng)的中心資源，它很快就成為瓶頸。因此，較新的系統(tǒng)采用多層總線，特別是多條總線并行工作的SoC。

考慮到EMC和功耗問題，有時可以采用和系統(tǒng)其他部分運行速率不同的外圍模塊。當以更高的速率運行存儲器接口，使訪問時間相對較短，而系統(tǒng)其他部分運行在較低時鐘速率時，這種方法比較有用。還可以將許多采用低時鐘速率便能夠工作的模塊整合到一起。為滿足EMC或者功耗要求，使用SOPC Builder等工具能夠輕松地將這些單元與其他運行速率很高的系統(tǒng)分開。這樣可以自動生成同步不同時鐘域所需的邏輯，而設(shè)計人員只需要指定哪些模塊運行在給定的時鐘域上。

在FPGA中實現(xiàn)微控制器

由于這類系統(tǒng)要比簡單的圖像控制器復雜得多，在大多數(shù)情況下，F(xiàn)PGA被用作原型開發(fā)工具。采用FPGA作為原型大大降低了開發(fā)風險，它可以進行全面的驗證、固件開發(fā)和現(xiàn)場測試。

使用FPGA進行原型開發(fā)意味著工程師可以在系統(tǒng)運行器件，在真實的環(huán)境中進行測試。這樣，工程師能夠確定仿真過程中難以發(fā)現(xiàn)的潛在設(shè)計缺陷。

對系統(tǒng)進行現(xiàn)場測試有利于發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)和器件缺陷，而這在實驗室中卻難以實現(xiàn)。在很多情況下，銷售人員為獲得訂單而有必要進行系統(tǒng)演示。對于最初的規(guī)范，還需要加入某些新特性和功能。不論是以前沒有發(fā)現(xiàn)的問題還是加入新特性，F(xiàn)PGA原型開發(fā)可以迅速進行修改，不但沒有較大的一次性工程成本，而且生產(chǎn)周期較短。

靈活的微控制器解決方案中的最終單元是ASIC開發(fā)。建立并測試原型系統(tǒng)后，Altera可將其轉(zhuǎn)為HardCopy結(jié)構(gòu)化ASIC。與其他的結(jié)構(gòu)化ASIC不同，HardCopy器件使用和FPGA原型相同的構(gòu)建模塊，因此，不必重新對設(shè)計進行綜合，或者進行更多的驗證。使用 HardCopy器件的周轉(zhuǎn)時間較短，設(shè)計人員可以很快完成FPGA邏輯，有效降低成本。

結(jié)論

下一代汽車電子系統(tǒng)需要采用非常專業(yè)的低成本器件，以滿足市場需求。考慮到目前工藝技術(shù)開發(fā)成本的攀升，對傳統(tǒng)微控制器進行專門處理有些不切實際。而針對較大市場范圍的多功能器件價格昂貴，也不實用。相反，靈活的微控制器方案針對具體應(yīng)用開發(fā)合適的微控制器，在FPGA中實現(xiàn)原型開發(fā)。設(shè)計完成后，甚至是在設(shè)計過程中就可以立即進行驗證、軟件開發(fā)和現(xiàn)場測試。對于批量生產(chǎn)，F(xiàn)PGA設(shè)計直接映射到HardCopy結(jié)構(gòu)化ASIC，而不用重新綜合或者再次驗證。