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1、姓名:尚文明学号：202221020224嵌入式系统在汽车电子领域的技术现状和进展趋势嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为根底，适用于应用系统对功能、牢靠性、本钱、体积、功耗等有严格要求的专用计算机系统。它一般由微处理器、外围硬件设备、操作系统及应用程序等四个局部组成，用于实现对其它设备的把握、监视或治理等功能。嵌入式系统作为一个热门领域，涵盖了微电子技术、把握技术、通信技术、计算机软件和硬件等多项技术领域的应用。一：目前嵌入式在我国汽车电子上的应用嵌入式系统的应用掩盖航空航天、轨道交通、汽车电子、消费电子、网络通讯、数字家电、工业把握、仪器仪表、智能IC 卡、国防以及军事等众多领域。相比
2、其它应用领域，汽车电子市场规模大、进展快。2022 年，我国汽车电子销售额 868 亿元，增幅达 40%，到 2022 年将到达 2400 亿元，成为国内增长最快速的产业之一。此外，电子产品在整车价值中的比例也逐年提高，从 1997 年的 20%提升到 2022 年的 35%。中国的汽车工业作为国家的支柱产业进展前景格外宽阔，2022 年汽车产量到达 1,273.7 万辆，2022、2022 年将持续保持增长，估量增长率在 19%至 20%之间。2022 年中国已经成为世界第一汽车生产大国，同时中国汽车消费量占全球总消费量比例已达 12%，在 2022 年左右国内汽车销售也有望超过美国，成为第
3、一大汽车消费市场。到 2022 年，中国外乡汽车产量将到达 2022 万辆左右，其中两成产品将进入国际市场。我国汽车工业的飞速进展为汽车电子的嵌入式系统应用带来了良好商机，同时也带来了的机遇和挑战。二： 汽车嵌入式 soc 系统众所周知嵌入式系统有体积小、低功耗、集成度高、子系统间能通信融合的优点，这就打算了它格外适合应用于汽车工业领域，另外随着汽车技术的进展以及微处理器技术的不断进步,就使得嵌入式系统在汽车电子技术中得到了广泛应用。目前,从车身把握、底盘把握、发动机治理、主被动安全系统到车载消遣、信息系统都离不开嵌入式技术的支持。汽车嵌入式 SoC 系统是嵌入式系统向实时多任务治理、网络耦合
4、与通信的高端应用过渡的产物，大大提高了汽车电子系统的实时性、牢靠性和智能化程度。除了具备一般嵌入式系统的共有特性之外，它还具有以下几个优点：（1） 对实时多任务治理有很强的支持力量，中断响应时间 12s;（2） 具有很强的存储区保护功能；（3） 在嵌入式实时操作系统的支持下能合理进展任务调度，充分利用系统资源；（4） 硬件构造和软件功能都有很强的扩展力量，系统集成度大大提高，降低了本钱；（5） 超低功耗，汽车静态功耗为豪瓦级；（6） 系统硬件抗干扰力量增加，适应高温、潮湿、振动和电磁辐射等各种工作环境；（7） 实时操作系统支持软件多线程构造，增加了系统的软件抗干扰性；（8） 供给强大的网络通信
5、功能，具备地 IEEE1394、USB、CAN、Bluetooth 或 IrDA 通信接口， 支持相应的通信组网协议软件和物理层驱动软件，供给容错数据传输力量和更大通信带宽。三：汽车嵌入式的系统构造汽车嵌入式 SoC 系统由硬件和软件两大局部组成。硬件包括嵌入式处理和外围设备，软件包括应用软件和操作系统。软件通过数据构造、算法和通讯协议实现汽车电子把握策略， 硬件则为软件供给了运行平台，执行具体把握。嵌入式 SoC 硬件系统集成度越来越高，一般为模块化构造，如图 1(a)所示。在高性能CPU 核心外通过 IP 总线扩展实时时钟模块、 SRAM静态随机存储器及大容量FLASH，配置CAN 总线与
6、 USB 通信模块，无缝集成PWM 输出、多通道串口、A/D 转换接口与统一的高速缓冲存储器，支持RISC 技术、多级流水线技术与在片调试技术。系统的实时处理力量、牢靠性和网络通信力量大大增加。现代汽车电子系统从单一把握渐渐进展到多变量多任务协调把握，软件越来越浩大，越来越简单，使得嵌入式系统需要查找的软件解决方案。图1(b)描述了汽车嵌入式 SoC 系统软件的典型构造。它承受基于标准化接口和通讯协议的模块化软件设计，系统内部通讯由交互层直接完成，保障应用程序间的信息传送。网络层拥有数据流处理力量，是不同系统层面间信息交换的中间接口，能最大程度地整合系统资源。嵌入式实时操作系统摒弃了传统操作系
7、统的前后台模式，使用总线驱动层和硬件抽象层治理 I/O 端口，合理安排 CPU 资源，承受基于优先级的大事治理策略，通过 API应用程序接口调用应用程序，依据邮箱、消息队列和信号量机制综合治理中断、系统行为和任务。四：常用的 soc 系统平台为适应汽车电子系统的进展潮流，各国的半异体和软件制造商纷纷推出相应的嵌入式SoC 产品。有名的 SoC 硬件平台包括：Intel 公司的 StrongArm 核心处理器，拥有 32 位 RISC 数据总线、512KB 的 FLASH、 256KB 的 SRAM 和 16 位 THUMB 指令集，支持在片调试、三级流水线技术和LCD 把握；Motorola
8、公司的 Dragonball 核心处理器，它是 32 位 RISC 处理器，拥有 16.85MHz 时钟频率和 2.7MIPS 的处理速度，无缝集成 SRAM、EPROM、FLASH、LCD 把握器和 PWM 输出， 支持 16 位端口 DRAM；NEC 公司的 VR 核心处理器，它是64 位 RISC 芯片，拥有300MHz 时钟和603MIPS 的处理程度，集成统一的 L2 高速缓冲存储器、DRAM 把握器、PCI-X 网桥和 10/100MAC 设备。有名的 SoC 软件平台即实时操作系统包括“QNX 公司的QNX、Wind River 公司的Vxworks 和 Integrated S
9、ystem 公司的 PSOSystem。它们都是实时、微核、基于优先级、消息传递、抢占式多任务、多用户分布式网络操作系统，拥有模块化构造，内核运行高速稳定，通信力量和扩展裁剪力量很强。在上述平台中，StrongArm 核心处理器和 Dragonball 核心处理器以及 VxWorks 操作系统在汽车 SoC 系统中有着良好的应用前景。五：soc 系统的典型应用汽车嵌入式 SoC 系统充分适应了汽车的工作环境和技术要求，在汽车电子技术上广泛应用。其中北京理工大学正在争辩的汽车 ABS/ASR/ACC 订成化把握系统具有代表性。ABS/ASR/ACC 集成化系统是综合了制动防抱死功能ABS、驱动防
10、滑功能ASR和自适应巡航功能ACC的汽车型主动安全系统，系统构造如图 2 所示。其在硬件上充分利用各个子系统的现有元件，轮速传感器、发动机转速传感器、节气门位置传感器、加速踏板传感器和探测雷达组成传感器网络，共用把握器和执行元件。在软件上应用信息融合、集中把握技术，通过对制动力矩和发动机输出功率的综合调整实现汽车制动防抱死、驱动防滑和自适应巡航功能。把握过程充分考虑三个规律模块上的相互关系，实现信息融合共享，例如 ABS与 ASR 的车轮滑动率计算可以统一，ACC 探测雷达猎取的车速信息可以用来修正 ABS 参考车速。系统选用 32 位SoC 硬件平台如Dragon ball 核心的MC68E
11、328 以代原来的 16 位ABS 把握器， 提高了硬件处理速度与抗干扰力量，端口资源也更丰富。车载雷达选用法国 AutoCruise 公司生产的 AC110 型 77GHz 毫米波车载协达，雷达信号的处理承受DSP 处理器，并通过 CAN 总线与 ABS/ASR/ACC 集成系统把握器进展通信。CAN 总线传输具有数据差动收发、容错和非破坏性仲裁的力量，传输速率高达成 Mbps。承受 CAN 通信提高了把握系统的实时性，并为系统功能扩展和整车传感器信息共享供给了便利。CAN 通信拓扑构造如图 3 所示。汽车 ABS/ASR/ACC 系统软件集成化的难点是：在保证把握实时性的前提下如何进展中断
12、治理和协调各项任务的优先级，因此在该系统中引入嵌入式实时操作系统格外必要。实时操作系统能合理安排软、硬件资源，实时进展多任务并行处理，为系统进展 HAC坡起关心系统 与 EBD电子制动力安排系统等功能扩展供给了条件，同时支持多线程的软件构造，增加了软件抗干扰性。操作系统选用 VxWorks，任务调度承受基于优先级的抢占式策略。基于操作系统和任务优先级设定，具体的 ABS、ASR 和 ACC 把握功能由API 调用应用程序实现。汽车 ABS/ASR/ACC 集成化系统承受一代嵌入式技术，提高了系统的实时性、牢靠性、可维护性和可扩展性。六：汽车 SoC 系统的进展趋势汽车嵌入式 SoC 系统具有卓
13、越的性能,作为汽车嵌入式系统的主要进展方向，今后汽车嵌入式 SoC 系统将呈现出以下几个进展趋势:(1) 汽车嵌入式SoC 系统将会向FPGA/CPLD(在线可编程门阵列)方向进展,系统由分布式可编程互连规律单元构成,单元之间可以交换信息,大量运算由硬件直接完成,体系构造更加机敏,集成度更高;(2) 在系统开发上遵循通用的汽车电子系统开放平台和统一的标准。为了提高软硬件通用性,加快开发速度,降低本钱,SoC 系统迫切需要构建统一的标准与开发平台,欧洲公布的基于 OSEK/VDX 标准的 MODISTARC 标准将是汽车嵌入式系统开发平台的进展趋势;(3) 随着汽车局域网技术和智能交通技术的进展
14、,嵌入式SoC 系统将会形成以C 级或D 级网络为根底的整车分布式把握系统和以无线通信为根底的远程高频网络通信系统;(4) 嵌入式 SoC 系统的应用范围将逐步从高档车和进口车扩展到低档车和国产车。汽车嵌入式系统近年来进展格外快速,随着后 PC 时代的降临,基于网络通信和实时多任务并行处理的嵌入式高端应用将会越来越广泛。汽车嵌入式 SoC 系统在硬件上承受 32 位或64 位高性能处理器,在软件上嵌入了实时操作系统,具有功能多样、集成度高、通信网络化、开发快捷及本钱低廉的特点,在汽车电子把握和车载网络通信系统方面有着广泛的应用,是将来汽车电子的最正确解决方案。在 SoC 技术的推动下，汽车电子
15、向网络化、智能化、舒适化等高端应用进展的趋势日渐明显，汽车电子把握系统功能持续扩展、规律渐趋简单、子系统间通信日趋频繁、与外界互联互通成为汽车电子技术的进展主流。嵌入式系统在汽车把握系统、通信系统、导航系统、安全系统以及消遣系统中均可得到有效应用，可以满足其强实时性、高牢靠性、可维护性等需求，为整车及零部件开发供给统一的架构，充分表达了其构件化、标准化、集成化、可重用等进展趋势。嵌入式根底软件作为汽车电子的核心技术，极具根底地位和战略意义。本文所争辩的嵌入式系统在汽车电子方面的应用只是嵌入式系统应用的冰山一角。由于快速进展的 Internet 和格外廉价的微处理器的消灭，在不远的将来，嵌入式系统将在工业把握、智能交通、消费电子以及智能家庭等各领域得到更广泛的应用，全面走入我们的生活。而我国信息化与全面小康社会建设更会对嵌入式系统市场提出巨大的需求，嵌入式系统在交通指挥系统、高速大路收费监控、汽车自导航、GPS 车载终端、电子警察和汽车检测中将会拥有良好的市场前景。
