浅析汽车电子系统中的处理器的选择

针对汽车应用的信号处理器

　　在当今的汽车系统中，有很多类型的芯片用于完成信号处理任务，从8位MCU到DSP，再到FPGA。在信号处理扮演重要角色的系统中，8位和16位MCU现已不常被采用，因为它们的处理性能有限。为降低成本，系统开发商往往选择那些性能正好够用的处理器。但对某些应用，预留一些性能空间是比较明智的，尤其是车内信息娱乐系统，更能从这一性能空间的灵活性中获益，因为有些功能应用（如语音识别、导航及音频控制）在选择处理器时发展得尚不完善。

　　32位嵌入式通用处理器（GPP）一般用于中等性能要求的汽车信号处理控制系统。这一档次的处理器一般采用RISC结构，所用指令简单、普通且几乎无并行指令。GPP在强调决策和控制流变化的算法处理上特别有效，但许多情况下其信号处理性能也不错。此外，GPP也是很好的编译对象。与一些难于编译的特殊DSP结构相比，GPP编译代码是相当有效的。流行的32位GPP结构（比如MIPS、ARM和PowerPC）已广泛应用于汽车和非汽车应用系统。

　　市场的广泛认可所带来的优势包括丰富的第三方软件组件供应和强大的开发工具支持。这一类别的处理器包括德州仪器的TMS470系列（基于ARM7内核）和飞思卡尔的MPC500系列（基于PowerPC内核）。这两种处理器都在32位通用处理器内核上集成了汽车专用外设。飞思卡尔的MPC500系列处理器集成了外设、存储器和专用I/O接口，主要针对引擎和变速控制应用，它带有大容量的闪存、多个CAN接口、一个Nexus调试接口、多个ADC，以及多个先进的定时模块。

　　DSP、DSP/GPP混合器件以及DSP增强型GPP一般用于车内信息娱乐系统及需要信号处理功能的控制系统。这些处理器带有特殊的功能，包括多积聚硬件、大容量存储带宽，以及采用多运行算法的指令。这些特性综合起来，可大大加速数字信号处理算法，比同样时钟速率的GPP要快得多。

　　DSP/GPP混合器件及DSP增强型GPP意在集成DSP和GPP的最佳特性：DSP的信号处理功能以及GPP在决策密集型算法和编译代码中的高效率。这种功能组合对那些既要求信号处理又需要决策处理的系统尤其重要。这类处理器包括德州仪器的TMS320C2000系列、飞思卡尔的MC56F83xx系列、瑞萨的SH7760，以及模拟器件公司的ADSP-BF53x（Blackfin系列）。

　　FPGA似乎不大适合汽车处理应用，因为它们一向以昂贵著称。然而，最近几年FPGA供应商推出了一系列低成本、高效率的器件，使得FPGA也成为汽车系统的可选方案。与传统的固定结构处理器（比如DSP和GPP）不同，FPGA不受预先设定的指令集限制。相反，FPGA可为系统设计者提供极大的设计灵活性，以便开发适于特定应用的处理结构。

　　由于FPGA具有强大的并行处理能力，其信号处理速度比最快的固定结构处理器还要快。但高性能是要付出代价的：基于FPGA的信号处理系统的开发成本要比固定结构软件开发的成本高得多。虽然FPGA在汽车系统中的作用会逐渐扩大，但目前它主要用于车内信息娱乐系统的接口。当然，一旦FPGA进入汽车系统，它就会有更多其它用途，有可能会替代其它系统组件的功能。

　例如，随着用FPGA实现"软"处理器内核的出现，就像Altera的Nios II和赛灵思的MicroBlaze（二者都是32位RISC处理器内核），微处理器可能会更多地采用FPGA实现，而不是单独的芯片。这样可节省成本，因为软核可以定制（设计者可以包括和剔除某些特性，也可以在功能和资源消耗上左右取舍），而且还易于实现与采用FPGA结构的专用硬件（比如特定算法加速器)的接口。

　　数字信号处理器遍布汽车各个角落

　　随着汽车应用的电动和电控程度越来越高，数字信号处理将遍布汽车的各个角落。那些已经采用数字信号处理的应用将会增加计算负荷，从而促使新一代高性能汽车处理器的发展。例如，飞思卡尔新型MCP5554处理器的运行速度是其前一代产品MPC566的两倍，而且新增的SIMD指令执行功能可进一步提高其信号处理性能。

　　数字信号处理在汽车领域的新应用既包括需要高信号处理性能的计算密集型应用（如车道跟踪系统），也包括仅需一般处理性能的应用（如胎压监控系统－TPMS）。面向汽车信号处理应用的处理器具有很宽的性能范围，而且将来更会趋于多样化。
基于视频的安全和信息娱乐系统等高端应用将需要更高的信号处理性能，而TPMS等低端应用则需要节能高效的处理性能。

　　更多的处理器，更广的性能范围，这一趋势何时是尽头？也许要等到嵌入式处理器渗透到汽车系统的每一个角落。想象一下这一场景：除了集成进每个轮胎的气压监控器外（新型汽车将会强制实施），每个轮胎还内置一个处理器用于收集和转发关于其状态和性能的信息。例如，轮胎可能会自动发出警告："这是右前方轮胎，我注意到路面是湿的，但我的胎面花纹深度不足以应付这种状况。"

　　你也许认为这有点太超前，但在汽车系统中采用更多的处理器将是不可逆转的趋势。鉴于半导体产品的成本不断降低，以及智能汽车器件的潜在好处，可以预见有一天我们的汽车将配有智能轮胎。