应对汽车电子嵌入式设计的若干挑战

随着越来越多的电子设备渗透到汽车应用的各个领域，电子控制模块(ECM)的数量正在不断扩大——汽车负载的增加势必导致汽车的整体功耗增加。以增大电池体积来满足不断增长的功耗要求，是应对这一挑战的方法之一。然而，大体积电池并非总能适用于空间受限和重量敏感的环境，并且它也会造成对油耗的不良影响。另外，控制功耗、缩小体积、实现ECM的联网以便诊断和软件重用，同时提升产品性价比、灵活性并能快速迎合市场需求，也始终是汽车电子供应商面对的难题。

Microchip公司亚太区汽车产品营销经理Stephen Chan表示，汽车OEM正致力于使汽车产品更加安全、智能和节能，他们在此过程中所面临的各种挑战也推动了汽车电子产品的持续发展。电子产品一直是汽车当中发展最迅猛的一个分支，这一分支甚至超过了机械、气动和液压系统。嵌入式系统设计人员正在不断地开发新型的ECM，从而使得汽车能够满足驾驶者的需求，并达到环保的要求。汽车电子的发展很大程度上要归功于不断增长的对低油耗、安全性、舒适性、防盗性和高级驾驶信息应用的要求。

另外，随着全球汽车市场的不断壮大，尽管不同地区在实现具体方案的难易程度和时间要求上各有不同，但所要应对的挑战却基本一致。全球化几乎对汽车电子产品的功能没有任何特别要求。在汽车电子创新方面，欧洲一直都是颇受认可的佼佼者。中国和其他地区也正在紧紧跟随着汽车电子市场不断扩大的脚步。就目标车型而言，一旦大众的购买能力达到一定程度，就将立刻着手生产。

他认为，应对汽车电子功耗更好的解决办法，是解决那些会在点火装置关闭时耗能的ECM的功耗需求。由于点火装置关闭时仍然耗能的功率负载(如多媒体系统等)有所增长，汽车OEM不得不严格控制点火装置关闭时的功耗预算。Microchip不断推出的新型nanoWatt XLP(超低功耗)单片机系列产品，给多媒体系统的嵌入式系统设计人员提供了更多解决方案，以便其在要求高能效运行而又不牺牲性能的环境当中采用(参见表)。

Microchip nanoWatt XLP MCU与竞争者MCU产品的功耗对比

功耗管理单片机包含片内闪存程序存储器，由于无需外部元件，因而使得系统的效率最高、可靠性增大并使得成本和占板空间最小。提供多种功耗管理模式供设计人员灵活切换，并在其应用程序软件中安排节能子程序。开发的创新型解决方案，使得单片机可以更加高效地执行功耗管理任务，这一点颇受汽车嵌入式系统设计人员青睐。理想情况下，单片机应能在其工作频率范围内提供灵活的功耗管理模式。功耗管理单片机的功能必须多样化，并能向设计人员提供技术上可行的高成本效益解决方案，以应对与多媒体娱乐系统中可靠地低功耗运行相关的复杂挑战。

能够满足空间要求各异的应用并且使价格尽可能低廉，是嵌入式系统设计人员必须要满足的普遍要求。对于跨平台的设计，大多数差异由软件实现方案解决，以满足从低端到高端的不同应用的需求。他强调，由于上市时间始终是个关键因素，Microchip强大的移植兼容性方便工程模块的重用，从而节省宝贵的开发时间和总成本。PIC单片机系列的标准化引脚排列模式支持代码库的开发，这通常是其他单片机供应商无法做到的。PIC单片机架构还能提供插槽、软件和外设兼容性，从而为设计人员提供出众的灵活性——这一点独一无二，例如，每个引脚都具有数个外设功能，设计人员无需修改印刷电路板即可添加或交换功能，因而能够最大程度减少或彻底免去重新设计的成本。

重用经证明的工程模块不仅能节省时间和成本，还能直接提高整个系统的质量——因为设计人员已完全了解早期设计的性能，能够将得到的相关经验运用到当前的设计中。兼容性和重用性最终提高了整个产品的开发效率，在目前缺少经验丰富的嵌入式设计人员的行业环境下，这一点尤其重要。

消费者的购买能力是电动/混合动力汽车成为主流私人交通工具的主要障碍之一。建立基础设施，为简化汽车操控提供支持，是另一个原因。随着电机在电动/混合动力汽车系统架构中的应用不断扩大，数字电源转换对这些新系统的发展至关重要。设计的电源要求有多路输出，能协调负载均衡，且具备热插拔能力及各种故障处理能力，这样的设计是一件复杂而富有挑战的事。采用模拟电路来实现系统控制功能，有时候并不能达到较高的成本效益或灵活性。对电源转换反馈回路采用智能化数字控制是一种更具成本效益的替代方法。新推出的数字信号控制器(DSC)带有智能功率外设，具有基于计数器的脉宽调制模块、基于模拟比较器的反馈和协作式模数转换器(ADC)采样，并且提供能在一个时钟周期内完成的快速乘法运算能力。这些功能的组合使得DSC能够处理控制环软件所需的高执行速率。Microchip的dsPIC33F“GS”系列数字电源DSC，允许采用全数字控制电源转换和系统管理功能。

dsPIC数字电源器件自带的SMPS解决方案和丰富的外设，使得工程师能设计出无需大量采用外部支持芯片的解决方案。因此，和其他方案相比，采用dsPIC DSC SMPS解决方案，开发人员使用的元件数可减少20%。

dsPIC DSC SMPS解决方案不仅节省了空间和成本，而且还具备专用于支持高级电源转换的特殊功能。它包括一个智能功率外设。智能功率外设由独立的PWM、ADC和模拟比较器外设构成，通过一根内部可配置的控制光纤连接，允许其相互间直接交互。可配置控制光纤的功能包括：控制比较器、PWM和ADC的协同工作；通过软件设置/脱离软件运行；精确控制ADC转换时序；控制PWM模块对故障的响应。可配置控制光纤的优势在于：在无需固件干预的情况下提供实时响应；扩大选项的控制范围；可适用于各种控制方法；以及提供故障保护控制。

至于面向中国市场的服务，他表示，中国汽车电子模块供应商的开发团队遍布全球，这就要求在相应的地区有相应的支持，从而满足他们的需要。技术支持的不断发展，是半导体供应商在市场中取胜的关键。Microchip在中国的技术人员，能够为嵌入式汽车电子设备的设计人员提供支持，并且，Microchip在中国举办的各类技术论坛和技术精英年会(MASTERs)，也使嵌入式设计人员有机会体验和探索到Microchip提供的创新型解决方案。

此外，Microchip提供的汽车嵌入式解决方案还包括其他众多产品，例如：角度传感器、引擎冷却风扇、引擎关闭定时器、湿度传感器、气囊碰撞传感器、接近传感器、雨刮器控制、车前灯控制、座椅记忆控制、音频控制、变速器控制、燃油泵控制和倒车影像装置等。