基于FPGA的汽车ECU设计充分符合AUTOSAR和ISO 26262标准.doc
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1、基于FPGA的汽车ECU设计充分符合AUTOSAR和ISO 26262标准汽车产业利用可重配置硬件技术,可灵活地综合车载功能。当今的汽车制造商正在把越来越多的高级功能添加到汽车电子控制单元 (ECU)中,以改善驾驶体验,增强安全性,当然还期望超过同类竞争产品的销量。在这种情况下,汽车开放系统架构 (AUTOSAR) 计划和功能安全国际标准 ISO26262 正在快速成为汽车 ECU 设计的技术和架构基础。为了满足新车型日益提高的功能需求,汽车电子产品的密度不断增大,FPGA 厂商也正在不断推出更大型的器件。这些器件能够集成所有的应用,而且与前代器件相比,功耗更低,价格更具竞争力。这种趋势意味着
2、可重配置计算技术在汽车产业将会得到进一步推广和应用。我们推出了一种具有开创性的方法,即使用可编程 FPGA 器件而非基于 MCU 的平台作为 ECU 的基础,设计出一款能够同时满足 AUTOSAR 和 ISO 26262 标准的汽车 ECU。我们的设计方法对可重配置硬件的关键特性,比如并行性、可定制性、灵活性、冗余性和多功能性进行了充分的探索。在概念设计完成后,我们希望在原型中实现设计。为此,赛灵思 Zynq-7000 可扩展处理平台成为了理想选择。该款 FPGA平台将 ARM 双核 Cortex-A9 MPCore 硬处理器和具备动态部分可重配置功能的 28 nm 赛灵思 7 系列可编程逻辑
3、器件完美结合在一起,不但可充分满足所需要求,而且还配备有 CAN 和以太网等车载网络常用的片上通信控制器。新兴应用目前汽车计算能力借助通过通信网络互连的ECU来分配。在未来几年内,由于机动车辆中新应用的兴起,这样的计算能力有望进一步提高。这些新应用包括安全和驾驶员辅助功能、车辆间通信功能、舒适性和控制功能、车载娱乐功能以及为数众多的混合动力电动技术。毫无疑义,车辆电子设备的数量预计还会增加。根据分析人员的预测,汽车应用半导体市场的规模将在未来五年内以 8% 的年均复合增长率 (CAGR) 增长。其中增长最快的细分市场之一涉及到微控制器 (MCU) 和可编程逻辑器件,比如现场可编程门阵列 (FP
4、GA)。在车载功能的数量和先进性与日俱增的同时,设计和管理这些系统变得日趋复杂,汽车制造商认为有必要采取有效方式来解决这一难题。其结果就是当今 AUTOSAR 和 ISO 26262 两大标准都在影响着实际汽车 ECU 软硬件系统的架构、设计和部署方式(见侧边栏)。2003 年由多家汽车制造商共同制定的 AUTOSAR 标准旨在为分布于车辆中的 ECU 定义标准的系统软件架构。而 ISO 26262 标准的目的则以功能安全性为中心,实质上是以避免或检测并处理故障为目的,从而减轻故障影响并防止出现对任何既有的系统安全目标的违反行为。随着全新的安全关键功能(比如驾驶员辅助或动态控制)的推出,功能安
5、全性已经成为汽车开发中的关键问题之一。ISO 26262 标准于 2011 年批准生效,可为软硬件的安全开发提供支持。因此,整个ECU 的设计和开发流程由需要系统性进程的标准进行管理。我们的工作就是设计一款高性价比嵌入式计算平台,采用可重配置硬件技术实现优化的系统架构。系统架构AUTOSAR 和 ISO 26262 标准主要从软件开发的角度着眼,面向的是基于微控制器单元的计算平台。但是,硬件/软件联合设计和可重配置计算技术的应用可为这个领域带来众多优势。虽然标准的 MCU 往往是汽车 ECU 硬件平台的最佳选择,但随着新型 FPGA成本的不断降低,加上部分 FPGA 产品内部集成有硬核处理器,
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