轿车正阅历着一场数字革新的洗礼：纯机械体系和模仿电子的年代一去不复返。如今的轿车是数字化的轿车，内置了几十乃至上百个嵌入式处理器，它们通过数字网路相互连接，以操控和优化轿车内简直每一个体系的作业。将来的轿车会集成更多的处理器，由于先进的运用和功用要求更为杂乱的信号处理算法，包含安全、引擎和尾气排放操控、驾驶者与轿车的交互界面，以及车内信息和文娱体系等。
轿车商场要求处理器供货商做出长时间的许诺。例如，轿车制作商有时要求其供货商对某一处理器产品供给长达10~15年的供给许诺。下面咱们将讨论针对轿车数字信号处理运用的各种处理器类型，以及各个类型的优缺点。此外，咱们还将剖析轿车运用的特别要求对面向轿车商场的处理器的影响。
轿车运用中处理器的挑选
轿车体系所用处理器的挑选受多种要素的影响。最首要的挑选规范一般包含轿车认证资历、片上集成度、功用、价格和节能等。软件开发五金|东西的质量及软件组件的可用性也会影响到处理器的挑选。处理器供货商对其产品的许诺以及将来的开展规划等也是重要的考虑要素。
由于关系到生命安全，轿车引擎、气囊操控和刹车体系等要害的轿车安全体系对处理器有非常严厉的可靠性和经用性要求。因而，轿车安全体系运用对处理器供货商来说是最严峻的检测。这些运用要求处理器取得轿车认证资历，并且这类处理器都需求专门的规划、制作、封装和测验办法。
有许多非要害信号处理轿车体系也需求许多的处理器，比方车内导航和文娱设备。尽管轿车整车制作商和轿车电子体系供货商对这类运用也要求高质量的组件，但要求究竟没有要害性安全运用那么高。例如，用于车内体系的处理器一般不要求取得轿车认证资历。
现在，对功用要求最高的轿车信号处理运用是车内导航和文娱体系。再过几年这一景象或许有所改动，由于新的安全体系开端选用视频和雷达处理，并且引擎和刹车操控体系将选用根据模型的杂乱核算办法，现在盛行的查找表参阅办法也将被杂乱的实时运算办法所代替。
在处理器上集成恰当的外设、存储器和I/O接口有助于进步功用和安稳性，以及下降功耗和体系本钱。轿车运用的片上集成要求与其它信号处理运用有很大的差异。因而，面向轿车运用商场的供货商有必要针对这些运用的特别要求而专门规划其处理器。多通道模数转换器对面向轿车操控体系的处理器特别有用。例如，一个引擎操控体系一般要接纳来自数十个模仿传感器的输入信号。
对面向轿车操控体系的处理器来说，片上闪存是一个要害特性，由于这些体系要运用很大的查找表，有时需求现场更新。如引擎操控体系所用的查找表就包含来自各种操控组件(比方加油器和焚烧线圈)的数万个校准点(或相似输出值)。校准点数据一般是在轿车出厂前在实验室确认的，但轿车运用一段时间后某些校准点或许需求调整。片上闪存就能够使用从轿车经销商处下载的数据现场更新校准点或操控算法的其它参数。
与选用独自的闪存芯片比较，将闪存集成在处理器上的最大优点在于体系功用的进步和本钱的下降。尽管集成的片上闪存对体系开发商很有价值，但处理器供货商要完结它却非易事。经轿车认证的处理器对高温的要求比干流闪存技能所能接受的温度要高。可想而知，在这一商场上竞赛的处理器供货商往往需求投入许多的资源以开发可在轿车体系上安稳作业的闪存技能。
数字网络收发器有助于分布式体系中处理器间的通讯。有各式各样的网络协议针对不同的轿车体系。面向特定轿车运用的处理器一般都为相关协议集成了网络收发器。例如，操控域网络(CAN)协议一般用于引擎和变速操控网络。而面向媒体的体系传输(MOST)协议则针对车内信息文娱运用，如音频、视频、导航及通讯等。
关于面向要害运用的处理器，先进的片上调试追寻单元也非常有用。这种追寻功用可为体系开发者供给具体的处理器、软件和操作体系情况信息，这些信息对验证和调试特别有用。针对全球嵌入式处理器调试接口的Nexus 5001论坛规范界说了软件与片上调试硬件的接口。该规范最早由IEEE行业规范和技能安排(IEEE-ISTO)于1999年拟定，现已更新到IEEE-ISTO 5001-2003。该规范的开发者期望它能够鼓舞开发东西供货商将片上调试追寻单元添加进来，或加强对它的支撑。
车内信息和文娱体系是当时轿车运用中对核算功用要求最高的信号处理体系，首要是由于这些体系涉及到视频处理等需求强壮信号处理功用的运用。一个高级信息文娱体系或许包含多通道音频体系、DVD播放器、GPS导航体系，以及免提移动电话，所有这些都集成进一个体系内。针对车内信息文娱体系的处理器包含相对高功用的DSP、DSP增强型通用处理器(GPP)，以及DSP/GPP混合器材。这些处理器一般作业于200至750MHz的时钟速率规模内。
相反地，针对引擎和刹车操控等要害操控体系的处理器一般都是中等功用的处理器。选用较大的芯片制作工艺(如0.18或0.25微米)比较简略满意高温等恶劣作业环境的要求，并且操控运用的处理速度要求一般不太高。因而，相对较低的最大处理器时钟速度(40至150 MHz)和较大的制作工艺是这类运用的最佳挑选。但是，这类运用对处理功用的要求也在不断进步，处理器供货商有必要调整战略，以便在满意高温要求的一起取得更高的功用。
轿车运用对价格特别灵敏。处理器供货商不得不开发高集成度的专用处理器以下降体系本钱。尽管轿车运用对价格比较灵敏，但轿车资历认证进程却价值不菲，并且这些本钱会添加芯片本钱。成果，通过轿车资历认证的处理器一般要比非认证的同类产品贵。在轿车信号处理体系中，高效节能一般不是首要问题。只要在引擎作业和电池充电体系发动的时分，引擎、底盘和刹车操控等体系才处于作业情况。
尽管如此，高效节能在某些运用中也很重要。有些体系在引擎封闭时处于作业情况，它们的功耗有必要很低以便电池耗能不会影响引擎发动。例如，车内信息文娱设备便是这类运用之一。还有些体系有必要密封得很好避免遭到外界环境影响。在这种情况下，这类体系的封装或许会影响散热，因而功耗不能太大。
针对轿车运用的信号处理器
在当今的轿车体系中，有许多类型的芯片用于完结信号处理使命，从8位mcu到DSP，再到FPGA。在信号处理扮演重要人物的体系中，8位和16位mcu现已不常被选用，由于它们的处理功用有限。为下降本钱，体系开发商往往挑选那些功用正好够用的处理器。但对某些运用，预留一些功用空间是比较正确的，特别是车内信息文娱体系，更能从这一功用空间的灵活性中获益，由于有些功用运用(如语音辨认、导航及音频操控)在挑选处理器时开展得尚不完善。
32位嵌入式通用处理器(GPP)一般用于中等功用要求的轿车信号处理操控体系。这一层次的处理器一般选用RISC结构，所用指令简略、一般且简直无并行指令。GPP在着重决议计划和操控流改变的算法处理上特别有用，但许多情况下其信号处理功用也不错。此外，GPP也是很好的编译目标。与一些难于编译的特别DSP结构比较，GPP编译代码是适当有用的。盛行的32位GPP结构(比方MIPS、ARM和PowerPC)已广泛运用于轿车和非轿车运用体系。
商场的广泛认可所带来的优势包含丰厚的第三方软件组件供给和强壮的开发东西支撑。这一类其他处理器包含德州仪器|外表的TMS470系列(根据ARM7内核)和飞思卡尔的MPC500系列(根据PowerPC内核)。这两种处理器都在32位通用处理器内核上集成了轿车专用外设。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，首要针对引擎和变速操控运用，它带有大容量的闪存、多个CAN接口、一个Nexus调试接口、多个ADC，以及多个先进的守时模块。
DSP、DSP/GPP混合器材以及DSP增强型GPP一般用于车内信息文娱体系及需求信号处理功用的操控体系。这些处理器带有特其他功用，包含多积累硬件、大容量存储带宽，以及选用多运转算法的指令。这些特性归纳起来，可大大加快数字信号处理算法，比相同时钟速率的GPP要快得多。
DSP/GPP混合器材及DSP增强型GPP意在集成DSP和GPP的最佳特性：DSP的信号处理功用以及GPP在决议计划密集型算法和编译代码中的高效率。这种功用组合对那些既要求信号处理又需求决议计划处理的体系特别重要。这类处理器包含德州仪器的TMS320C2000系列、飞思卡尔的MC56F83xx系列、瑞萨的SH7760，以及模仿器材公司的ADSP-BF53x(Blackfin系列)。
FPGA好像不大合适轿车处理运用，由于它们一贯以贵重著称。但是，最近几年FPGA供货商推出了一系列低本钱、高效率的器材，使得FPGA也成为轿车体系的可选计划。与传统的固定结构处理器(比方DSP和GPP)不同，FPGA不受预先设定的指令集约束。相反，FPGA可为体系规划者供给极大的规划灵活性，以便开发适于特定运用的处理结构。
由于FPGA具有强壮的并行处理才能，其信号处理速度比最快的固定结构处理器还要快。但高功用是要付出价值的：根据FPGA的信号处理体系的开发本钱要比固定结构软件开发的本钱高得多。尽管FPGA在轿车体系中的效果会逐步扩展，但现在它首要用于车内信息文娱体系的接口。当然，一旦FPGA进入轿车体系，它就会有更多其它用处，有或许会代替其它体系组件的功用。
例如，跟着用FPGA完结“软”处理器内核的呈现，就像Altera的Nios II和赛灵思的MicroBlaze (二者都是32位RISC处理器内核)，微处理器或许会更多地选用FPGA完结，而不是独自的芯片。这样可节约本钱，由于软核能够定制(规划者能够包含和除掉某些特性，也能够在功用和资源耗费上左右取舍)，并且还易于完结与选用FPGA结构的专用硬件(比方特定算法加快器)的接口。
数字信号处理器遍及轿车各个旮旯
跟着轿车运用的电动和电控程度越来越高，数字信号处理将遍及轿车的各个旮旯。那些现已选用数字信号处理的运用将会添加核算负荷，然后促进新一代高功用轿车处理器的开展。例如，飞思卡尔新式MCP5554处理器的运转速度是其前一代产品MPC566的两倍，并且新增的SIMD指令履行功用可进一步进步其信号处理功用。
数字信号处理在轿车范畴的新运用既包含需求高信号处理功用的核算密集型运用(如车道盯梢体系)，也包含仅需一般处理功用的运用(如胎压监控体系-TPMS)。面向轿车信号处理运用的处理器具有很宽的功用规模，并且将来更会趋于多样化。根据视频的安全和信息文娱体系等高端运用将需求更高的信号处理功用，而TPMS等低端运用则需求节能高效的处理功用。
更多的处理器，更广的功用规模，这一趋势何时是止境？或许要比及嵌入式处理器渗透到轿车体系的每一个旮旯。幻想一下这一场景：除了集成进每个轮胎的气压监控器外(新式轿车将会强制施行)，每个轮胎还内置一个处理器用于搜集和转发关于其情况和功用的信息。例如，轮胎或许会主动宣布正告：“这是右前方轮胎，我注意到路面是湿的，但我的胎面斑纹深度不足以敷衍这种情况。”
你或许以为这有点太超前，但在轿车体系中选用更多的处理器将是不可逆转的趋势。鉴于半导体产品的本钱不断下降，以及智能轿车器材的潜在优点，能够预见有一天咱们的轿车将配有智能轮胎。
