现在假设你的配偶正在前述坡道上驾车行驶,但这次是在下雨天。通过调用8个月前记忆的坡道位置和车辆轴承情况,以及了解当前路况的湿滑程度,智能汽车能提前采取正确措施来防止汽车滑出坡道并撞上迎面而来的卡车。
上述事例展示了全面调用(total recall)的实际作用:智能汽车能够使用来自不同输入源的数据,包括以前的经验数据,实现安全措施等应用或乘客的定制应用。
智能汽车也需要记忆
汽车正变得越来越智能。不管是它的导航系统、娱乐系统还是电子稳定控制和主动安全措施,车载嵌入式处理功能一直都在不断地提高。据Gartner Dataquest公司预测,到2014年电子部件成本将占新车成本的30%,而其中半导体器件所占份额也将越来越高。这些汽车系统中大多数是基于当前状态而不是历史数据处理信息的。我们可以想像,大量的智能操作可以利用内置的永久存储器来实现。
现在的汽车一般都有某种类型的永久存储器,但这离全面调用功能还相差甚远。永久存储器包括像硬盘这样的磁性存储器件、非易失性固态存储器或汽车引擎关闭时仍连着电源的SRAM。
用于定制化的功能全面调用
设计人员面临的最大挑战是如何设计一辆能利用永久存储器实现产品差异化的汽车。当智能汽车具有足够的永久性存储器时,定制化是可以得到充分开发的一个领域。定制可以用于某些用户接口,或者应用于用户看不见的地方--汽车的工作状态。
许多定制参数可以由用户明确设置,如后视镜或座位调节位置。其他的定制可能是基于经验的,例如记住危险路况或个人的特殊驾驶特征。任何基于经验的定制系统应允许用户方便地修改、复位或取消汽车对特定过程的学习。
许多定制设置要求电子系统能够识别车内的每个人,只有这样电子系统才可提供全定制。能提升对永久性存储器的需求、并使全面调用的定制成为现实的应用包括:
1. 引擎和传动链性能,包括老化参数、燃油效率、喷射和错误代码等。性能也可以针对每个驾驶员进行个性化；
2. 乘客舒适性,包括记住司机或乘客设置的座位位置、后视镜位置、温度甚至是可选择的仪表板显示内容等。例如,一个司机可能喜欢在可定制的显示器组或头戴式显示器(HUD)上显示转速,另一个司机却喜欢显示时钟；
3. 导航辅助系统具有地标兴趣点的GPS测绘。例如,像地图清晰度级别或道路拥塞报告等显示器设置可以针对每个司机进行个性化定制。导航功能还可以用来记录和提醒父母有关他们孩子的驾驶习惯；
4. 主动安全措施包括电子稳定性控制以及提供不同国家交通信号信息的交通信号识别功能；
5. 带家长控制功能的后座娱乐屏幕,可以根据放映内容和乘客确定观看优先权。
在上述应用领域的组合中,例如由电子稳定性控制功能启动的主动安全措施可以使用之前经验存储的GPS信息。目前主动安全程序只能根据当前数据作出反应,并不对先前的经验数据进行处理。
如果汽车设计想要充分利用每年递增使用的电子器件的优势,永久性存储器的容量必须相应增加。在汽车存储器中存储定制设置数据和信息的需求变得越来越迫切,即使汽车电池被断开连接时它也必须保持其中的内容。
智能汽车中的每个应用系统都包含了一个与汽车中其他处理节点相连的处理节点。在相互连接的网络节点中增加可用的永久性存储器将形成一个经验节点网络(图1)。这些经验节点允许汽车定制设置,如根据系统以前学到的经验进行处理和执行操作。
图1:分布式使用永久性存储器以实现基于经验的定制。
用于汽车安全的全面调用
Garnter公司表示汽车安全的下一个重要增长领域是主动安全电子。该公司预测,今后50%的新车将装备电子稳定控制系统(ESC)。对牵引力控制系统(TCS)、刹车辅助系统(BA)和自适应导航控制系统的预测也大致相同。
众所周知,这些系统可获得的预碰撞信息将有助于防止灾难性车祸。目前的系统可能只有几分之一秒的时间用来对突发情况进行分析并做出反应。尽可能早地向这些系统提供有用的信息能使这些系统的预防作用更加成功。即时信息来自传感器,如毫米波雷达、倾斜与偏航传感器、牵引和传动控制等。全面调用需要收集即时信息以及从以前的经验中得到的数据,比如司机的反应能力以及以前在特定GSP位置和方向处获得的传感器和ESC动作数据。
知道需要存储什么信息与能够调用这些信息同样重要。存储太多的信息以便以后使用是不切实际的,只有重要的事件才应被存储进永久性存储器。
图2:下一代汽车安全电子。
全面调用的实现
对于供娱乐系统使用的大量数据来说,或许需要使用硬盘作为存储介质。车内的其他系统可能使用非易失性存储器或带恒定电源的SRAM。许多车辆用SRAM保存无线电台分配等设置信息,但当汽车电池断开时会丢失所有存储的信息。永久性存储器最好用真正的非易失性存储器(如闪存)实现。
随着越来越多的半导体器件被集成进汽车,FPGA的使用量也相应地增加。FPGA通常都带有非易失性存储器,无论它们是基于单片闪存的FPGA还是使用外部启动存储器的基于SRAM的FPGA器件。当电源关闭时,基于SRAM的FPGA将丢失这些配置信息,包括任何新的定制数据。因此,任何新获取的定制数据必须存储在片外。
如果小尺寸或瞬时启动特性是设计优先考虑的因素,那么带片上闪存的FPGA是个很好的选择。现在也有的FPGA器件在单芯片中同时嵌入了闪存和SRAM。这些器件同时具有CPLD的受保护立即启动性能和SRAM FPGA的速度与容量优势。这些器件不需使用外部存储器实现SRAM的启动配置或预加载内部嵌入式RAM块(EBR)。像LatticeXP2 FPGA系列这样的新一代非易失性FPGA器件有一个特点,即能够将内部SRAM EBR存储器块内的内容写回闪存,从而成为器件下次启动时的默认信息(图3)。如果FPGA中使用了软处理器,EBR内的可变信息也可以被写回闪存。
图3:可用于存储设置信息的带闪存的LatticeXP2 FPGA。
对基于SRAM的FPGA来说,用于启动编程的SPI闪存也可以用来保存定制数据。由于SPI存储器内的额外比特比较便宜,而且不占用额外的电路板面积,因此用SPI存储器实现数据存储非常有意义。
为了满足汽车要求,很重要的一点是要确保FPGA符合AEC-Q100标准以及确保供应商获得了TS16949认证。如同任何闪存器件一样,设计必须考虑器件支持的写入次数。比如保证最少1万次写入次数的闪存器件如果一天写一次可以用27年以上。任何闪存器件的寿命都可以通过审慎地使用闪存来延长。
快速启动的汽车
随着电子系统的日益复杂,启动时间变得越来越慢。为了保持快速的启动性能,非易失性FPGA在设计时需要使用从片上闪存到分布于整个架构的编程SRAM的宽带通道(图4)。这种方案可以让FPGA在1ms左右完成初始化启动过程。而基于SRAM的FPGA需要数百ms才能完成启动。这一点很重要,因为智能汽车系统必须在使用前完成全部节点和网络的初始化。快速启动对全面调用取得成功而言是非常有必要的。
图4:具有闪存写回功能的FPGA器件可实现快速编程和高安全性。
其他重要的存储器选择
其他永久性存储器还包括可移动的固态存储器和板载硬盘,它们可以用来定制需求高存储容量的应用,如娱乐内容或导航系统。举例来说,可以在PC机上利用强大的在线兴趣点搜索和地图辅助功能计划你的旅程,然后将信息传送到具有插入式闪盘或蓝牙存储器件的汽车。这些存储器件也可以用来存储或传送来自汽车的信息。
本文介绍的几种方法可以用来使汽车电子系统变得更加可定制,也更善于利用经验数据。本文推荐采用基于经验的定制方法以及分布式永久性存储器技术。全面调用功能可以定义为从永久性存储器调用信息的能力,这些信息将与当前传感器输入数据一起作用于智能汽车。
作者:John Swan
IP产品营销部
莱迪思半导体公司
