嵌入式系統研究嵌入式系統與汽車工業概要說明

近幾年，嵌入式系統產品日臻完善，并在全世界各行業得到廣泛應用。嵌入式系統產品的研制和應用已經成為我國信息化帶動工業化、工業化促進信息化發展的新的國民經濟增長點。中國的汽車工業作為國家的支柱產業發展前景非常廣闊，2009年汽車產量達到1,273.7萬輛，2010、2011年將持續保持增長，預計增長率在19%至20%之間。2009年中國已經成為世界第一汽車生產大國，同時中國汽車消費量占全球總消費量比例已達12%，在2015年左右國內汽車銷售也有望超過美國，成為第一大汽車消費市場。到2020年，中國本土汽車產量將達到2000萬輛左右，其中兩成產品將進入國際市場。中國汽車工業的飛速發展對嵌入式系統的應用與發展具有良好的推動作用，同時也帶來了新的機遇和挑戰。目錄汽車嵌入式系統的發展歷程汽車嵌入式SoC系統介紹汽車SoC系統的典型應用汽車SoC系統的發展趨勢01020304目錄汽車嵌入式系統的發展歷程01汽車嵌入式系統發展歷程

眾所周知嵌入式系統有體積小、低功耗、集成度高、子系統間能通信融合的優點，這就決定了它非常適合應用于汽車工業領域，另外隨著汽車技術的發展以及微處理器技術的不斷進步,就使得嵌入式系統在汽車電子技術中得到了廣泛應用。目前,從車身控制、底盤控制、發動機管理、主被動安全系統到車載娛樂、信息系統都離不開嵌入式技術的支持。

嵌入式系統誕生于微型機時代,經歷了漫長的獨立發展的單片機道路。嵌入式系統的核心是嵌入式微處理器。與嵌入式微處理器的發展類似,汽車嵌入式系統也可以分為三個發展階段:第一階段:SCM(SingleChipMicrocomputer)系統

以4位和低檔8位微處理器為核心,將CPU和外圍電路集成到一個芯片上,配置了外部并行總線、串行通訊接口、SFR模塊和布爾指令系統。硬件結構和功能相對單一、處理效率低、存儲容量小、軟件結構也比較簡單,不需要嵌入操作系統。

這種底層的汽車SCM系統主要用于任務相對簡單、數據處理量小和實時性要求不高的控制場合,如雨刷、車燈系統、儀表盤以及電動門窗等。第二階段:MCU(MicroControllerUnit)系統

以高檔的8位和16位處理器為核心,集成了較多外部接口功能單元,如A/D轉換、PWM、PCA、Watchdog、高速I/O口等,配置了芯片間的串行總線;軟件結構比較復雜,程序數據量有明顯增加。

第二代汽車嵌入式系統能夠完成簡單的實時任務,目前在汽車電控系統中得到了最廣泛的應用,如ABS系統、智能安全氣囊、主動懸架以及發動機管理系統等。第三階段:SoC(SystemofChips)系統

以性能極高的32位甚至64位嵌入式處理器為核心,在對海量離散時間信號要求快速處理的場合使用DSP作為協處理器。為滿足汽車系統不斷擴展的嵌入式應用需求,不斷提高處理速度,增加存儲容量與集成度。在嵌入式操作系統的支持下具有實時多任務處理能力,同時與網絡的耦合更為緊密。

汽車SoC系統是嵌入式技術在汽車電子上的高端應用,滿足了現代汽車電控系統功能不斷擴展、邏輯漸趨復雜、子系統間通信頻率不斷提高的要求,代表著汽車電子技術的發展趨勢。

汽車嵌入式SoC系統主要應用在混合動力總成、底盤綜合控制、汽車定位導航、車輛狀態記錄與監控等領域。目錄汽車嵌入式SoC系統介紹02汽車嵌入式SoC系統介紹

汽車嵌入式SoC系統是嵌入式系統向實時多任務管理、網絡耦合與通信的高端應用過渡的產物,大大提高了汽車電子系統的實時性、可靠性和智能化程度。

除了具備普通嵌入式系統的共有特性之外,它還具有以下幾個優點:

(1)對實時多任務處理有很強的支持能力,中斷響應時間1～2μs;

(2)具有很強的存儲區保護功能;

(3)在嵌入式實時操作系統的支持下能合理進行任務調度,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;

(5)超低功耗,汽車靜態功耗為毫瓦級;

(6)系統硬件抗干擾能力增強,適應高溫、潮濕、振動和輻射等各種工作環境;

(7)提供強大的網絡通信功能,具備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。汽車嵌入式SoC系統介紹

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器和外圍設備,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。汽車嵌入式SoC硬件系統集成度越來越高,一般為模塊化結構,如圖1(a)所示汽車嵌入式SoC系統結構汽車嵌入式SoC系統結構

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