汽車電子越來越重視高度整合分散式電子控制單元ECU的設計架構,整合這些訊息就要透過車用網路CAN匯流排相互傳遞並達到控制效果。可即時傳輸大量訊息、取代傳統類比控制方式、屬於系統設計的CAN匯流排架構,有越來越多的複雜運算需求,需要更為高階16和32位元微控制器的處理效能、可靠度和適應極端環境的穩定度。同時,傳輸控制訊息的安全、暢通和即時反應等程序控制,更是CAN匯流排網路設計必要的考量。
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圖左為中科院飛彈火箭研究所射導機電組張國樑工程師,右為美商國家儀器行銷部技術工程師柯璟銘。 |
中科院飛彈火箭研究所射導機電組張國樑工程師表示,美商國家儀器(NI)的PXI CAN/LIN/FlexRay匯流排模組設計,可協助中科院更有效率地進行前端開發和驗證測試作業,而Compact RIO更可擴充許多模組,例如透過DAQ軟硬體平台,可針對引擎、油壓、馬達轉動等訊號進行量測,再整合CAN匯流排模組來同步驗證訊號的正確性。工規等級的Compact RIO可讓中科院的車電研發人員,只需專注於運算法則部份,硬體整合和軟體API則可透過前端開發入門工具Compact RIO先行完成,可減少ECU前期的開發設計時間。
中科院採用PXI CAN介面卡,搭配LabVIEW圖形軟體,設計CAN網路圖控介面,透過此介面驗證關鍵的車電ECU模組,包括CAN Gateway、倒車雷達訊號轉換模組、方向盤轉換模組、方向盤2軸舵角速度計感測模組、線傳煞車平台、或是ACC自適應巡航控制系統(Active Cruise Control;ACC)等功能。
據了解,除了中科院之外,目前華創車電也有採用NI的PXI作為量測車電零配件產品的主要工具。
至於FPGA應用在汽車電子的可能性,美商國家儀器行銷部技術工程師柯璟銘認為,彈性化和簡化功能設計是FPGA的強項,不過FPGA仍是扮演汽車電子前端開發樣品功能雛型的角色,現階段主要處理控制架構仍是以MCU設計為主,未來FPGA在車電領域的成長可期,單板式設計架構也將逐漸朝向晶片等級設計階段。
另一方面,張國樑指出,在車廠嚴格驗證的流程下,晶片設計開發商必須將軟體程式開放給車廠進行測試作業,程式的複雜度也讓多工的程式語言架構逐漸成為主流,因此必須有一套模組化作業系統加以支撐。而強調邏輯化的FPGA工具,若要處理複雜的多工軟體設計,速度效率可能會受到影響。16位元和32位元的單晶片架構,看起來似乎還比較得心應手,不過在設計成本仍較為昂貴。
但張國樑進一步強調,值得注意的是,在講求行車安全功能嚴格認證的國際規範ISO 26262標準當中,FPGA已被視為是符合標準的軟硬體設計流程,程式語言需要經過相關驗證合格才行,例如不能用C++寫,只能用C語言設計。因此FPGA工具已逐漸成功滲透到嚴格的車規認證標準。不過有些更為講究訊號處理效能的汽車電子產品,仍是FPGA無法介入的領域,例如電子車身穩定系統(Electronic Stability Control;ESC)或是ACC自適應巡航控制系統等等。