雙核CPU在汽車電子系統(tǒng)中取得了快速的應(yīng)用，而系統(tǒng)軟硬件、電能消耗及散熱等也需要隨之作出相應(yīng)的改變。

今天汽車上采用的大多數(shù)微控制器基本都采用傳統(tǒng)的單核結(jié)構(gòu)，不過已經(jīng)在計算機行業(yè)取得廣泛應(yīng)用的雙核處理器也將在汽車行業(yè)取得快速發(fā)展，并很快成為標(biāo)準(zhǔn)配置。動力系統(tǒng)和安全系統(tǒng)已經(jīng)率先采用了雙核處理器，其他系統(tǒng)也逐漸開始架構(gòu)的轉(zhuǎn)變。

“多核其實是動力系新一代的產(chǎn)品設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，”通用公司電子集成和軟件總監(jiān)Kent Helfrich說。“在過去十年中，我們在發(fā)動機控制模塊方面進行了一些多核設(shè)計，現(xiàn)在我們正在將這些設(shè)計整合到一個芯片上。”

不過多核處理器在一些系統(tǒng)比如信息娛樂系統(tǒng)中的應(yīng)用還比較有限，但是有望在未來幾年里取得飛速增長。芯片制造商預(yù)計在產(chǎn)品組合方面會有很大的變化。

飛思卡爾應(yīng)用于安全和動力系統(tǒng)中的雙核處理器常常用于同步處理系統(tǒng)的冗余任務(wù)。

“我們預(yù)計到2015年多核處理器的市場容量會相當(dāng)大，大約占我們出貨量的一半，”瑞薩科技美國公司(RenesasTechnology America Inc.)汽車業(yè)務(wù)單元市場經(jīng)理Amrit Vivekanand說。

與大多數(shù)電子設(shè)計一樣，軟體是電子控制設(shè)計師面臨的最大挑戰(zhàn)。要想認(rèn)識到雙核處理器提升的速度，有必要將單核和雙核這兩種處理器各自承擔(dān)的任務(wù)明確地區(qū)分開。

大多數(shù)芯片制造商表示，雙核處理器的速度大約是單核的1.7倍，不過因為內(nèi)存訪問和其他一些問題會稍微影響雙核的速度，因此這兩種處理器的時鐘速率很相近。不過分段不好的程序也影響處理器的性能。

“如果程序的分段沒有做好的話，你很難享受到性能方面的優(yōu)勢，也就很難獲達到性能提升的目標(biāo)，”STMicroelectronics公司汽車微控制器市場經(jīng)理JulienFabregues說。

信息娛樂系統(tǒng)需求的增加將使瑞薩科技公司到2015年多核出貨量增加50%。

在汽車應(yīng)用領(lǐng)域，整車廠和一級供應(yīng)商都是自己做段碼的工作，而不是依賴操作系統(tǒng)或其他軟件工具。這對一些系統(tǒng)來說尤其重要，比如動力系統(tǒng)和安全系統(tǒng)，因為這些系統(tǒng)中的指令在有需求的時候必須準(zhǔn)確無誤地啟動。

“現(xiàn)在，我們不得不把一部分代碼分給0處理器，把另外一部分分給1內(nèi)核。這就存在著一個轉(zhuǎn)換的問題，”Helfrich說。通用技術(shù)人員 Michael Grimes指出這種方式(稱為靜態(tài)分配)形成了一種固定模式。“計算機領(lǐng)域的操作系統(tǒng)采用的是動態(tài)分配方式，系統(tǒng)決定采用哪個內(nèi)核運行代碼，”他說。 “而我們是自己決定0內(nèi)核做什么，1內(nèi)核又做什么。”

硬件的改變

雖然軟件有可能是多核處理器的關(guān)鍵問題，但這并不是說硬件工程師的工作就簡單了，只要升級一下就可以了。當(dāng)兩個處理器同時存在于一個硅片上時，電能消耗、時鐘速度及電磁干擾等方面的特性是完全不一樣的。

存儲問題也同樣非常重要。硅片空間基本都是用于存儲和處理器工作。閃存一般占用一半的空間，而增加一個處理器內(nèi)核，占用的空間只有5%，Grimes說。

為了提高閃存的使用效率，設(shè)計人員必須采用可以保證每個內(nèi)核在需要的時候都可以讀取數(shù)據(jù)的系統(tǒng)分配方案——而這些數(shù)據(jù)必須是最新的。這就是存儲管理需要登場的時候了。

“ 從存儲方面來看，你需要一個智能存儲控制器以及智能預(yù)讀緩存，”Fabregues說。

安全系統(tǒng)部件如氣囊將推動STMicroelectronics業(yè)務(wù)的增長

從另外一方面來說，工程師還需要弄清楚他們想通過第二個內(nèi)核完成怎樣的工作。在一些應(yīng)用中，比如信息娛樂，內(nèi)核負(fù)責(zé)不同的工作。但是在動力系和安全系中，許多處理器都執(zhí)行相同的程序，以提供容錯性。

“在許多安全應(yīng)用方面，處理器按順序先后運行，這是滿足ISO26262標(biāo)準(zhǔn)的最有效方式，”Fabregues說。

專門為該應(yīng)用設(shè)計的芯片須擁有特有的邏輯關(guān)系，可以比較每一個處理器的結(jié)果。“要針對鎖步操作對芯片進行專門的設(shè)計，邏輯關(guān)系負(fù)責(zé)結(jié)果的對比，這樣可以迅速識別出發(fā)生的錯誤，”飛思卡爾(Freescale Semiconductors)汽車微控制器總監(jiān)Ray Cornyn說。

能耗與熱量

熱量與能耗管理方面的挑戰(zhàn)并不會因為雙核處理器的采用而消失。這些問題其實是雙核處理器應(yīng)用的推動因素，不過時鐘速度的提高也導(dǎo)致了能耗需求的提高，以及系統(tǒng)溫度的提高。

雙核芯片較低的時鐘速度在動力系中表現(xiàn)良好。較低的時鐘速度也讓雙核芯片比單核芯片更具優(yōu)勢。“動力系統(tǒng)工作溫度很高，芯片的運轉(zhuǎn)速度肯定沒有在室溫下那么快，”Grimes說。

在汽車上其他系統(tǒng)中，工程人員更關(guān)心電控盒數(shù)量的減少。在許多汽車上擁有大量控制器的情況下，每一個模塊的需求只要稍微降低一點就可以節(jié)省大量的能耗。

“能耗將成為一個很大的問題，尤其對電動車來說，”英飛凌公司(InfineonTechnologies)汽車系統(tǒng)應(yīng)用工程師ChrisWunderlich表示。“你可以為了降低能耗而關(guān)掉一個處理器，而在需要的時候你還可以啟動它而提高處理性能。”

Wunderlich還說，在傳動系統(tǒng)中，每一次換擋都會牽涉許多動作。增加一個處理器可以在需要的時候打開來處理這些工作，而在下一次換擋前關(guān)掉以節(jié)省能耗。

電子元器件的增加還帶來了其他一些問題，如電磁耦合現(xiàn)象。EMC會影響車輛上芯片的運行以及連接到車輛上的消費類電子產(chǎn)品，因此較低的時鐘速度可以帶來很多好處。

通用公司Ken Helfrich表示，軟件是發(fā)動機系統(tǒng)朝雙核處理器結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變過程中的主要問題(如2010年Ecotec DI渦輪發(fā)動機)。

“如果你為了提高系統(tǒng)運行性能將處理器頻率從200MHz增加到400MHz，電磁輻射的增加非常明顯——比單個EMC多幾個數(shù)量級，”Vivekanand說。他指出在一些應(yīng)用中如娛樂信息系統(tǒng)，雙核處理器可以讓工程師將時鐘速度提高一倍，而能耗卻沒有提升那么多，因此并不會增加太多的能耗。

雖然雙核處理器在未來幾年里依然會是計算機市場的主流架構(gòu)，但是汽車工程師已經(jīng)開始在汽車領(lǐng)域計劃采用更多的處理器。當(dāng)然性能更高的多核處理器可能也不會在未來幾年里就會應(yīng)用到汽車上，不過已經(jīng)有公司開始展開相關(guān)的研發(fā)項目并尋求合作事宜。

“大概一年半多前我們就同大陸公司開始討論為汽車制動和底盤系統(tǒng)開發(fā)三核處理器，”Cornyn透露道。