利用永久性存儲(chǔ)器實(shí)現(xiàn)智能汽車功能的全面調(diào)用

假設(shè)8個(gè)月前你駕車駛上了一個(gè)帶急轉(zhuǎn)彎的高速公路坡道。由于轉(zhuǎn)彎時(shí)速度太快，汽車自動(dòng)采取了主動(dòng)安全和懸掛措施來避免駛離道路。

主動(dòng)安全措施包括汽車制動(dòng)、電子穩(wěn)定控制和安全帶的預(yù)拉。智能汽車可以記憶曾采取的主動(dòng)安全措施以及當(dāng)時(shí)的速度、GPS位置和軸承的情況。

現(xiàn)在假設(shè)你的配偶正在前述坡道上駕車行駛，但這次是在下雨天。通過調(diào)用8個(gè)月前記憶的坡道位置和車輛軸承情況，以及了解當(dāng)前路況的濕滑程度，智能汽車能提前采取正確措施來防止汽車滑出坡道并撞上迎面而來的卡車。

上述事例展示了全面調(diào)用(total recall)的實(shí)際作用：智能汽車能夠使用來自不同輸入源的數(shù)據(jù)，包括以前的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)安全措施等應(yīng)用或乘客的定制應(yīng)用。

智能汽車也需要記憶

汽車正變得越來越智能。不管是它的導(dǎo)航系統(tǒng)、娛樂系統(tǒng)還是電子穩(wěn)定控制和主動(dòng)安全措施，車載嵌入式處理功能一直都在不斷地提高。據(jù)Gartner Dataquest公司預(yù)測(cè)，到2014年電子部件成本將占新車成本的30%，而其中半導(dǎo)體器件所占份額也將越來越高。這些汽車系統(tǒng)中大多數(shù)是基于當(dāng)前狀態(tài)而不是歷史數(shù)據(jù)處理信息的。我們可以想像，大量的智能操作可以利用內(nèi)置的永久存儲(chǔ)器來實(shí)現(xiàn)。

現(xiàn)在的汽車一般都有某種類型的永久存儲(chǔ)器，但這離全面調(diào)用功能還相差甚遠(yuǎn)。永久存儲(chǔ)器包括像硬盤這樣的磁性存儲(chǔ)器件、非易失性固態(tài)存儲(chǔ)器或汽車引擎關(guān)閉時(shí)仍連著電源的SRAM。

用于定制化的功能全面調(diào)用

設(shè)計(jì)人員面臨的最大挑戰(zhàn)是如何設(shè)計(jì)一輛能利用永久存儲(chǔ)器實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品差異化的汽車。當(dāng)智能汽車具有足夠的永久性存儲(chǔ)器時(shí)，定制化是可以得到充分開發(fā)的一個(gè)領(lǐng)域。定制可以用于某些用戶接口，或者應(yīng)用于用戶看不見的地方--汽車的工作狀態(tài)。

許多定制參數(shù)可以由用戶明確設(shè)置，如后視鏡或座位調(diào)節(jié)位置。其他的定制可能是基于經(jīng)驗(yàn)的，例如記住危險(xiǎn)路況或個(gè)人的特殊駕駛特征。任何基于經(jīng)驗(yàn)的定制系統(tǒng)應(yīng)允許用戶方便地修改、復(fù)位或取消汽車對(duì)特定過程的學(xué)習(xí)。

許多定制設(shè)置要求電子系統(tǒng)能夠識(shí)別車內(nèi)的每個(gè)人，只有這樣電子系統(tǒng)才可提供全定制。能提升對(duì)永久性存儲(chǔ)器的需求、并使全面調(diào)用的定制成為現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用包括：

1. 引擎和傳動(dòng)鏈性能，包括老化參數(shù)、燃油效率、噴射和錯(cuò)誤代碼等。性能也可以針對(duì)每個(gè)駕駛員進(jìn)行個(gè)性化；

2. 乘客舒適性，包括記住司機(jī)或乘客設(shè)置的座位位置、后視鏡位置、溫度甚至是可選擇的儀表板顯示內(nèi)容等。例如，一個(gè)司機(jī)可能喜歡在可定制的顯示器組或頭戴式顯示器(HUD)上顯示轉(zhuǎn)速，另一個(gè)司機(jī)卻喜歡顯示時(shí)鐘；

3. 導(dǎo)航輔助系統(tǒng)具有地標(biāo)興趣點(diǎn)的GPS測(cè)繪。例如，像地圖清晰度級(jí)別或道路擁塞報(bào)告等顯示器設(shè)置可以針對(duì)每個(gè)司機(jī)進(jìn)行個(gè)性化定制。導(dǎo)航功能還可以用來記錄和提醒父母有關(guān)他們孩子的駕駛習(xí)慣；

4. 主動(dòng)安全措施包括電子穩(wěn)定性控制以及提供不同國家交通信號(hào)信息的交通信號(hào)識(shí)別功能；

5. 帶家長控制功能的后座娛樂屏幕，可以根據(jù)放映內(nèi)容和乘客確定觀看優(yōu)先權(quán)。

在上述應(yīng)用領(lǐng)域的組合中，例如由電子穩(wěn)定性控制功能啟動(dòng)的主動(dòng)安全措施可以使用之前經(jīng)驗(yàn)存儲(chǔ)的GPS信息。目前主動(dòng)安全程序只能根據(jù)當(dāng)前數(shù)據(jù)作出反應(yīng)，并不對(duì)先前的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

如果汽車設(shè)計(jì)想要充分利用每年遞 增使用的電子器件的優(yōu)勢(shì)，永久性存儲(chǔ)器的容量必須相應(yīng)增加。在汽車存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)定制設(shè)置數(shù)據(jù)和信息的需求變得越來越迫切，即使汽車電池被斷開連接時(shí)它也必須保持其中的內(nèi)容。

智能汽車中的每個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)都包含了一個(gè)與汽車中其他處理節(jié)點(diǎn)相連的處理節(jié)點(diǎn)。在相互連接的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)中增加可用的永久性存儲(chǔ)器將形成一個(gè)經(jīng)驗(yàn)節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)(圖1)。這些經(jīng)驗(yàn)節(jié)點(diǎn)允許汽車定制設(shè)置，如根據(jù)系統(tǒng)以前學(xué)到的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行處理和執(zhí)行操作。

                  圖1：分布式使用永久性存儲(chǔ)器以實(shí)現(xiàn)基于經(jīng)驗(yàn)的定制

用于汽車安全的全面調(diào)用

Garnter公司表示汽車安全的下一個(gè)重要增長領(lǐng)域是主動(dòng)安全電子。該公司預(yù)測(cè)，今后50%的新車將裝備電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)(ESC)。對(duì)牽引力控制系統(tǒng)(TCS)、剎車輔助系統(tǒng)(BA)和自適應(yīng)導(dǎo)航控制系統(tǒng)的預(yù)測(cè)也大致相同。

眾所周知，這些系統(tǒng)可獲得的預(yù)碰撞信息將有助于防止災(zāi)難性車禍。目前的系統(tǒng)可能只有幾分之一秒的時(shí)間用來對(duì)突發(fā)情況進(jìn)行分析并做出反應(yīng)。盡可能早地向這些系統(tǒng)提供有用的信息能使這些系統(tǒng)的預(yù)防作用更加成功。即時(shí)信息來自傳感器，如毫米波雷達(dá)、傾斜與偏航傳感器、牽引和傳動(dòng)控制等。全面調(diào)用需要收集即時(shí)信息以及從以前的經(jīng)驗(yàn)中得到的數(shù)據(jù)，比如司機(jī)的反應(yīng)能力以及以前在特定GSP位置和方向處獲得的傳感器和ESC動(dòng)作數(shù)據(jù)。

知道需要存儲(chǔ)什么信息與能夠調(diào)用這些信息同樣重要。存儲(chǔ)太多的信息以便以后使用是不切實(shí)際的，只有重要的事件才應(yīng)被存儲(chǔ)進(jìn)永久性存儲(chǔ)器。

                    圖2：下一代汽車安全電子

全面調(diào)用的實(shí)現(xiàn)

對(duì)于供娛樂系統(tǒng)使用的大量數(shù)據(jù)來說，或許需要使用硬盤作為存儲(chǔ)介質(zhì)。車內(nèi)的其他系統(tǒng)可能使用非易失性存儲(chǔ)器或帶恒定電源的SRAM。許多車輛用SRAM保存無線電臺(tái)分配等設(shè)置信息，但當(dāng)汽車電池?cái)嚅_時(shí)會(huì)丟失所有存儲(chǔ)的信息。永久性存儲(chǔ)器最好用真正的非易失性存儲(chǔ)器(如閃存)實(shí)現(xiàn)。

隨著越來越多的半導(dǎo)體器件被集成進(jìn)汽車，F(xiàn)PGA的使用量也相應(yīng)地增加。FPGA通常都帶有非易失性存儲(chǔ)器，無論它們是基于單片閃存的FPGA還是使用外部啟動(dòng)存儲(chǔ)器的基于SRAM的FPGA器件。當(dāng)電源關(guān)閉時(shí)，基于SRAM的FPGA將丟失這些配置信息，包括任何新的定制數(shù)據(jù)。因此，任何新獲取的定制數(shù)據(jù)必須存儲(chǔ)在片外。

如果小尺寸或瞬時(shí)啟動(dòng)特性是設(shè)計(jì)優(yōu)先考慮的因素，那么帶片上閃存的FPGA是個(gè)很好的選擇?，F(xiàn)在也有的FPGA器件在單芯片中同時(shí)嵌入了閃存和SRAM。這些器件同時(shí)具有CPLD的受保護(hù)立即啟動(dòng)性能和SRAM FPGA的速度與容量?jī)?yōu)勢(shì)。這些器件不需使用外部存儲(chǔ)器實(shí)現(xiàn)SRAM的啟動(dòng)配置或預(yù)加載內(nèi)部嵌入式RAM塊(EBR)。像LatticeXP2 FPGA系列這樣的新一代非易失性FPGA器件有一個(gè)特點(diǎn)，即能夠?qū)?nèi)部SRAM EBR存儲(chǔ)器塊內(nèi)的內(nèi)容寫回閃存，從而成為器件下次啟動(dòng)時(shí)的默認(rèn)信息(圖3)。如果FPGA中使用了軟處理器，EBR內(nèi)的可變信息也可以被寫回閃存。

      圖3：可用于存儲(chǔ)設(shè)置信息的帶閃存的LatticeXP2 FPGA。

對(duì)基于SRAM的FPGA來說，用于啟動(dòng)編程的SPI閃存也可以用來保存定制數(shù)據(jù)。由于SPI存儲(chǔ)器內(nèi)的額外比特比較便宜，而且不占用額外的電路板面積，因此用SPI存儲(chǔ)器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)非常有意義。

為了滿足汽車要求，很重要的一點(diǎn)是要確保FPGA符合AEC-Q100標(biāo)準(zhǔn)以及確保供應(yīng)商獲得了TS16949認(rèn)證。如同任何閃存器件一樣，設(shè)計(jì)必須考慮器件支持的寫入次數(shù)。比如保證最少1萬次寫入次數(shù)的閃存器件如果一天寫一次可以用27年以上。任何閃存器件的壽命都可以通過審慎地使用閃存來延長。

快速啟動(dòng)的汽車

隨著電子系統(tǒng)的日益復(fù)雜，啟動(dòng)時(shí)間變得越來越慢。為了保持快速 的啟動(dòng)性能，非易失性FPGA在設(shè)計(jì)時(shí)需要使用從片上閃存到分布于整個(gè)架構(gòu)的編程SRAM的寬帶通道(圖4)。這種方案可以讓FPGA在1ms左右完成初始化啟動(dòng)過程。而基于SRAM的FPGA需要數(shù)百ms才能完成啟動(dòng)。這一點(diǎn)很重要，因?yàn)橹悄芷囅到y(tǒng)必須在使用前完成全部節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)絡(luò)的初始化?？焖賳?dòng)對(duì)全面調(diào)用取得成功而言是非常有必要的。

             圖4：具有閃存寫回功能的FPGA器件可實(shí)現(xiàn)快速編程和高安全性

其他重要的存儲(chǔ)器選擇

其他永久性存儲(chǔ)器還包括可移動(dòng)的固態(tài)存儲(chǔ)器和板載硬盤，它們可以用來定制需求高存儲(chǔ)容量的應(yīng)用，如娛樂內(nèi)容或?qū)Ш较到y(tǒng)。舉例來說，可以在PC機(jī)上利用強(qiáng)大的在線興趣點(diǎn)搜索和地圖輔助功能計(jì)劃你的旅程，然后將信息傳送到具有插入式閃盤或藍(lán)牙存儲(chǔ)器件的汽車。這些存儲(chǔ)器件也可以用來存儲(chǔ)或傳送來自汽車的信息。

本文介紹的幾種方法可以用來使汽車電子系統(tǒng)變得更加可定制，也更善于利用經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。本文推薦采用基于經(jīng)驗(yàn)的定制方法以及分布式永久性存儲(chǔ)器技術(shù)。全面調(diào)用功能可以定義為從永久性存儲(chǔ)器調(diào)用信息的能力，這些信息將與當(dāng)前傳感器輸入數(shù)據(jù)一起作用于智能汽車。