經(jīng)驗分享：如何選擇汽車電子系統(tǒng)中的處理器

與采用單獨的閃存芯片相比，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系統(tǒng)開發(fā)商很有價值，但處理器供應(yīng)商要實現(xiàn)它卻非易事。經(jīng)汽車認證的處理器對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，在這一市場上競爭的處理器供應(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)議則針對車內(nèi)信息娛樂應(yīng)用，如音頻、視頻、導(dǎo)航及通信等。

對于面向關(guān)鍵應(yīng)用的處理器，先進的片上調(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)者提供詳細的處理器、軟件和操作系統(tǒng)狀態(tài)信息，這些信息對驗證和調(diào)試特別有用。針對全球嵌入式處理器調(diào)試接口的Nexus 5001論壇標準定義了軟件與片上調(diào)試硬件的接口。該標準最早由IEEE行業(yè)標準和技術(shù)組織(IEEE-ISTO)于1999年制定，現(xiàn)已更新到IEEE-ISTO 5001-2003。該標準的開發(fā)者希望它能夠鼓勵開發(fā)工具供應(yīng)商將片上調(diào)試追蹤單元添加進來，或加強對它的支持。

　　車內(nèi)信息和娛樂系統(tǒng)是當前汽車應(yīng)用中對計算性能要求最高的信號處理系統(tǒng)，主要是因為這些系統(tǒng)涉及到視頻處理等需要強大信號處理功能的應(yīng)用。一個高檔信息娛樂系統(tǒng)可能包括多通道音頻系統(tǒng)、DVD播放器、GPS導(dǎo)航系統(tǒng)，以及免提移動電話，所有這些都集成進一個系統(tǒng)內(nèi)。針對車內(nèi)信息娛樂系統(tǒng)的處理器包括相對高性能的DSP、DSP增強型通用處理器(GPP)，以及DSP/GPP混合器件。這些處理器一般工作于200至750MHz的時鐘速率范圍內(nèi)。

　　相反地，針對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，相對較低的最大處理器時鐘速度(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獲得更高的性能。

　　汽車應(yīng)用對價格特別敏感。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)用對價格比較敏感，但汽車資格認證過程卻代價不菲，而且這些成本會增加芯片成本。結(jié)果，經(jīng)過汽車資格認證的處理器一般要比非認證的同類產(chǎn)品貴。在汽車信號處理系統(tǒng)中，高效節(jié)能一般不是主要問題。只有在引擎運轉(zhuǎn)和電池充電系統(tǒng)啟動的時候，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)閉時處于工作狀態(tài)，它們的功耗必須很低以便電池耗能不會影響引擎啟動。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)的封裝可能會影響散熱，因此功耗不能太大。

針對汽車應(yīng)用的信號處理器

　　在當今的汽車系統(tǒng)中，有很多類型的芯片用于完成信號處理任務(wù)，從8位MCU到DSP，再到FPGA。在信號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，因為它們的處理性能有限。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，因為有些功能應(yīng)用(如語音識別、導(dǎo)航及音頻控制)在選擇處理器時發(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)，所用指令簡單、普通且?guī)缀鯚o并行指令。GPP在強調(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處理性能也不錯。此外，GPP也是很好的編譯對象。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)。

　　市場的廣泛認可所帶來的優(yōu)勢包括豐富的第三方軟件組件供應(yīng)和強大的開發(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)、存儲器和專用I/O接口，主要針對引擎和變速控制應(yīng)用，它帶有大容量的閃存、多個CAN接口、一個Nexus調(diào)試接口、多個ADC，以及多個先進的定時模塊。