汽車正經(jīng)歷著一場數(shù)字革命的洗禮：純機械系統(tǒng)和模擬電子的時代一去不復返。現(xiàn)今的汽車是數(shù)字化的汽車，內(nèi)置了幾十甚至上百個嵌入式處理器，它們通過數(shù)字網(wǎng)路相互連接，以控制和優(yōu)化汽車內(nèi)幾乎每一個系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)。將來的汽車會集成更多的處理器，因為先進的應用和性能要求更為復雜的信號處理算法，包括安全、引擎和尾氣排放控制、駕駛者與汽車的交互界面，以及車內(nèi)信息和娛樂系統(tǒng)等。
汽車市場要求處理器供應商做出長期的承諾。例如，汽車制造商有時要求其供應商對某一處理器產(chǎn)品提供長達10－15年的供應承諾。下面我們將探討針對汽車數(shù)字信號處理應用的各種處理器類型，以及各個類型的優(yōu)缺點。此外，我們還將分析汽車應用的特殊要求對面向汽車市場的處理器的影響。
汽車應用中處理器的選擇
汽車系統(tǒng)所用處理器的選擇受多種因素的影響。最主要的選擇標準一般包括汽車認證資格、片上集成度、性能、價格和節(jié)能等。軟件開發(fā)工具的質(zhì)量及軟件組件的可用性也會影響到處理器的選擇。處理器供應商對其產(chǎn)品的承諾以及將來的發(fā)展規(guī)劃等也是重要的考慮因素。
由于關(guān)系到生命安全，汽車引擎、氣囊控制和剎車系統(tǒng)等關(guān)鍵的汽車安全系統(tǒng)對處理器有十分嚴格的可靠性和耐用性要求。因此，汽車安全系統(tǒng)應用對處理器供應商來說是最嚴峻的考驗。這些應用要求處理器獲得汽車認證資格，而且這類處理器都需要專門的設計、制造、封裝和測試方法。
有許多非關(guān)鍵信號處理汽車系統(tǒng)也需要大量的處理器，比如車內(nèi)導航和娛樂設備。盡管汽車整車制造商和汽車電子系統(tǒng)供應商對這類應用也要求高質(zhì)量的組件，但要求畢竟沒有關(guān)鍵性安全應用那么高。例如，用于車內(nèi)系統(tǒng)的處理器一般不要求獲得汽車認證資格。
現(xiàn)在，對性能要求最高的汽車信號處理應用是車內(nèi)導航和娛樂系統(tǒng)。再過幾年這一情形可能有所改變，因為新的安全系統(tǒng)開始采用視頻和雷達處理，而且引擎和剎車控制系統(tǒng)將采用基于模型的復雜計算方法，目前流行的查找表參考方法也將被復雜的實時運算方法所替代。
在處理器上集成適當?shù)耐庠O、存儲器和I/O接口有助于提高性能和穩(wěn)定性，以及降低功耗和系統(tǒng)成本。汽車應用的片上集成要求與其它信號處理應用有很大的區(qū)別。因此，面向汽車應用市場的供應商必須針對這些應用的特殊要求而專門設計其處理器。多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器對面向汽車控制系統(tǒng)的處理器特別有用。例如，一個引擎控制系統(tǒng)一般要接收來自數(shù)十個模擬傳感器的輸入信號。
附表：處理器類型、代表性供應商及處理器樣品
對面向汽車控制系統(tǒng)的處理器來說，片上閃存是一個關(guān)鍵特性，因為這些系統(tǒng)要使用很大的查找表，有時需要現(xiàn)場更新。如引擎控制系統(tǒng)所用的查找表就包含來自各種控制組件（比如加油器和點火線圈）的數(shù)萬個校準點（或類似輸出值）。校準點數(shù)據(jù)一般是在汽車出廠前在實驗室確定的，但汽車使用一段時間后某些校準點可能需要調(diào)整。片上閃存就可以利用從汽車經(jīng)銷商處下載的數(shù)據(jù)現(xiàn)場更新校準點或控制算法的其它參數(shù)。
與采用單獨的閃存芯片相比，將閃存集成在處理器上的最大好處在于系統(tǒng)性能的提高和成本的降低。雖然集成的片上閃存對系統(tǒng)開發(fā)商很有價值，但處理器供應商要實現(xiàn)它卻非易事。經(jīng)汽車認證的處理器對高溫的要求比主流閃存技術(shù)所能承受的溫度要高�？上攵�，在這一市場上競爭的處理器供應商往往需要投入大量的資源以開發(fā)可在汽車系統(tǒng)上穩(wěn)定工作的閃存技術(shù)。
數(shù)字網(wǎng)絡收發(fā)器有助于分布式系統(tǒng)中處理器間的通信。有各種各樣的網(wǎng)絡協(xié)議針對不同的汽車系統(tǒng)。面向特定汽車應用的處理器一般都為相關(guān)協(xié)議集成了網(wǎng)絡收發(fā)器。例如，控制域網(wǎng)絡（CAN）協(xié)議一般用于引擎和變速控制網(wǎng)絡。而面向媒體的系統(tǒng)傳輸（MOST）協(xié)議則針對車內(nèi)信息娛樂應用，如音頻、視頻、導航及通信等。
對于面向關(guān)鍵應用的處理器，先進的片上調(diào)試追蹤單元也十分有用。這種追蹤功能可為系統(tǒng)開發(fā)者提供詳細的處理器、軟件和操作系統(tǒng)狀態(tài)信息，這些信息對驗證和調(diào)試特別有用。針對全球嵌入式處理器調(diào)試接口的Nexus 5001論壇標準定義了軟件與片上調(diào)試硬件的接口。該標準最早由IEEE行業(yè)標準和技術(shù)組織（IEEE-ISTO）于1999年制定，現(xiàn)已更新到IEEE-ISTO 5001-2003。該標準的開發(fā)者希望它能夠鼓勵開發(fā)工具供應商將片上調(diào)試追蹤單元添加進來，或加強對它的支持。
車內(nèi)信息和娛樂系統(tǒng)是當前汽車應用中對計算性能要求最高的信號處理系統(tǒng)，主要是因為這些系統(tǒng)涉及到視頻處理等需要強大信號處理功能的應用。一個高檔信息娛樂系統(tǒng)可能包括多通道音頻系統(tǒng)、DVD播放器、GPS導航系統(tǒng)，以及免提移動電話，所有這些都集成進一個系統(tǒng)內(nèi)。針對車內(nèi)信息娛樂系統(tǒng)的處理器包括相對高性能的DSP、DSP增強型通用處理器（GPP），以及DSP/GPP混合器件。這些處理器一般工作于200至750MHz的時鐘速率范圍內(nèi)。
相反地，針對引擎和剎車控制等關(guān)鍵控制系統(tǒng)的處理器一般都是中等性能的處理器。采用較大的芯片制造工藝（如0.18或0.25微米）比較容易滿足高溫等惡劣工作環(huán)境的要求，而且控制應用的處理速度要求一般不太高。因此，相對較低的最大處理器時鐘速度（40至150MHz）和較大的制造工藝是這類應用的最佳選擇。然而，這類應用對處理性能的要求也在不斷提高，處理器供應商必須調(diào)整策略，以便在滿足高溫要求的同時獲得更高的性能。
汽車應用對價格特別敏感。處理器供應商不得不開發(fā)高集成度的專用處理器以降低系統(tǒng)成本。雖然汽車應用對價格比較敏感，但汽車資格認證過程卻代價不菲，而且這些成本會增加芯片成本。結(jié)果，經(jīng)過汽車資格認證的處理器一般要比非認證的同類產(chǎn)品貴。在汽車信號處理系統(tǒng)中，高效節(jié)能一般不是主要問題。只有在引擎運轉(zhuǎn)和電池充電系統(tǒng)啟動的時候，引擎、底盤和剎車控制等系統(tǒng)才處于工作狀態(tài)。
盡管如此，高效節(jié)能在某些應用中也很重要。有些系統(tǒng)在引擎關(guān)閉時處于工作狀態(tài)，它們的功耗必須很低以便電池耗能不會影響引擎啟動。例如，車內(nèi)信息娛樂設備就是這類應用之一。還有些系統(tǒng)必須密封得很好以免受到外界環(huán)境影響。在這種情況下，這類系統(tǒng)的封裝可能會影響散熱，因此功耗不能太大。
