实现灵活的汽车电子设计方案

微控制器在汽车和消费类市场上得到了广泛的应用，其主要优势在于能够以相对较低的成本实现系统高度集成。然而，这类产品也有潜在的成本问题。例如，如果元件功能不切合要求，就必须采用外部逻辑、软件或其他集成器件来进行扩展。此外，随着最终市场需求的迅速变化，微控制器会很快过时。许多具有一定数量专用接口的特殊功能微控制器在经过短期试用后，并不能完全满足市场需求，系统供应商不得不重新设计硬件和软件，甚至在某些情况下对处理器内核进行改动。

ASSP微控制器面临的两难

传统微控制器生产商面临影响整个市场的两难问题。微控制器是专用产品，因此，对每一种应用，必须采用新的不同特性的微控制器。为了能够以一种微控制器内核结构来应对更广阔的市场，生产商提供系列微控制器，其型号接口和功能各不相同。可是这些混合特性在很多时候并不能完全满足用户需求，因此，为了扩大客户群，必须围绕具体内核结构开发新的接口和功能。

采用老技术以较低的生产成本来实现微控制器时，这种策略非常成功。然而，现在为提高系统集成而采用了最新的工艺技术，这样，开发新型微控制器的成本大大增加。只有很少的客户需求有很大的产量，这表明专门
针对一个客户来生产这类专用器件不再是可行的商业行为。结果是新型微控制器趋向于标准产品而不是专用器件，其功能越来越多，以吸引整个市场。虽然这些附加特性使微控制器功能更强，但也大大提高了成本，更难应用于对成本敏感的市场，如汽车和消费类电子。不从根本上着手芯片功能，很难解决这一两难问题。

灵活的微控制器解决方案

对该问题一种可能的解决方案是采用FPGA来灵活地实现芯片功能。这些器件大大缩短了工程开发时间，降低了芯片多次试制的成本，是微控制器有力的替代方案。在设计过程中，FPGA不像微控制器那样会漏掉某些特性，它可以编程，并根据需要重新编程，快速完成原型开发，更迅速地将产品推向市场。如果需求变化了，甚至还可以在现场对其进行更新——即使是器件已经在产品中应用了。

汽车系统图像控制器应用就是FPGA优于传统控制器的一个例子，如图1所示。尽管汽车市场需要低成本FPGA来实现图像等各种功能，但要采用大量的芯片，因此，在可编程器件中实现复杂功能的成本太高了。



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而灵活的微控制器不但性价比好，而且非常切合用户需求。以采用了90nm结构化的ASIC，Altera HardCopy器件为例，它性价比高，作为基本芯片，其功能在大量经过预定义和灵活的构建模块库中进行选择，可以针对客户需求进行定制。

总线体系结构

传统上，微控制器一直采用单总线，由仲裁器对总线监控，分配资源。这对总线而言非常不利，作为系统的中心资源，它很快就成为瓶颈。因此，较新的系统采用多层总线，特别是多条总线并行工作的SoC。

考虑到EMC和功耗问题，有时可以采用和系统其他部分运行速率不同的外围模块。当以更高的速率运行存储器接口，使访问时间相对较短，而系统其他部分运行在较低时钟速率时，这种方法比较有用。还可以将许多采用低时钟速率便能够工作的模块整合到一起。为满足EMC或者功耗要求，使用SOPC Builder等工具能够轻松地将这些单元与其他运行速率很高的系统分开。这样可以自动生成同步不同时钟域所需的逻辑，而设计人员只需要指定哪些模块运行在给定的时钟域上。

在FPGA中实现微控制器

由于这类系统要比简单的图像控制器复杂得多，在大多数情况下，FPGA被用作原型开发工具。采用FPGA作为原型大大降低了开发风险，它可以进行全面的验证、固件开发和现场测试。

使用FPGA进行原型开发意味着工程师可以在系统运行器件，在真实的环境中进行测试。这样，工程师能够确定仿真过程中难以发现的潜在设计缺陷。

对系统进行现场测试有利于发现系统和器件缺陷，而这在实验室中却难以实现。在很多情况下，销售人员为获得订单而有必要进行系统演示。对于最初的规范，还需要加入某些新特性和功能。不论是以前没有发现的问题还是加入新特性，FPGA原型开发可以迅速进行修改，不但没有较大的一次性工程成本，而且生产周期较短。

灵活的微控制器解决方案中的最终单元是ASIC开发。建立并测试原型系统后，Altera可将其转为HardCopy结构化ASIC。与其他的结构化ASIC不同，HardCopy器件使用和FPGA原型相同的构建模块，因此，不必重新对设计进行综合，或者进行更多的验证。使用 HardCopy器件的周转时间较短，设计人员可以很快完成FPGA逻辑，有效降低成本。

结论

下一代汽车电子系统需要采用非常专业的低成本器件，以满足市场需求。考虑到目前工艺技术开发成本的攀升，对传统微控制器进行专门处理有些不切实际。而针对较大市场范围的多功能器件价格昂贵，也不实用。相反，灵活的微控制器方案针对具体应用开发合适的微控制器，在FPGA中实现原型开发。设计完成后，甚至是在设计过程中就可以立即进行验证、软件开发和现场测试。对于批量生产，FPGA设计直接映射到HardCopy结构化ASIC，而不用重新综合或者再次验证。