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1、汽车嵌入式SoC系统的应用与发展
2、第1摘 要：介绍了作为泛计算领域重要组成部分的汽车嵌入式系统由低端到高端的发展历程和各个阶段的主要特点,详细论述了嵌入式SoC系统应用于汽车电子方面的新理论、新方法和关键技术,并对汽车嵌入式SoC系统的发展趋势进行了展望。 关键词：泛计算嵌入式系统汽车电子SoC 嵌入式系统是泛计算领域的重要组成部分,是嵌入到对象宿主体系中完成某种特定功能的专用计算机系统[1]。嵌入式系统有体积小、低功耗、集成度高、子系统间能通信融合的优点。随着汽车技术的发展以及微处理器技术的不断进步,在汽车电子技术中得到了广泛应用。
3、目前,从车身控制、底盘控制、发动机管理、主被动安全系统到车载娱乐、信息系统都离不开嵌入式技术的支持。1汽车嵌入式系统发展历程 嵌入式系统诞生于微型机时代,经历了漫长的独立发展的单片机道路[2]。嵌入式系统的核心是嵌入式微处理器。与嵌入式微处理器的发展类似,汽车嵌入式系统也可以分为三个发展阶段: 第一阶段:SCM(SingleChipMicroputer)系统。以4位和低档8位微处理器为核心,将CPU和外围电路集成到一个芯片上,配置了外部并行总线、串行通讯接口、SFR模块和布尔指令系统。硬件结构和功能相对单一、处理效率低、存储容量小、软
4、件结构也比较简单,不需要嵌入操作系统。这种底层的汽车SCM系统主要用于任务相对简单、数据处理量小和实时性要求不高的控制场合,如雨刷、车灯系统、仪表盘以及电动门窗等。 第二阶段:MCU(MicroControllerUnit)系统。以高档的8位和16位处理器为核心,集成了较多外部接口功能单元,如A/D转换、P、PCA、(静态随机存储器)及大容量FLASH,配置CAN总线与USB通信模块,无缝集成P输出、多通道串口、A/D转换接口与统一的高速缓冲存储器,支持RISC技术、多级流水线技术与在片调试技术。系统的实时处理能力、可靠性和网络通信能力
5、大大增强[4]。 现代汽车电子系统从单一控制逐渐发展到多变量多任务协调控制,软件越来越庞大,越来越复杂,使得汽车嵌入式系统需要寻找新的软件解决方案。图1(b)描述了汽车嵌入式SoC系统软件的典型结构。它采用基于标准化接口和通讯协议的模块化软件设计,系统内部通讯由交互层直接完成,保障应用程序间的信息传送。网络层拥有数据流处理能力,是不同系统层面间信息交换的中间接口,能最大程度地整合系统资源。嵌入式实时操作系统摒弃了传统操作系统的前后台模式,使用总线驱动层和硬件抽象层管理I/O端口,合理分配CPU资源,采用基于优先级的事件管理策略,通过AP
6、I(应用程序接口)调用应用程序,根据邮箱、消息队列和信号量机制综合管理中断、系统行为和任务。500)this.style.ouseg(this)">500)this.style.ouseg(this)">图1汽车嵌入式SoC系统结构2.3常用的SoC系统平台 为适应汽车电子系统的发展潮流,各国的半导体和软件制造商纷纷推出相应的嵌入式SoC产品。 著名的SoC硬件平台包括:Intel公司的StrongArm核心处理器,拥有32位RISC数据总线、512KB的FLASH、256KB的SRAM和16位THUMB指令集,支持在片调试、三级流水
7、线技术和LCD控制;Motorola公司的Dragonball核心处理器,它是32位RISC处理器,拥有16.85MHz时钟频率和2.7MIPS的处理速度,无缝集成SRAM、EPROM、FLASH、LCD控制器和P输出,支持16位端口DRAM;NEC公司的VR核心处理器,它是64位RISC芯片,拥有300MHz时钟和603MIPS的处理速度,集成统一的L2高速缓冲存储器、DRAM控制器、PCI-X网桥和10/100MAC设备。著名的SoC软件平台即实时操作系统包括:QNX公司的QNX、C68EZ328取代原来的16位ABS控制器,提高了硬
8、件处理速度与抗干扰能力,端口资源也更丰富。车载雷达选用法国AutoCruise公司生产的AC10型77GHz毫米波车载雷达,雷达信号的处理采用DSP处理器,并通过CAN总线与ABS/ASR/ACC集成系统控制器进行通信。CAN总线传输具有数据差动收发、容错和非破坏性仲裁的能力,传输速率高达1Mbps。采用CAN通信提高了控制系统的实时性[6],并为系统功能扩展和整车传感器信息共享提供了方便。CAN通信拓扑结构如图3所示。500)this.style.ouseg(this)">图3CAN通信拓扑结构 汽车ABS/ASR/ACC系统软件集成
9、化的难点是:在保证控制实时性的前提下如何进行中断管理和协调各项任务的优先级,因此在该系统中引入嵌入式实时操作系统十分必要。实时操作系统能合理分配软、硬件资源,实时进行多任务并行处理,为系统进行
