汽车电子的嵌入式设计与发展方向

　　（3） 在嵌入式实时操作系统的支持下能合理进行任务调度，充分利用系统资源；

　　（4） 硬件结构和软件功能都有很强的扩展能力，系统集成度大大提高，降低了成本；

　　（5） 超低功耗，汽车静态功耗为豪瓦级；

　　（6） 系统硬件抗干扰能力增强，适应高温、潮湿、振动和电磁辐射等各种工作环境；

　　（7） 实时操作系统支持软件多线程结构，增强了系统的软件抗干扰性；

　　（8）提供强大的网络通信功能，具备地IEEE1394、USB、CAN、Bluetooth或IrDA通信接口，支持相应的通信组网协议软件和物理层驱动软件，提供容错数据传输能力和更大通信带宽。

2.2 系统结构

　　汽车嵌入式SoC系统由硬件和软件两大部分组成。硬件包括嵌入式处理和外围设备，软件包括应用软件和操作系统。软件通过数据结构、算法和通讯协议实现汽车电子控制策略，硬件则为软件提供了运行平台，执行具体控制。

　　嵌入式SoC硬件系统集成度越来越高，一般为模块化结构，如图1(a)所示。在高性能CPU核心外通过IP总线扩展实时时钟模块、SRAM（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PWM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大大增强。

　　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API（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。

　2.3 常用的SoC系统平台

为适应汽车电子系统的发展潮流，各国的半异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PWM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的处理程度，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、Wind River公司的Vxworks和Integrated System公司的PSOSystem。它们都是实时、微核、基于优先级、消息传递、抢占式多任务、多用户分布式网络操作系统，拥有模块化结构，内核运行高速稳定，通信能力和扩展裁剪能力很强。

　　在上述平台中，StrongArm核心处理器和Dragonball核心处理器以及VxWorks操作系统在汽车SoC系统中有着良好的应用前景。

3 SoC系统的典型应用

　　汽车嵌入式SoC系统充分适应了汽车的工作环境和技术要求，在汽车电子技术上广泛应用。其中北京理工大学正在研究的汽车ABS/ASR/ACC订成化控制系统具有代表性。

　　ABS/ASR/ACC集成化系统是综合了制动防抱死功能（ABS）、驱动防滑功能（ASR）和自适应巡航功能（ACC）的汽车新型主动安全系统，系统结构如图2所示。其在硬件上充分利用各个子系统的现有元件，轮速传感器、发动机转速传感器、节气门位置传感器、加速踏板传感器和探测雷达组成传感器网络，共用控制器和执行元件。在软件上应用信息融合、集中控制技术，通过对制动力矩和发动机输出功率的综合调节实现汽车制动防抱死、驱动防滑和自适应巡航功能。控制过程充分考虑三个逻辑模块上的相互关系，实现信息融合共享，例如ABS与ASR的车轮滑动率计算可以统一，ACC探测雷达获取的车速信息可以用来修正ABS参考车速。

　　系统选用32位SoC硬件平台如Dragon ball核心的MC68E328以代原来的16位ABS控制器，提高了硬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AC110型77GHz毫米波车载协达，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，传输速率高达成Mbps。采用CAN通信提高了控制系统的实时性，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。