汽車正經(jīng)歷著一場(chǎng)數(shù)字革命的洗禮：純機(jī)械系統(tǒng)和模擬電子的時(shí)代一去不復(fù)返。現(xiàn)今的汽車是數(shù)字化的汽車，內(nèi)置了幾十甚至上百個(gè)嵌入式處理器，它們通過(guò)數(shù)字網(wǎng)路相互連接，以控制和優(yōu)化汽車內(nèi)幾乎每一個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)。將來(lái)的汽車會(huì)集成更多的處理器，因?yàn)橄冗M(jìn)的應(yīng)用和性能要求更為復(fù)雜的信號(hào)處理算法，包括安全、引擎和尾氣排放控制、駕駛者與汽車的交互界面，以及車內(nèi)信息和娛樂(lè)系統(tǒng)等。
汽車市場(chǎng)要求處理器供應(yīng)商做出長(zhǎng)期的承諾。例如，汽車制造商有時(shí)要求其供應(yīng)商對(duì)某一處理器產(chǎn)品提供長(zhǎng)達(dá)10－15年的供應(yīng)承諾。下面我們將探討針對(duì)汽車數(shù)字信號(hào)處理應(yīng)用的各種處理器類型，以及各個(gè)類型的優(yōu)缺點(diǎn)。此外，我們還將分析汽車應(yīng)用的特殊要求對(duì)面向汽車市場(chǎng)的處理器的影響。
汽車應(yīng)用中處理器的選擇
汽車系統(tǒng)所用處理器的選擇受多種因素的影響。最主要的選擇標(biāo)準(zhǔn)一般包括汽車認(rèn)證資格、片上集成度、性能、價(jià)格和節(jié)能等。軟件開(kāi)發(fā)工具的質(zhì)量及軟件組件的可用性也會(huì)影響到處理器的選擇。處理器供應(yīng)商對(duì)其產(chǎn)品的承諾以及將來(lái)的發(fā)展規(guī)劃等也是重要的考慮因素。
由于關(guān)系到生命安全，汽車引擎、氣囊控制和剎車系統(tǒng)等關(guān)鍵的汽車安全系統(tǒng)對(duì)處理器有十分嚴(yán)格的可靠性和耐用性要求。因此，汽車安全系統(tǒng)應(yīng)用對(duì)處理器供應(yīng)商來(lái)說(shuō)是最嚴(yán)峻的考驗(yàn)。這些應(yīng)用要求處理器獲得汽車認(rèn)證資格，而且這類處理器都需要專門的設(shè)計(jì)、制造、封裝和測(cè)試方法。
有許多非關(guān)鍵信號(hào)處理汽車系統(tǒng)也需要大量的處理器，比如車內(nèi)導(dǎo)航和娛樂(lè)設(shè)備。盡管汽車整車制造商和汽車電子系統(tǒng)供應(yīng)商對(duì)這類應(yīng)用也要求高質(zhì)量的組件，但要求畢竟沒(méi)有關(guān)鍵性安全應(yīng)用那么高。例如，用于車內(nèi)系統(tǒng)的處理器一般不要求獲得汽車認(rèn)證資格。
現(xiàn)在，對(duì)性能要求最高的汽車信號(hào)處理應(yīng)用是車內(nèi)導(dǎo)航和娛樂(lè)系統(tǒng)。再過(guò)幾年這一情形可能有所改變，因?yàn)樾碌陌踩到y(tǒng)開(kāi)始采用視頻和雷達(dá)處理，而且引擎和剎車控制系統(tǒng)將采用基于模型的復(fù)雜計(jì)算方法，目前流行的查找表參考方法也將被復(fù)雜的實(shí)時(shí)運(yùn)算方法所替代。
在處理器上集成適當(dāng)?shù)耐庠O(shè)、存儲(chǔ)器和I/O接口有助于提高性能和穩(wěn)定性，以及降低功耗和系統(tǒng)成本。汽車應(yīng)用的片上集成要求與其它信號(hào)處理應(yīng)用有很大的區(qū)別。因此，面向汽車應(yīng)用市場(chǎng)的供應(yīng)商必須針對(duì)這些應(yīng)用的特殊要求而專門設(shè)計(jì)其處理器。多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器對(duì)面向汽車控制系統(tǒng)的處理器特別有用。例如，一個(gè)引擎控制系統(tǒng)一般要接收來(lái)自數(shù)十個(gè)模擬傳感器的輸入信號(hào)。
附表：處理器類型、代表性供應(yīng)商及處理器樣品
對(duì)面向汽車控制系統(tǒng)的處理器來(lái)說(shuō)，片上閃存是一個(gè)關(guān)鍵特性，因?yàn)檫@些系統(tǒng)要使用很大的查找表，有時(shí)需要現(xiàn)場(chǎng)更新。如引擎控制系統(tǒng)所用的查找表就包含來(lái)自各種控制組件（比如加油器和點(diǎn)火線圈）的數(shù)萬(wàn)個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)（或類似輸出值）。校準(zhǔn)點(diǎn)數(shù)據(jù)一般是在汽車出廠前在實(shí)驗(yàn)室確定的，但汽車使用一段時(shí)間后某些校準(zhǔn)點(diǎn)可能需要調(diào)整。片上閃存就可以利用從汽車經(jīng)銷商處下載的數(shù)據(jù)現(xiàn)場(chǎng)更新校準(zhǔn)點(diǎn)或控制算法的其它參數(shù)。
與采用單獨(dú)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(duì)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)商很有價(jià)值，但處理器供應(yīng)商要實(shí)現(xiàn)它卻非易事。經(jīng)汽車認(rèn)證的處理器對(duì)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(chǎng)上競(jìng)爭(zhēng)的處理器供應(yīng)商往往需要投入大量的資源以開(kāi)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(duì)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(duì)車內(nèi)信息娛樂(lè)應(yīng)用，如音頻、視頻、導(dǎo)航及通信等。
對(duì)于面向關(guān)鍵應(yīng)用的處理器，先進(jìn)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(kāi)發(fā)者提供詳細(xì)的處理器、軟件和操作系統(tǒng)狀態(tài)信息，這些信息對(duì)驗(yàn)證和調(diào)試特別有用。針對(duì)全球嵌入式處理器調(diào)試接口的Nexus 5001論壇標(biāo)準(zhǔn)定義了軟件與片上調(diào)試硬件的接口。該標(biāo)準(zhǔn)最早由IEEE行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)的開(kāi)發(fā)者希望它能夠鼓勵(lì)開(kāi)發(fā)工具供應(yīng)商將片上調(diào)試追蹤單元添加進(jìn)來(lái)，或加強(qiáng)對(duì)它的支持。
車內(nèi)信息和娛樂(lè)系統(tǒng)是當(dāng)前汽車應(yīng)用中對(duì)計(jì)算性能要求最高的信號(hào)處理系統(tǒng)，主要是因?yàn)檫@些系統(tǒng)涉及到視頻處理等需要強(qiáng)大信號(hào)處理功能的應(yīng)用。一個(gè)高檔信息娛樂(lè)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(dòng)電話，所有這些都集成進(jìn)一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)。針對(duì)車內(nèi)信息娛樂(lè)系統(tǒng)的處理器包括相對(duì)高性能的DSP、DSP增強(qiáng)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(shí)鐘速率范圍內(nèi)。
相反地，針對(duì)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(duì)較低的最大處理器時(shí)鐘速度（40至150MHz）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(duì)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(shí)獲得更高的性能。
汽車應(yīng)用對(duì)價(jià)格特別敏感。處理器供應(yīng)商不得不開(kāi)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(duì)價(jià)格比較敏感，但汽車資格認(rèn)證過(guò)程卻代價(jià)不菲，而且這些成本會(huì)增加芯片成本。結(jié)果，經(jīng)過(guò)汽車資格認(rèn)證的處理器一般要比非認(rèn)證的同類產(chǎn)品貴。在汽車信號(hào)處理系統(tǒng)中，高效節(jié)能一般不是主要問(wèn)題。只有在引擎運(yùn)轉(zhuǎn)和電池充電系統(tǒng)啟動(dòng)的時(shí)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(shí)處于工作狀態(tài)，它們的功耗必須很低以便電池耗能不會(huì)影響引擎啟動(dòng)。例如，車內(nèi)信息娛樂(lè)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(huì)影響散熱，因此功耗不能太大。
