發布日期：2022-10-09 點擊率：87
假設8個月前你駕車駛上了一個帶急轉彎的高速公路坡道。由于轉彎時速度太快,汽車自動采取了主動安全和懸掛措施來避免駛離道路。主動安全措施包括汽車制動、電子穩定控制和安全帶的預拉。智能汽車可以記憶曾采取的主動安全措施以及當時的速度、GPS位置和軸承的情況。
現在假設你的配偶正在前述坡道上駕車行駛,但這次是在下雨天。通過調用8個月前記憶的坡道位置和車輛軸承情況,以及了解當前路況的濕滑程度,智能汽車能提前采取正確措施來防止汽車滑出坡道并撞上迎面而來的卡車。
上述事例展示了全面調用(total recall)的實際作用:智能汽車能夠使用來自不同輸入源的數據,包括以前的經驗數據,實現安全措施等應用或乘客的定制應用。
智能汽車也需要記憶
汽車正變得越來越智能。不管是它的導航系統、娛樂系統還是電子穩定控制和主動安全措施,車載嵌入式處理功能一直都在不斷地提高。據Gartner Dataquest公司預測,到2014年電子部件成本將占新車成本的30%,而其中半導體器件所占份額也將越來越高。這些汽車系統中大多數是基于當前狀態而不是歷史數據處理信息的。我們可以想像,大量的智能操作可以利用內置的永久存儲器來實現。
現在的汽車一般都有某種類型的永久存儲器,但這離全面調用功能還相差甚遠。永久存儲器包括像硬盤這樣的磁性存儲器件、非易失性固態存儲器或汽車引擎關閉時仍連著電源的SRAM。
用于定制化的功能全面調用
設計人員面臨的最大挑戰是如何設計一輛能利用永久存儲器實現產品差異化的汽車。當智能汽車具有足夠的永久性存儲器時,定制化是可以得到充分開發的一個領域。定制可以用于某些用戶接口,或者應用于用戶看不見的地方--汽車的工作狀態。
許多定制參數可以由用戶明確設置,如后視鏡或座位調節位置。其他的定制可能是基于經驗的,例如記住危險路況或個人的特殊駕駛特征。任何基于經驗的定制系統應允許用戶方便地修改、復位或取消汽車對特定過程的學習。
許多定制設置要求電子系統能夠識別車內的每個人,只有這樣電子系統才可提供全定制。能提升對永久性存儲器的需求、并使全面調用的定制成為現實的應用包括:
1. 引擎和傳動鏈性能,包括老化參數、燃油效率、噴射和錯誤代碼等。性能也可以針對每個駕駛員進行個性化；
2. 乘客舒適性,包括記住司機或乘客設置的座位位置、后視鏡位置、溫度甚至是可選擇的儀表板顯示內容等。例如,一個司機可能喜歡在可定制的顯示器組或頭戴式顯示器(HUD)上顯示轉速,另一個司機卻喜歡顯示時鐘；
3. 導航輔助系統具有地標興趣點的GPS測繪。例如,像地圖清晰度級別或道路擁塞報告等顯示器設置可以針對每個司機進行個性化定制。導航功能還可以用來記錄和提醒父母有關他們孩子的駕駛習慣；
4. 主動安全措施包括電子穩定性控制以及提供不同國家交通信號信息的交通信號識別功能；
5. 帶家長控制功能的后座娛樂屏幕,可以根據放映內容和乘客確定觀看優先權。
在上述應用領域的組合中,例如由電子穩定性控制功能啟動的主動安全措施可以使用之前經驗存儲的GPS信息。目前主動安全程序只能根據當前數據作出反應,并不對先前的經驗數據進行處理。
如果汽車設計想要充分利用每年遞增使用的電子器件的優勢,永久性存儲器的容量必須相應增加。在汽車存儲器中存儲定制設置數據和信息的需求變得越來越迫切,即使汽車電池被斷開連接時它也必須保持其中的內容。
智能汽車中的每個應用系統都包含了一個與汽車中其他處理節點相連的處理節點。在相互連接的網絡節點中增加可用的永久性存儲器將形成一個經驗節點網絡(圖1)。這些經驗節點允許汽車定制設置,如根據系統以前學到的經驗進行處理和執行操作。
圖1:分布式使用永久性存儲器以實現基于經驗的定制。
用于汽車安全的全面調用
Garnter公司表示汽車安全的下一個重要增長領域是主動安全電子。該公司預測,今后50%的新車將裝備電子穩定控制系統(ESC)。對牽引力控制系統(TCS)、剎車輔助系統(BA)和自適應導航控制系統的預測也大致相同。
眾所周知,這些系統可獲得的預碰撞信息將有助于防止災難性車禍。目前的系統可能只有幾分之一秒的時間用來對突發情況進行分析并做出反應。盡可能早地向這些系統提供有用的信息能使這些系統的預防作用更加成功。即時信息來自傳感器,如毫米波雷達、傾斜與偏航傳感器、牽引和傳動控制等。全面調用需要收集即時信息以及從以前的經驗中得到的數據,比如司機的反應能力以及以前在特定GSP位置和方向處獲得的傳感器和ESC動作數據。
知道需要存儲什么信息與能夠調用這些信息同樣重要。存儲太多的信息以便以后使用是不切實際的,只有重要的事件才應被存儲進永久性存儲器。
圖2:下一代汽車安全電子。
全面調用的實現
對于供娛樂系統使用的大量數據來說,或許需要使用硬盤作為存儲介質。車內的其他系統可能使用非易失性存儲器或帶恒定電源的SRAM。許多車輛用SRAM保存無線電臺分配等設置信息,但當汽車電池斷開時會丟失所有存儲的信息。永久性存儲器最好用真正的非易失性存儲器(如閃存)實現。
隨著越來越多的半導體器件被集成進汽車,FPGA的使用量也相應地增加。FPGA通常都帶有非易失性存儲器,無論它們是基于單片閃存的FPGA還是使用外部啟動存儲器的基于SRAM的FPGA器件。當電源關閉時,基于SRAM的FPGA將丟失這些配置信息,包括任何新的定制數據。因此,任何新獲取的定制數據必須存儲在片外。
如果小尺寸或瞬時啟動特性是設計優先考慮的因素,那么帶片上閃存的FPGA是個很好的選擇。現在也有的FPGA器件在單芯片中同時嵌入了閃存和SRAM。這些器件同時具有CPLD的受保護立即啟動性能和SRAM FPGA的速度與容量優勢。這些器件不需使用外部存儲器實現SRAM的啟動配置或預加載內部嵌入式RAM塊(EBR)。像LatticeXP2 FPGA系列這樣的新一代非易失性FPGA器件有一個特點,即能夠將內部SRAM EBR存儲器塊內的內容寫回閃存,從而成為器件下次啟動時的默認信息(圖3)。如果FPGA中使用了軟處理器,EBR內的可變信息也可以被寫回閃存。
圖3:可用于存儲設置信息的帶閃存的LatticeXP2 FPGA。
對基于SRAM的FPGA來說,用于啟動編程的SPI閃存也可以用來保存定制數據。由于SPI存儲器內的額外比特比較便宜,而且不占用額外的電路板面積,因此用SPI存儲器實現數據存儲非常有意義。
為了滿足汽車要求,很重要的一點是要確保FPGA符合AEC-Q100標準以及確保供應商獲得了TS16949認證。如同任何閃存器件一樣,設計必須考慮器件支持的寫入次數。比如保證最少1萬次寫入次數的閃存器件如果一天寫一次可以用27年以上。任何閃存器件的壽命都可以通過審慎地使用閃存來延長。
快速啟動的汽車
隨著電子系統的日益復雜,啟動時間變得越來越慢。為了保持快速的啟動性能,非易失性FPGA在設計時需要使用從片上閃存到分布于整個架構的編程SRAM的寬帶通道(圖4)。這種方案可以讓FPGA在1ms左右完成初始化啟動過程。而基于SRAM的FPGA需要數百ms才能完成啟動。這一點很重要,因為智能汽車系統必須在使用前完成全部節點和網絡的初始化。快速啟動對全面調用取得成功而言是非常有必要的。
圖4:具有閃存寫回功能的FPGA器件可實現快速編程和高安全性。
其他重要的存儲器選擇
其他永久性存儲器還包括可移動的固態存儲器和板載硬盤,它們可以用來定制需求高存儲容量的應用,如娛樂內容或導航系統。舉例來說,可以在PC機上利用強大的在線興趣點搜索和地圖輔助功能計劃你的旅程,然后將信息傳送到具有插入式閃盤或藍牙存儲器件的汽車。這些存儲器件也可以用來存儲或傳送來自汽車的信息。
本文介紹的幾種方法可以用來使汽車電子系統變得更加可定制,也更善于利用經驗數據。本文推薦采用基于經驗的定制方法以及分布式永久性存儲器技術。全面調用功能可以定義為從永久性存儲器調用信息的能力,這些信息將與當前傳感器輸入數據一起作用于智能汽車。
作者:John Swan
IP產品營銷部
萊迪思半導體公司
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