應(yīng)對(duì)汽車電子嵌入式設(shè)計(jì)的若干挑戰(zhàn)

隨著越來(lái)越多的電子設(shè)備滲透到汽車應(yīng)用的各個(gè)領(lǐng)域，電子控制模塊(ECM)的數(shù)量正在不斷擴(kuò)大——汽車負(fù)載的增加勢(shì)必導(dǎo)致汽車的整體功耗增加。以增大電池體積來(lái)滿足不斷增長(zhǎng)的功耗要求，是應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)的方法之一。然而，大體積電池并非總能適用于空間受限和重量敏感的環(huán)境，并且它也會(huì)造成對(duì)油耗的不良影響。另外，控制功耗、縮小體積、實(shí)現(xiàn)ECM的聯(lián)網(wǎng)以便診斷和軟件重用，同時(shí)提升產(chǎn)品性價(jià)比、靈活性并能快速迎合市場(chǎng)需求，也始終是汽車電子供應(yīng)商面對(duì)的難題。

Microchip公司亞太區(qū)汽車產(chǎn)品營(yíng)銷經(jīng)理Stephen Chan表示，汽車OEM正致力于使汽車產(chǎn)品更加安全、智能和節(jié)能，他們?cè)诖诉^(guò)程中所面臨的各種挑戰(zhàn)也推動(dòng)了汽車電子產(chǎn)品的持續(xù)發(fā)展。電子產(chǎn)品一直是汽車當(dāng)中發(fā)展最迅猛的一個(gè)分支，這一分支甚至超過(guò)了機(jī)械、氣動(dòng)和液壓系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員正在不斷地開發(fā)新型的ECM，從而使得汽車能夠滿足駕駛者的需求，并達(dá)到環(huán)保的要求。汽車電子的發(fā)展很大程度上要?dú)w功于不斷增長(zhǎng)的對(duì)低油耗、安全性、舒適性、防盜性和高級(jí)駕駛信息應(yīng)用的要求。

另外，隨著全球汽車市場(chǎng)的不斷壯大，盡管不同地區(qū)在實(shí)現(xiàn)具體方案的難易程度和時(shí)間要求上各有不同，但所要應(yīng)對(duì)的挑戰(zhàn)卻基本一致。全球化幾乎對(duì)汽車電子產(chǎn)品的功能沒有任何特別要求。在汽車電子創(chuàng)新方面，歐洲一直都是頗受認(rèn)可的佼佼者。中國(guó)和其他地區(qū)也正在緊緊跟隨著汽車電子市場(chǎng)不斷擴(kuò)大的腳步。就目標(biāo)車型而言，一旦大眾的購(gòu)買能力達(dá)到一定程度，就將立刻著手生產(chǎn)。

他認(rèn)為，應(yīng)對(duì)汽車電子功耗更好的解決辦法，是解決那些會(huì)在點(diǎn)火裝置關(guān)閉時(shí)耗能的ECM的功耗需求。由于點(diǎn)火裝置關(guān)閉時(shí)仍然耗能的功率負(fù)載(如多媒體系統(tǒng)等)有所增長(zhǎng)，汽車OEM不得不嚴(yán)格控制點(diǎn)火裝置關(guān)閉時(shí)的功耗預(yù)算。Microchip不斷推出的新型nanoWatt XLP(超低功耗)單片機(jī)系列產(chǎn)品，給多媒體系統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員提供了更多解決方案，以便其在要求高能效運(yùn)行而又不犧牲性能的環(huán)境當(dāng)中采用(參見表)。

Microchip nanoWatt XLP MCU與競(jìng)爭(zhēng)者M(jìn)CU產(chǎn)品的功耗對(duì)比

功耗管理單片機(jī)包含片內(nèi)閃存程序存儲(chǔ)器，由于無(wú)需外部元件，因而使得系統(tǒng)的效率最高、可靠性增大并使得成本和占板空間最小。提供多種功耗管理模式供設(shè)計(jì)人員靈活切換，并在其應(yīng)用程序軟件中安排節(jié)能子程序。開發(fā)的創(chuàng)新型解決方案，使得單片機(jī)可以更加高效地執(zhí)行功耗管理任務(wù)，這一點(diǎn)頗受汽車嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員青睞。理想情況下，單片機(jī)應(yīng)能在其工作頻率范圍內(nèi)提供靈活的功耗管理模式。功耗管理單片機(jī)的功能必須多樣化，并能向設(shè)計(jì)人員提供技術(shù)上可行的高成本效益解決方案，以應(yīng)對(duì)與多媒體娛樂(lè)系統(tǒng)中可靠地低功耗運(yùn)行相關(guān)的復(fù)雜挑戰(zhàn)。

能夠滿足空間要求各異的應(yīng)用并且使價(jià)格盡可能低廉，是嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員必須要滿足的普遍要求。對(duì)于跨平臺(tái)的設(shè)計(jì)，大多數(shù)差異由軟件實(shí)現(xiàn)方案解決，以滿足從低端到高端的不同應(yīng)用的需求。他強(qiáng)調(diào)，由于上市時(shí)間始終是個(gè)關(guān)鍵因素，Microchip強(qiáng)大的移植兼容性方便工程模塊的重用，從而節(jié)省寶貴的開發(fā)時(shí)間和總成本。PIC單片機(jī)系列的標(biāo)準(zhǔn)化引腳排列模式支持代碼庫(kù)的開發(fā)，這通常是其他單片機(jī)供應(yīng)商無(wú)法做到的。PIC單片機(jī)架構(gòu)還能提供插槽、軟件和外設(shè)兼容性，從而為設(shè)計(jì)人員提供出眾的靈活性——這一點(diǎn)獨(dú)一無(wú)二，例如，每個(gè)引腳都具有數(shù)個(gè)外設(shè)功能，設(shè)計(jì)人員無(wú)需修改印刷電路板即可添加或交換功能，因而能夠最大程度減少或徹底免去重新設(shè)計(jì)的成本。

重用經(jīng)證明的工程模塊不僅能節(jié)省時(shí)間和成本，還能直接提高整個(gè)系統(tǒng)的質(zhì)量——因?yàn)樵O(shè)計(jì)人員已完全了解早期設(shè)計(jì)的性能，能夠?qū)⒌玫降南嚓P(guān)經(jīng)驗(yàn)運(yùn)用到當(dāng)前的設(shè)計(jì)中。兼容性和重用性最終提高了整個(gè)產(chǎn)品的開發(fā)效率，在目前缺少經(jīng)驗(yàn)豐富的嵌入式設(shè)計(jì)人員的行業(yè)環(huán)境下，這一點(diǎn)尤其重要。

消費(fèi)者的購(gòu)買能力是電動(dòng)/混合動(dòng)力汽車成為主流私人交通工具的主要障礙之一。建立基礎(chǔ)設(shè)施，為簡(jiǎn)化汽車操控提供支持，是另一個(gè)原因。隨著電機(jī)在電動(dòng)/混合動(dòng)力汽車系統(tǒng)架構(gòu)中的應(yīng)用不斷擴(kuò)大，數(shù)字電源轉(zhuǎn)換對(duì)這些新系統(tǒng)的發(fā)展至關(guān)重要。設(shè)計(jì)的電源要求有多路輸出，能協(xié)調(diào)負(fù)載均衡，且具備熱插拔能力及各種故障處理能力，這樣的設(shè)計(jì)是一件復(fù)雜而富有挑戰(zhàn)的事。采用模擬電路來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制功能，有時(shí)候并不能達(dá)到較高的成本效益或靈活性。對(duì)電源轉(zhuǎn)換反饋回路采用智能化數(shù)字控制是一種更具成本效益的替代方法。新推出的數(shù)字信號(hào)控制器(DSC)帶有智能功率外設(shè)，具有基于計(jì)數(shù)器的脈寬調(diào)制模塊、基于模擬比較器的反饋和協(xié)作式模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)采樣，并且提供能在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)完成的快速乘法運(yùn)算能力。這些功能的組合使得DSC能夠處理控制環(huán)軟件所需的高執(zhí)行速率。Microchip的dsPIC33F“GS”系列數(shù)字電源DSC，允許采用全數(shù)字控制電源轉(zhuǎn)換和系統(tǒng)管理功能。

dsPIC數(shù)字電源器件自帶的SMPS解決方案和豐富的外設(shè)，使得工程師能設(shè)計(jì)出無(wú)需大量采用外部支持芯片的解決方案。因此，和其他方案相比，采用dsPIC DSC SMPS解決方案，開發(fā)人員使用的元件數(shù)可減少20%。

dsPIC DSC SMPS解決方案不僅節(jié)省了空間和成本，而且還具備專用于支持高級(jí)電源轉(zhuǎn)換的特殊功能。它包括一個(gè)智能功率外設(shè)。智能功率外設(shè)由獨(dú)立的PWM、ADC和模擬比較器外設(shè)構(gòu)成，通過(guò)一根內(nèi)部可配置的控制光纖連接，允許其相互間直接交互。可配置控制光纖的功能包括：控制比較器、PWM和ADC的協(xié)同工作；通過(guò)軟件設(shè)置/脫離軟件運(yùn)行；精確控制ADC轉(zhuǎn)換時(shí)序；控制PWM模塊對(duì)故障的響應(yīng)?？膳渲每刂乒饫w的優(yōu)勢(shì)在于：在無(wú)需固件干預(yù)的情況下提供實(shí)時(shí)響應(yīng)；擴(kuò)大選項(xiàng)的控制范圍；可適用于各種控制方法；以及提供故障保護(hù)控制。

至于面向中國(guó)市場(chǎng)的服務(wù)，他表示，中國(guó)汽車電子模塊供應(yīng)商的開發(fā)團(tuán)隊(duì)遍布全球，這就要求在相應(yīng)的地區(qū)有相應(yīng)的支持，從而滿足他們的需要。技術(shù)支持的不斷發(fā)展，是半導(dǎo)體供應(yīng)商在市場(chǎng)中取勝的關(guān)鍵。Microchip在中國(guó)的技術(shù)人員，能夠?yàn)榍度胧狡囯娮釉O(shè)備的設(shè)計(jì)人員提供支持，并且，Microchip在中國(guó)舉辦的各類技術(shù)論壇和技術(shù)精英年會(huì)(MASTERs)，也使嵌入式設(shè)計(jì)人員有機(jī)會(huì)體驗(yàn)和探索到Microchip提供的創(chuàng)新型解決方案。

此外，Microchip提供的汽車嵌入式解決方案還包括其他眾多產(chǎn)品，例如：角度傳感器、引擎冷卻風(fēng)扇、引擎關(guān)閉定時(shí)器、濕度傳感器、氣囊碰撞傳感器、接近傳感器、雨刮器控制、車前燈控制、座椅記憶控制、音頻控制、變速器控制、燃油泵控制和倒車影像裝置等。