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富士通提出“软硬一体”平台化解决方案,应对汽车电子设计挑战

2012-10-26 00:09:33 来源:与非网

不久前,丰田公司高调宣布放弃纯电动汽车计划,这一消息在业内激起不小的“浪花”,加上深圳5.26交通事故电动出租车的起火事件,似乎都为新能源汽车的发展泼了冷水,有不少人甚至开始质疑新能源汽车的前景。
 
“中国正在面对严重的能源短缺的压力,能源危机的应对刻不容缓,新能源汽车一直并还将继续受到国家政策的大力扶持,仍然是大势所趋。丰田公司等只是个案,这不会影响未来大趋势,而只会引起业内对如何正确发展新能源汽车的更大反思。”富士通半导体产品经理李丹在日前于武汉举行的2012 AETF第七届亚太汽车电子技术论坛峰会上阐述了自己的观点,并探讨了汽车电子技术的总体发展趋势以及及富士通半导体的平台化开发解决方案如何帮助中国汽车电子开发者应对未来的设计挑战。
 
图1. 富士通半导体产品经理李丹在2012 AETF演讲。
 
解读环保、舒适、安全三大趋势
 
环保、舒适、安全这三大关键词可以说见诸很多汽车电子半导体供应商的演讲稿中。但李丹结合富士通半导体长期与领先汽车制造商和一级、二级供应商的合作经验以及自己对本土汽车电子产业的观察,对其进行了具体诠释。
 
在汽车的节能环保方面,李丹指出,对于传统汽车,很重要的一个体现是在发动机技术相似的情况下怎样减少油耗,这主要看车身的重量,车身网络正是可以降低线束成本和重量的一个重要方面;除了车身电子以外,还有一些特殊的车身车架结构设计也可降低车子重量,进一步节能减排,例如全铝的发动机,等等。当然,发展燃料电池汽车、电动汽车等新能源汽车才是降低燃油消耗的最根本方法。
 
图2.汽车电子市场和技术趋势图。
 
而在提升汽车舒适性方面,李丹重点提到了汽车多媒体系统发挥的作用,包括更多的人机交互、更直观的驾驶辅助体验、更多的媒体影音娱乐项目等。“我们看到了以往高端车的一些配置正在向中低端车转移的趋势,如更高品质的音响、图形显示仪表盘、后座娱乐影音,还有更直观的3D导航技术、全自动空调、泊车辅助系统等。当然,对于新兴市场包括中国、印度等的很多小型车,低成本的车载音响仍然有很大的市场空间。”他表示。
 
在发达国家,交通事故造成的死亡和伤残人数已经非常低。据李丹介绍,现在中国的汽车厂商(包括合资厂和本土品牌)比以往任何时候都更加重视安全系统和可靠性设计,并已经或正在将各种先进技术应用于现在推出的车型中,包括早前有ABS、现在是ESP车身电子稳定系统(将ABS也集成了),另外还有AFS自适应头灯系统、TPMS胎压监测系统、环视/夜视技术等。
 
应对汽车电子设计挑战需要平台化思路
 
然而,上述三大发展趋势也使得汽车电子系统的设计日趋复杂,涌现出更多更大的难题和挑战。以MCU使用数量为例,据相关数据统计,低端车型要用到20-30片,中端为40-50片,而高端车会用到多达80-100片。“这只是一个粗略的统计,在电动汽车方面的应用可能还会更多。这么多的MCU散布在这个车子上,就像人体的神经元,总线/网络就像神经将它们联系起来。”李丹指出,“我认为汽车电子技术的核心之一就是车身网络(Network),因为无论是节能、安全和舒适,其应用系统都非常复杂,以往可能是在一个集中式的系统中进行完整实现,现在要将集中式的拓扑结构改为分布式的结构,那么网络就会变的非常重要。”
 
他表示,在网络的平台基础上,迫切需要一种完整的开发平台来解决上述设计挑战,这种平台包含所有软件平台、硬件平台以及系统结构的平台,只有这些平台都完全建立好,汽车电子工程师在做任何功能的扩展或者任何新的项目才能基于原有的结构、原有的积累,快速地进行可靠的开发。
 
图3:汽车电子研发工程师面临的挑战。
 
的确,工程师在系统设计中会遇到诸如此类的“拦路虎”:如项目初期不明确的SPEC会造成非常多的不明确及设计变更;对新的功能缺乏相关背景知识;软件平台的变化;EMC/EMI故障排除;软件可靠性测试和故障排除;文档和流程工作;紧迫的时间表等。
 
如何有效改善工程师开发的质量,并降低产品开发难度,是业界面临的重要课题,平台化开发解决方案就是一种解决思路。在演讲中,李丹列举了富士通半导体的平台化开发解决方案具体能给工程师带来的好处:
  1. 模块化系统设计,降低设计的复杂性;
  2. 系统的变更工作变得比较简单,包括软件和硬件;
  3. 增强价格谈判能力;
  4. 更好的物流控制;
  5. 加快Time to market。
另外,平台化还可以应对管理层所面临的挑战。如果没有平台,库存管理会很麻烦;整个供应链管理也很麻烦;因为要备很多不同的器件,如果产品型号过于分散,会降低价格谈判能力;对市场的反应慢;要面临知识积累很弱的问题等。
 
富士通半导体“软硬一体”的平台化开发解决方案
 
富士通半导体的平台化开发解决方案包括硬件平台化和软件平台化两个方面,不过两者是有机结合为一体。
 
在硬件方面,主要体现在提供覆盖更宽泛的产品系列,同一个系列的产品会涵盖到汽车电子中绝大多数的应用和不同层次需求,如下图4所示。随着企业的不断发展,产品种类和阵容都可能发生很大的变化。因此,企业在做平台化的选型时,需要对管脚数量、Flash容量、总线要求、成本等做出综合的考量,避免在产品线拓展时频繁的切换平台。
 
“富士通半导体的汽车电子硬件平台可以在同一个系列中会分别提供汽车级和工业级的产品选择。同样是汽车级的,有些客户需要CAN总线通信,有些不需要,而CAN总线成本较高,我们会在管脚兼容的型号中同时提供带CAN的和不带CAN的两种选择,这就可以在同样的电路设计中兼容带CAN和不带CAN,以来满足成本的优化并带来极大灵活性。”李丹介绍道。
 
图4.涵盖汽车电子中绝大多数应用的富士通半导体硬件平台。
 
图4中紫红色部分的产品型号都属于主打“高性价比”16FXS系列16位MCU,非常适合中低端和新兴市场,涵盖仪表、音响等各种汽车应用。
 
蓝色的FR81S系列32位MCU则偏高性能,能提供很多特性选择,实现例如多路CAN网关、图形仪表、电动汽车的马达控制等应用,其总体性价比也不错,可以用最低的系统成本做出合适的解决方案。
 
在软件平台方面,李丹介绍说,富士通半导体的开发环境可兼容所有16位/32位硬件平台,以后的产品路线图也将保证具有一样的开发环境,因此客户不需要重新学习,从而可缩短开发周期。
 
图5.富士通半导体的开发环境兼容所有16位/32位MCU硬件平台。
 
他在演讲中特别提到了富士通对AUTOSAR(汽车开放系统架构)标准的支持。AUTOSAR这一新兴的汽车设计软件标准是欧洲汽车制造商及他们的供应商共同努力的成果,其目的是将结构、清晰的接口和隐式方法汇集到一个流程当中,也就是汽车分布式系统的设计流程。它是一组涵盖接口和软件模块定义的标准,它为车辆复杂的网络分布式系统创建了一个嵌入式软件结构。AUTOSAR 使设计人员能够专注于独特的创新功能,而不受集成细节的影响。
 
据李丹介绍,已有国际Tier-1供应商与中国的研发部门合作基于AUTOSAR的开发,本土厂商大多数仍处于学习和观望阶段。但AUTOSAR无疑是汽车软件开发的大趋势,它基于模型开发,不用手动编写代码,是调用模型然后进行配置自动生成代码。这种方式会降低开发难度,缩短产品开发周期,提高软件的可靠性。中国绝大多数厂商对于这样的开发方式是欢迎的,只是需要一个学习和了解的过程。
 
图6为富士通半导体的AUTOSAR Roadmap,其32位MCU和其高性价比的16位MCU均可支持AUTOSAR(竞争厂商一般只有32位MCU进行支持)。
 
图6. 富士通半导体的AUTOSAR Roadmap
 
另外,AUTOSAR这种开发方式需要有很多第三方工具支持,富士通半导体与这些第三方工具厂商都展开了紧密的合作(见图7)。
 
图7. 富士通半导体与很多AUTOSAR的第三方工具提供商展开了紧密合作。
 
8.富士通的AUTOSAR方案覆盖整个车辆复杂的网络分布式系统。

 

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