汽車產(chǎn)業(yè)利用可重配置硬件技術(shù)，可靈活地綜合車載功能。

　　當(dāng)今的汽車制造商正在把越來越多的高級(jí)功能添加到汽車電子控制單元 （ECU）中，以改善駕駛體驗(yàn)，增強(qiáng)安全性，當(dāng)然還期望超過同類競(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)品的銷量。在這種情況下，汽車開放系統(tǒng)架構(gòu) （AUTOSAR） 計(jì)劃和功能安全國際標(biāo)準(zhǔn) ISO26262 正在快速成為汽車 ECU 設(shè)計(jì)的技術(shù)和架構(gòu)基礎(chǔ)。

　　為了滿足新車型日益提高的功能需求，汽車電子產(chǎn)品的密度不斷增大，FPGA 廠商也正在不斷推出更大型的器件。這些器件能夠集成所有的應(yīng)用，而且與前代器件相比，功耗更低，價(jià)格更具競(jìng)爭(zhēng)力。這種趨勢(shì)意味著可重配置計(jì)算技術(shù)在汽車產(chǎn)業(yè)將會(huì)得到進(jìn)一步推廣和應(yīng)用。

　　我們推出了一種具有開創(chuàng)性的方法，即使用可編程 FPGA 器件而非基于 MCU 的平臺(tái)作為 ECU 的基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)出一款能夠同時(shí)滿足 AUTOSAR 和 ISO 26262 標(biāo)準(zhǔn)的汽車 ECU。我們的設(shè)計(jì)方法對(duì)可重配置硬件的關(guān)鍵特性，比如并行性、可定制性、靈活性、冗余性和多功能性進(jìn)行了充分的探索。在概念設(shè)計(jì)完成后，我們希望在原型中實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)。為此，賽靈思 Zynq?-7000 可擴(kuò)展處理平臺(tái)成為了理想選擇。該款 FPGA平臺(tái)將 ARM? 雙核 Cortex?-A9 MPCore 硬處理器和具備動(dòng)態(tài)部分可重配置功能的 28 nm 賽靈思 7 系列可編程邏輯器件完美結(jié)合在一起，不但可充分滿足所需要求，而且還配備有 CAN 和以太網(wǎng)等車載網(wǎng)絡(luò)常用的片上通信控制器。

　　新興應(yīng)用

　　目前汽車計(jì)算能力借助通過通信網(wǎng)絡(luò)互連的ECU來分配。在未來幾年內(nèi)，由于機(jī)動(dòng)車輛中新應(yīng)用的興起，這樣的計(jì)算能力有望進(jìn)一步提高。這些新應(yīng)用包括安全和駕駛員輔助功能、車輛間通信功能、舒適性和控制功能、車載娛樂功能以及為數(shù)眾多的混合動(dòng)力電動(dòng)技術(shù)。毫無疑義，車輛電子設(shè)備的數(shù)量預(yù)計(jì)還會(huì)增加。根據(jù)分析人員的預(yù)測(cè)，汽車應(yīng)用半導(dǎo)體市場(chǎng)的規(guī)模將在未來五年內(nèi)以 8% 的年均復(fù)合增長率 （CAGR） 增長。其中增長最快的細(xì)分市場(chǎng)之一涉及到微控制器 （MCU） 和可編程邏輯器件，比如現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列 （FPGA）。

　　在車載功能的數(shù)量和先進(jìn)性與日俱增的同時(shí)，設(shè)計(jì)和管理這些系統(tǒng)變得日趨復(fù)雜，汽車制造商認(rèn)為有必要采取有效方式來解決這一難題。其結(jié)果就是當(dāng)今 AUTOSAR 和 ISO 26262 兩大標(biāo)準(zhǔn)都在影響著實(shí)際汽車 ECU 軟硬件系統(tǒng)的架構(gòu)、設(shè)計(jì)和部署方式（見側(cè)邊欄）。

　　2003 年由多家汽車制造商共同制定的 AUTOSAR 標(biāo)準(zhǔn)旨在為分布于車輛中的 ECU 定義標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)軟件架構(gòu)。而 ISO 26262 標(biāo)準(zhǔn)的目的則以功能安全性為中心，實(shí)質(zhì)上是以避免或檢測(cè)并處理故障為目的，從而減輕故障影響并防止出現(xiàn)對(duì)任何既有的系統(tǒng)安全目標(biāo)的違反行為。隨著全新的安全關(guān)鍵功能（比如駕駛員輔助或動(dòng)態(tài)控制）的推出，功能安全性已經(jīng)成為汽車開發(fā)中的關(guān)鍵問題之一。ISO 26262 標(biāo)準(zhǔn)于 2011 年批準(zhǔn)生效，可為軟硬件的安全開發(fā)提供支持。

　　因此，整個(gè)ECU 的設(shè)計(jì)和開發(fā)流程由需要系統(tǒng)性進(jìn)程的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行管理。我們的工作就是設(shè)計(jì)一款高性價(jià)比嵌入式計(jì)算平臺(tái)，采用可重配置硬件技術(shù)實(shí)現(xiàn)優(yōu)化的系統(tǒng)架構(gòu)。

　　系統(tǒng)架構(gòu)

　　AUTOSAR 和 ISO 26262 標(biāo)準(zhǔn)主要從軟件開發(fā)的角度著眼，面向的是基于微控制器單元的計(jì)算平臺(tái)。但是，硬件/軟件聯(lián)合設(shè)計(jì)和可重配置計(jì)算技術(shù)的應(yīng)用可為這個(gè)領(lǐng)域帶來眾多優(yōu)勢(shì)。雖然標(biāo)準(zhǔn)的 MCU 往往是汽車 ECU 硬件平臺(tái)的最佳選擇，但隨著新型 FPGA成本的不斷降低，加上部分 FPGA 產(chǎn)品內(nèi)部集成有硬核處理器，使得 FPGA 器件也成為這個(gè)市場(chǎng)中值得廣泛應(yīng)用的理想解決方案。此外，汽車中不斷集成新的嵌入式功能的趨勢(shì)也提出了對(duì)并行計(jì)算架構(gòu)的需求。這在當(dāng)今的車載信息娛樂領(lǐng)域尤為明顯，在這種領(lǐng)域中高速數(shù)字信號(hào)處理正在敞開大門迎接 FPGA 技術(shù)。像賽靈思這樣的可編程邏輯供應(yīng)商和像 MathWorks 這樣的 EDA 工具廠商已對(duì)這個(gè)領(lǐng)域表現(xiàn)出明顯的興趣。

　　為了在汽車應(yīng)用中發(fā)揮可重配置硬件的全部優(yōu)勢(shì)，我們將以關(guān)于部署最終用戶功能的汽車計(jì)算網(wǎng)絡(luò)中最為重要的 ECU 之一——“車身控制器模塊”為重點(diǎn)，通過使用案例展現(xiàn)這種技術(shù)的潛力。該ECU也稱為“車身域控制器”，負(fù)責(zé)綜合和控制車輛中主要的電子車身功能，比如擋風(fēng)玻璃雨刷/噴水系統(tǒng)、車燈、搖窗器、引擎點(diǎn)火/熄火、車外后視鏡和中控鎖。我們的目標(biāo)是在FPGA平臺(tái)上設(shè)計(jì)出一款配備有安全關(guān)鍵功能且符合 AUTOSAR 的 ECU 系統(tǒng)。