蘋果發(fā)布iOS9.2修復(fù)bug增加穩(wěn)定性
福特(Ford Motor)在1983年首次于Escort車系導(dǎo)入16位元英特爾(Intel)微控制器(MCU)為基礎(chǔ)的引擎噴射系統(tǒng),而汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展至今,市面上許多高階汽車已搭載超過100個微處理器,而當(dāng)初的Escort僅搭載1個微處理器。
據(jù)Semiconductor Engineering網(wǎng)站報導(dǎo),汽車內(nèi)部系統(tǒng)控制所用的電子控制單元(ECU)設(shè)計,這些規(guī)范都隨時間不斷演進(jìn)。福特汽車旗下創(chuàng)新部門全球執(zhí)行長Jim Buczkowski表示,汽車的基本系統(tǒng)歷史悠久,并隨著時間全面電子化且整合,像是窗戶從手搖式、電動式、演變到今日的智能型窗戶。
最早的汽車電子系統(tǒng)各自獨立運作,燈光、門鎖、傳動、防鎖死煞車等功能的控制器系統(tǒng)均不同,而現(xiàn)在廠商則漸漸把這些孤立的系統(tǒng)整合起來。整合的第一階段是達(dá)到資訊分享,像是感測汽車行駛速度而自動鎖上的門鎖,得將傳動控制系統(tǒng)與傳輸變化等系統(tǒng)連接成一網(wǎng)路,相互溝通、分享不同電子控制模組系統(tǒng)之間的訊號。
汽車廠商早已跳脫獨立控制系統(tǒng),導(dǎo)入控制器區(qū)域網(wǎng)路(Controller Area Network;CAN),未來也可望搭載乙太網(wǎng)路等高速通訊網(wǎng)路,用以傳輸龐大資料與訊號,整合更多微控制器功能在同一個單位當(dāng)中,同步處理許多不同作業(yè),不但降低成本也改善效能。?
傳統(tǒng)ECU主要以MCU作為基礎(chǔ),相較之下,先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)等新型系統(tǒng)需要不同的系統(tǒng)設(shè)計,因為其效能需求完全在不同層次。此外,ECU擁有更強(qiáng)大的核心,而MCU無法繼續(xù)支持這些系統(tǒng)運行,尤其是相機(jī)為基礎(chǔ)的系統(tǒng)。
而半導(dǎo)體公司正針對這類ECU做系統(tǒng)單芯片(SoC)設(shè)計,因而擁有許多SoC的IP,必須透過28納米等進(jìn)階制程技術(shù)才能實現(xiàn)這些SoC。
SoC為基礎(chǔ)的ECU設(shè)計與MCU為基礎(chǔ)的設(shè)計大不同,因為MCU是現(xiàn)成、標(biāo)準(zhǔn)型裝置,因此有各式各樣的工具供選用。然而,SoC并非標(biāo)準(zhǔn)裝置,因此得先選用適當(dāng)?shù)腎P來打造SoC,而對于OEM而言,工具環(huán)境則較無受限。
一臺汽車內(nèi)一般有50個以上的ECU,而ECU里面又有多重PCB與多重MCU、電源、類比等半裝置。Arteris執(zhí)行長認(rèn)為ECU可多達(dá)145 個,而多半是MCU。每個主要的子系統(tǒng)都擁有1個SoC,而多數(shù)功能由MCU執(zhí)行。目前改變趨勢在于,汽車現(xiàn)在由更大的、專門的子系統(tǒng)組成,而即時更新的最好方式就是透過SoC。
電動汽車大廠Tesla并沒有強(qiáng)迫所有廠商一同電子化,但Tesla的策略迫使汽車廠商重新思考汽車組成的方式。汽車的電子架構(gòu)得重新設(shè)計,才能即時更新,安全芯片得部署于整個汽車系統(tǒng)內(nèi),而軟體也得重新構(gòu)思。
除了一般條件限制、操作模式、政府規(guī)范等挑戰(zhàn)之外,目前ECU設(shè)計的最大挑戰(zhàn)之一,是在成本與電力、溫度條件限制之下,讓高效能處理器達(dá)到安全功能標(biāo)準(zhǔn)。此外,現(xiàn)代汽車由至少1億個原始碼組成,而這些程式原始碼由不同公司與團(tuán)隊設(shè)計,且得符合高需求標(biāo)準(zhǔn)與安全系統(tǒng),軟體復(fù)雜度也成為一大挑戰(zhàn)。
然而,汽車產(chǎn)業(yè)很大一部分由汽車廠商主導(dǎo),而一級(TIer 1)與二級(TIer 2)供應(yīng)商往往對汽車廠商的要求有求必應(yīng)。近年ECU設(shè)計很大變化之一是汽車開放式系統(tǒng)架構(gòu)(AUTOSAR) 系統(tǒng)建構(gòu),替汽車廠商定義標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計方式,讓廠商可以針對ECU軟體定義立下標(biāo)準(zhǔn)、溝通方式、資料類型與訊息等等。
AUTOSAR也讓汽車廠商與供應(yīng)商有更多的訊息交換,將獨立ECU樣本以數(shù)位格式傳送給一級供應(yīng)商作為數(shù)位規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)。汽車產(chǎn)業(yè)與一般消費性市場不同,得注意許多安全需求與政府規(guī)范,因此,從傳統(tǒng)引擎轉(zhuǎn)型至電子系統(tǒng)的過程也較為繁瑣。
益華電腦(Cadence)的歐洲、中東、及非洲地區(qū)汽車行銷執(zhí)行長Robert Schweiger指出,汽車產(chǎn)業(yè)的安全需求與政府規(guī)范影響面甚大,連帶間接影響到益華電腦這類電子公司及其IP產(chǎn)品。
汽車產(chǎn)業(yè)目前注重減少碳排放,低功耗技術(shù)變得相當(dāng)重要,而這不僅影響電動汽車發(fā)展,也針對傳統(tǒng)汽油車發(fā)展。因為引擎、電源線等設(shè)計都會影響汽車的總重量,進(jìn)而影響整體碳排放,此外,廠商設(shè)計ADAS車載安全系統(tǒng)時,也得遵照政府的安全規(guī)范。? 益華系統(tǒng)驗證小組(Systems VerificaTIon Group)汽車安全部門產(chǎn)品管理執(zhí)行長Adam Sherer則指出,在開發(fā)汽車系統(tǒng)時,往往比照醫(yī)療、軍用、航空等產(chǎn)業(yè)驗證標(biāo)準(zhǔn),不但要執(zhí)行功能性驗證,也得進(jìn)行安全性驗證,這也使汽車產(chǎn)業(yè)與一般消費性市場作出區(qū)隔。
現(xiàn)在,汽車產(chǎn)業(yè)得想出要如何提供驗證所需的大量資料,而這意味著從OEM、一級供應(yīng)商、IP等環(huán)節(jié)都得符合驗證需求,達(dá)到以ISO 9000為基礎(chǔ)、可重復(fù)、可追蹤的流程,且利用汽車安全整合等級(ASIL)作為品質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)評鑒。
而汽車產(chǎn)業(yè)在過去一個世紀(jì)以來,整體朝向安全性、穩(wěn)定性提升的趨勢發(fā)展。過去10年間,汽車產(chǎn)業(yè)也增加“效能”與“連接性”(connecTIvity)二種趨勢,其中效能包括油耗效能與碳排放效能,而連接性指的是車載資訊娛樂系統(tǒng)為主的連接系統(tǒng),改善人們的駕駛體驗。
Ansys-Apache應(yīng)用工程執(zhí)行長認(rèn)為,多數(shù)現(xiàn)代汽車由四大電子子系統(tǒng)組成:分別是引擎與動力傳動控制單位、安全控制子系統(tǒng)、進(jìn)階駕駛輔助子系統(tǒng),以及車載資訊娛樂子系統(tǒng)。而這四大電子子系統(tǒng)會控制車體操作與安全性能,或?qū)⒂绊戱{駛與用戶體驗。
近年來電子元件設(shè)計、積體電路效能、系統(tǒng)整合等層面提升,也改善汽車整體安全性、穩(wěn)定性、效率、以及連接性。不過,在汽車運作環(huán)境當(dāng)中,電子與安全系統(tǒng)設(shè)計得有足夠穩(wěn)定性與抗干擾性,承受攝氏-50~200度的溫差變化與高溫條件、電磁干擾等苛刻條件。
汽車電子元件的溫度穩(wěn)定性、電子遷移現(xiàn)象(electmigration) 、溫度感知疲乏(thermal aware fatigue)等狀態(tài)得先經(jīng)過模擬測試驗證,而半導(dǎo)體IC也得經(jīng)過溫度模擬測試,確認(rèn)穩(wěn)定性與壽命影響。
這些IC得承受不同程度的電磁干擾,例如感應(yīng)放電式(inductive discharge)點火系統(tǒng)、電源線放電等高能量干擾,以及天線輻射等低能量干擾。而IC本身設(shè)計也得將自身運行中產(chǎn)生的干擾,降至最小量。汽車所有重要元件都應(yīng)通過抗電磁標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證,像是ISO1152、ISO7673等等。
最后,ECU的更新作業(yè)也是很重大的改變。在過去,汽車電子系統(tǒng)無須不斷更新,而現(xiàn)在汽車廠商為跟上消費性電子發(fā)展,汽車廠商得導(dǎo)入手動或連網(wǎng)軟體更新功能,一有新標(biāo)準(zhǔn)或新應(yīng)用就能更新ECU,包括車載資訊娛樂系統(tǒng)(infotainment)或儀表板(Instrument Cluster)等等。