第43 期 - Xilinx

汽 车 应 用 领 域 的 出 色 表 现
时需要配置所有的 FPGA 资源,但运
行时可重配置 FPGA 只需下载部分位
流进行部分重配置。
由于当今先进的 FPGA 器件具有
巨大的容量,故在加电时下载完整的
位流会引起可观的配置时间开销。运
行时部分可重配置技术能够显著地缩
短这种配置时延。在那种情况下,有
可能在加电时只配置一个最起码的子
系统(即引导载入程序和立即需要的
部分系统应用),让系统其余部分保
两大关键标准
汽车 产 业 在 设 计 车 载 电 子 设 备 时 已 将 两 项 关
键 标 准 奉 为 圭 皋 。 其 中 一 项 标 准 是
A U T O S A R , 它 通 过 适 当 的 软 硬 件 架 构 解
决 嵌 入 式 系 统 复 杂 性 问 题 。 另 一 项 标 准 是 即 将 推 出
的 ISO 26262,用于管理功能安全性。AUTOSAR
提出的以及 ISO 26262 采用的相关技术课题主要为
安 全 问 题 的 检 测 和 处 理 , 比 如 运 行 时 发 生 的 硬 件 故
障 、 时 序 失 常 和 应 用 执 行 的 逻 辑 顺 序 打 乱 、 数 据 损
坏等。
AUTOSAR 详解
近年来,电子组件已经取代了车辆中的机械系统和液
压系统。随着设计人员开始用软件实现更多的控制、监控
和诊断功能,这种趋势正在持续。实际上,用电子技术能
够实现仅用机械和液压解决方案无法开发者开发成本高的
新功能。但这些部件必须满足严格的安全要求,以避免出
错和故障。
虽然软件相关的故障目前来看比较罕见,但随着软件
在汽车这种工业制品中用量的不断增加,系统变得日趋复
杂,加上产品开发周期的缩短,最终可能导致产品故障。
为解决这个问题,汽车产业通过结盟和实施标准,确保使
用和开发安全可靠的软件。
比如汽车工业软件可靠性协会 (MISRA) 就是由福特
和美洲豹路虎这样的汽车制造商、组件供应商和工程咨询
方组成的团体。通过制定一系列软件编程规则,MISRA
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持待机状态,直到有必要初始化为止。
如果系统在加电或唤醒时需要快速响
应,可将这种启动工作划分为两个阶
段,以加快初始化过程。为此,可将系
统架构分解为一个静态域和一个或者多
个部分可重配置域 (PRR)。静态域涵盖
负责执行启动过程的系统(一般来说是
主机 CPU),以及可重配置引擎和通往
位流库的数据链路。由特定部分位流描
述的其他域可按应用需求,随后下载。
另外,如果禁用 PRR 域,则可以让
器件的功耗与禁用区域部分成比例降
低。在使用汽车电池供电的 ECU 中,
节能模式尤为重要。为此,在车辆未使
用时(即处于休眠模式时),车载 ECU
可使用低功耗模式,以让 ECU 功耗保持
最低。同样,可以在不需要的时候使用
空白位流禁用 FPGA 的部分区域,减少
逻辑活动,从而降低动态功耗。
在采用运行时可重配置逻辑的系统
中,汽车设计人员还可使用一种从航空
航天应用中借鉴来的重配置技术。重配
旨在在道路车辆的车载安全相关电子系统和其他嵌入式系统
的开发工作中推广最佳实践。
汽车开放系统架构 (AUTOSAR) 是来自电子、半导体和
软件行业的汽车制造商、供应商和其他公司组建的联合体为
解决几项重大问题而制定的一种事实上的汽车电气/电子(E/
E)架构开放行业标准。这几项重大问题包括:控制随功能
不断增加而导致的日益提高的车载电气/电子系统复杂性;提
高灵活性以便产品的修改、升级和更新;在产品线内部以及
跨产品线提高解决方案的可扩展性;改善电气/电子系统的质
量和可靠性;实现设计初期阶段的出错检测。
这个架构面临的挑战是必须集成广泛供应商提供的日益
丰富的软件和电子技术。通过简化软硬件的交换和更新选
项,AUTOSAR 架构为可靠地控制汽车车载电气/电子系统日
益提高的复杂性奠定了基础,同时在保证质量的情况下改善
了成本效益。
AUTOSAR 架构制定于 2003 年,是更早期的 OSEK/
VDX 联合体的自然发展。OSEK/VDX 联合体诞生于十年之
前,由部分德国和法国汽车制造商主推。由于有更远大的目
标,AUTOSAR如今已经为世界各地大部分汽车制造商采
用。
AUTOSAR 架构的核心成员包括宝马集团、博世、大
陆、戴姆勒、福特、通用汽车、雪铁龙、丰田和大众集团。
除了这些核心成员公司,另有 160 余家其他成员为联合体的
成功发挥着重大作用。由此,在“在标准上合作,在设计上
竞争”的口号的指引下,汽车制造商和供应商联合一致,共