汽車電子的嵌入式設計與發展方向

　　（3） 在嵌入式實時操作系統的支持下能合理進行任務調度，充分利用系統資源；

　　（4） 硬件結構和軟件功能都有很強的擴展能力，系統集成度大大提高，降低了成本；

　　（5） 超低功耗，汽車靜態功耗為豪瓦級；

　　（6） 系統硬件抗干擾能力增強，適應高溫、潮濕、振動和電磁輻射等各種工作環境；

　　（7） 實時操作系統支持軟件多線程結構，增強了系統的軟件抗干擾性；

　　（8）提供強大的網絡通信功能，具備地IEEE1394、USB、CAN、Bluetooth或IrDA通信接口，支持相應的通信組網協議軟件和物理層驅動軟件，提供容錯數據傳輸能力和更大通信帶寬。

　　2.2 系統結構

　　汽車嵌入式SoC系統由硬件和軟件兩大部分組成。硬件包括嵌入式處理和外圍設備，軟件包括應用軟件和操作系統。軟件通過數據結構、算法和通訊協議實現汽車電子控制策略，硬件則為軟件提供了運行平臺，執行具體控制。

　　嵌入式SoC硬件系統集成度越來越高，一般為模塊化結構，如圖1(a)所示。在高性能CPU核心外通過IP總線擴展實時時鐘模塊、SRAM（靜態隨機存儲器）及大容量FLASH，配置CAN總線與USB通信模塊，無縫集成PWM輸出、多通道串口、A/D轉換接口與統一的高速緩沖存儲器，支持RISC技術、多級流水線技術與在片調試技術。系統的實時處理能力、可靠性和網絡通信能力大大增強。

　　現代汽車電子系統從單一控制逐漸發展到多變量多任務協調控制，軟件越來越龐大，越來越復雜，使得嵌入式系統需要尋找新的軟件解決方案。圖1(b)描述了汽車嵌入式SoC系統軟件的典型結構。它采用基于標準化接口和通訊協議的模塊化軟件設計，系統內部通訊由交互層直接完成，保障應用程序間的信息傳送。網絡層擁有數據流處理能力，是不同系統層面間信息交換的中間接口，能最大程度地整合系統資源。嵌入式實時操作系統摒棄了傳統操作系統的前后臺模式，使用總線驅動層和硬件抽象層管理I/O端口，合理分配CPU資源，采用基于優先級的事件管理策略，通過API（應用程序接口）調用應用程序，根據郵箱、消息隊列和信號量機制綜合管理中斷、系統行為和任務。

　　2.3 常用的SoC系統平臺

　　為適應汽車電子系統的發展潮流，各國的半異體和軟件制造商紛紛推出相應的嵌入式SoC產品。

　　著名的SoC硬件平臺包括：Intel公司的StrongArm核心處理器，擁有32位RISC數據總線、512KB的FLASH、256KB的SRAM和16位THUMB指令集，支持在片調試、三級流水線技術和LCD控制；Motorola公司的Dragonball核心處理器，它是32位RISC處理器，擁有16.85MHz時鐘頻率和2.7MIPS的處理速度，無縫集成SRAM、EPROM、FLASH、LCD控制器和PWM輸出，支持16位端口DRAM；NEC公司的VR核心處理器，它是64位RISC芯片，擁有300MHz時鐘和603MIPS的處理程度，集成統一的L2高速緩沖存儲器、DRAM控制器、PCI-X網橋和10/100MAC設備。著名的SoC軟件平臺即實時操作系統包括“QNX公司的QNX、Wind River公司的Vxworks和Integrated System公司的PSOSystem。它們都是實時、微核、基于優先級、消息傳遞、搶占式多任務、多用戶分布式網絡操作系統，擁有模塊化結構，內核運行高速穩定，通信能力和擴展裁剪能力很強。

　　在上述平臺中，StrongArm核心處理器和Dragonball核心處理器以及VxWorks操作系統在汽車SoC系統中有著良好的應用前景。

3 SoC系統的典型應用

　　汽車嵌入式SoC系統充分適應了汽車的工作環境和技術要求，在汽車電子技術上廣泛應用。其中北京理工大學正在研究的汽車ABS/ASR/ACC訂成化控制系統具有代表性。

　　ABS/ASR/ACC集成化系統是綜合了制動防抱死功能（ABS）、驅動防滑功能（ASR）和自適應巡航功能（ACC）的汽車新型主動安全系統，系統結構如圖2所示。其在硬件上充分利用各個子系統的現有元件，輪速傳感器、發動機轉速傳感器、節氣門位置傳感器、加速踏板傳感器和探測雷達組成傳感器網絡，共用控制器和執行元件。在軟件上應用信息融合、集中控制技術，通過對制動力矩和發動機輸出功率的綜合調節實現汽車制動防抱死、驅動防滑和自適應巡航功能。控制過程充分考慮三個邏輯模塊上的相互關系，實現信息融合共享，例如ABS與ASR的車輪滑動率計算可以統一，ACC探測雷達獲取的車速信息可以用來修正ABS參考車速。

　　系統選用32位SoC硬件平臺如Dragon ball核心的MC68E328以代原來的16位ABS控制器，提高了硬件處理速度與抗干擾能力，端口資源也更豐富。車載雷達選用法國AutoCruise公司生產的AC110型77GHz毫米波車載協達，雷達信號的處理采用DSP處理器，并通過CAN總線與ABS/ASR/ACC集成系統控制器進行通信。CAN總線傳輸具有數據差動收發、容錯和非破壞性仲裁的能力，傳輸速率高達成Mbps。采用CAN通信提高了控制系統的實時性，并為系統功能擴展和整車傳感器信息共享提供了方便。CAN通信拓撲結構如圖3所示。