你是否正在设计最新的车辆嵌入式系统?

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自动驾驶汽车最终会来到我们中间,但是在那一刻到来之前,让我们先看一看推动这种进步的动力都来自什么地方?



下一个发展的风向标指向了汽车

我们都已经看到了。我们也已经在你们前端的媒体所做的技术报道里读到了。技术的下一个前沿将会出现在汽车上。这个不断增长的技术市场本来的特点就有在方向上会出现偏差的倾向,这对于想要将当今时代更加传统的、未相互联结的、靠燃油驱动的、底盘通用的车辆定制化的想法来说并不是一个让人感兴趣的方向。与此相反,智能手机的无处不在派生出了一个新的设计趋势,在为联网汽车平台开创出了一条道路的同时,这种趋势已经逐渐成熟。等在我们前面的交汇点正是各种汽车软件更大程度的整合。联网汽车市场的机遇是巨大的,但挑战也比比皆是。汽车行业以及移动通讯产业各自不同的开发生命周期对于联网汽车的未来来说是一个巨大的障碍。道理很简单,车辆的开发周期要比智能手机的其他便携式小配件的开发周期来得长得多。这其中涉及到厂商和供应商的更大程度的整合,并且要具备与所计划的设计蓝图严丝合缝地匹配在一起的能力。实际上,诸如操作系统这样的新特性正在越来越普遍,而对于复杂且集中运营的嵌入式系统的需求正在占据进化过程的制高点。这意味着更加依靠来自各种不同通道、作动器和传感器的数据的整合,操作所有的新应用- 如自动紧急响应系统 - 的能力从功能上来说就是要求具有更多的 SoC 嵌入式系统的要求。

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正在发生什么事情?

人、过程、治理、采用。让我们看一看源于各种变革的相似之处。我们已经看到新的安全法律以及修订后的法规正在因这个行业而产生。这些新法律将会主导对连通性的需求。实际上,欧洲议会就在今年投票通过了与eCall 相关的法律,并将强制执行的时间定在了2018年。这个法律规定,欧洲的汽车必须要配备eCall,即能够在发生事故后自动与紧急救援部门进行联系并告知车辆具体位置的一套车载系统。汽车行业和移动通讯行业都有着自己各自的区域性目标和市场目标。但两个市场中所有的参与者都必须能够寻找到相互协作的途径,以便能够满足消费者的连通性要求。举例来说,克莱斯勒公司与Nextel 公司结成合作伙伴关系,并已经成功地将像道奇蝰蛇这样的车型连通在一起;通用汽车则使用 AT&T作为其移动通讯领域的开发合作伙伴。

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从销售部门和客户的角度会有什么样的共鸣?

要求在汽车车厢内纳入更多的精致功能和软件整合的呼声正在不断增长。这一现象始于制造商,然后是供应商网络,最后是整合合作伙伴 -所有各方都比以前更加积极,希望能够实现一个共同的目标,朝着联网汽车的实现而迈进。正如实体零售商店所付出的努力一样,汽车经销商也正在尽最大努力让自己的工作变得更加具有高科技的风范。智能车辆的出现早就已经极大地改变了经销商的经营模式,更多的变化正在前方等待着消费者的到来。

在销售和驾乘体验方面,销售代表必须计划花费一个小时甚至更多的时间来告诉顾客如何使用他们汽车上的先进技术。但是,即使这些也仅仅是曾经提到过的几个方面,即相对于汽车来说已经发生了变化的情况,以及汽车的销售方式甚至是分销、拥有和维护的方式。但是有一件事情是可以肯定的,那就是设计趋势和用户趋势相互交叉在一起,才让驾驶者们搞清楚了对于联网汽车他们应该有什么样的要求和期待什么样的体验。这又受到快速发展的智能手机以及由移动通讯行业快速的采用和广泛的扩张所带来的市场营销体验的推动,具体到个人身上就是他们从各自喜爱的应用程序中所获得的非常顺畅和高度进化的体验。

今天,客户体验变得更加具有针对性,而用户们,无论是面对屏幕还是操纵他们的移动设备,都会对于“从我上次中断的地方开始”这一预期非常地了解,而无论要求所针对的是什么频道、媒介、设备或者平台。无缝的体验正在渗透到市场当中。我们都见证了Uber 的发展,用户首先在自己的智能手机上进行点击,随后是 Uber司机启动的遥测技术,随后又回到用户的智能手机上。实际上,以相反的顺序运行也是可以的,即 Uber司机将信息呈现在他们的设备上,显示出客户的位置和订单的优先顺序。真实世界中的交互通过实时数据达到进一步提高,与一台设备连接后又引出另外一个平台,从而继续这段旅程。交通行业是我们能够见证实时解决方案改变我们日常活动的众多领域中的一个,而其中的一些解决方案是由 Atmel 的物联网云合作伙伴提供的,如 PubNub,利用设备中的堆栈为许多车辆平台提供派遣、车辆状态、地理围栏等信息。像Lixar、LoadSmart、GetTaxi、Sidecar、Uber、Lyft这样的公司正在将实时技术作为一个整体应用于他们的集成车辆平台上。

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汽车正在越来越成为一个软件平台,与生态系统连接在一起的价值链附件在软件内得到启用,软件通过云整合在一起,数据继续让体验得到提高。联网汽车的设计发展轨迹沿袭了这个软件整合的方向。今天,需求所强调的是移动性连同必要的与客户服务的连通性,以及电动汽车的电力管理等先进的功能,固件/软件的更新将会在驾驶者的体验中进一步产生精确的结果(行驶里程、电池管理、其他辅助驾驶功能等)。

汽车制造商与移动运营商正在争论什么方式才是将汽车与网络连接在一起的最佳方式。内置的方式可以提供更强的连接性,但是有些消费者更愿意通过蓝牙或USB线将他们的智能手机与汽车连接在一起,因为这样就可以获得对他们的所有联系人和播放列表的完整访问能力。联网汽车服务最终将会朝着更广阔的汽车市场打开一条通路,支持这些连接的嵌入式连接和嵌入式系统将开始利用各种需求将传统且各自分离的信号整合到更加集中管理的面板之上。

堆栈的扩散

联网汽车的设计方向将会需要更多的开发,并会为如下概念提供支持,即软件和嵌入式系统将会连同新推出的作动器和传感器一道在未来更加普遍。我们所谈论的是“轮子上的软件”、“轮子上的片上系统”、“安全的移动性”。

如果设计足够聪明,高性能的嵌入式系统将会继续保持高成本效益的趋势。许多新汽车也许会拥有以传感器和作动器为基础的最为广泛的物联网设计,且能够在一个紧凑型的、获得认证的无线模块中得以实施。

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同样地,通过一个高性能的 MCU 而不是 MPU实施这项任务并进而获得最为快速的启动速度,对于设计人员来说就意味着经济性。这不仅能够极大地降低材料清单相关成本、降低开发所需资源、减小尺寸、定制无线设计能力,而且还能够减少线路板的足迹。除此之外,ARM具备各种物联网设备开发选项,可以为合作伙伴生态系统提供具有开放标准的模块。这种方式可以通过对通讯栈的受到严格限制的访问而获得型号批准证书,从而确保物联网或联网汽车连通性的易于实施。

司机将会从新的终端用户应用程序中不断得到提示 - 这就需要芯片具备更多的确定性代码和处理能力,支持安全的存储能力,在这些联网汽车应用中建立并保存软件栈。

一个又一个的功能、一层又一层的软件正在与司机、轮胎、轮子、方向盘、地点、遥测等汽车驾驶的各个方面相互结合在一起。与车辆相匹配的速度控制和刹车技术正在进入各种联网汽车的制造之中,让传统的ABS 概念提高到一个更高的层次,使之拥有了智能,另外还有受控转向和更好的 GPS系统,所有这一切都很快就会催生出短时或巡航状态下的自动驾驶和自动泊车。

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从长远来看,联网汽车背后的技术进步将最终会导致无人驾驶汽车的问世,但是这个具有颠覆性的概念离我们还依然有一段距离。

哪里有创新和变革哪里就有打破

就像每一次市场的最终被打破一样,联网汽车的发展将会经历一个中间发展过程。创新性的应用程序到处可见,特别是在消费者接受了由应用程序和智能手机所提供的无缝过渡体验的范例当中。无论我们身处何处,我们对于普遍连通性和移动性的需求正在把我们的车辆变成一个移动平台,要求我们用户能够无缝地与世界连接在一起。这个对连通性的需求随着相关成本而增加,相关设备将会越来越容易得到。汽车和其他移动平台正在越来越成为各种联网的包裹,包裹当中是智能化的嵌入系统。汽车所能够提供的已经不仅仅是娱乐- 还可以提供丰富的多媒体功能和车内互联网访问。安全和受信任的重要数据和连通点(硬件安全/处理,加密内存,加密认证)的进一步整合能够为我们带来创新性的导航、安全和预测性维护等能力。

由于汽车制造商对最近发生的黑客入侵感到担心,特别是对与安全和可靠性相关的问题感到担心,所以不可能对所有的应用程序都保持开放态度。他们将会保持某种现有的控制方式,并与开发人员合作确保能够有效地防止入侵,但与此同时又会限制在汽车中应用程序的数量,从而对那些与体验和安全措施保持一致或者相互矛盾的内容实施管理。重要的一点是,我们甚至现在就已经注意到了这一点。破坏来得非常迅速,苹果公司和其他公司已经被提及要进入联网汽车市场。这是扩大技术市场所占份额、提高技术品牌认知度的一个新战场。与我们之前见证过的从黑莓手机到智能手机的发展过程相似,那些在自己平台的开发和发展过程中晚了一步的企业很可能会被迫处于市场的边缘地位,或者发生内爆。

对于将会发生什么样的事情没有人会提出怀疑。自动驾驶汽车最终会来到我们中间,但是就目前来看,这还依然是一个未来的概念。

我们在创造、设计和开发过程中能做些什么?

在利用新设计将传统的独立筒仓式厂商更多地整合在一起的过程中,汽车的大量生产需要继续进行,以便让更加统一的和集中化管理的嵌入式控制的崛起能够找到一条出路。因此,目前最重要的一点还在于以整体化方式所设计出来的平台上所具备的DNA,平台所配置的一系列处理器和安全保障机制能够承担起新的服务模式和应用的责任。

这一年我们编辑出版了一系列非常有趣的技术文章,为汽车访问系统、CAN 和LIN网络、车载以太网、电容式界面和电容式距离测量等技术的开发和设计提供支持。

在为联网汽车的发展和进步提供路线图支持的同时,一个设计的新时代已经到来。在这个新时代中,平台要求嵌入式控制能够均衡地与他们的设计特性和应用实例相匹配。我们同时还要特别介绍一下在市场上性能达到最高水平的基于 ARM Cortex-M7的微控制器,这款产品将超常的存储能力与多种连通性选项结合在一起,提供了无与伦比的设计灵活性。Atmel | SMART ARM Cortex-M7产品系列 对于汽车工业、物联网和工业连通性市场来说是非常理想的一种选择。SAM V/E/S微控制器系列是业界性能最高的 Cortex-M微控制器,在将性能进一步提高的同时,还让成本和能耗得到了有效控制。

所以,如果你正在设计最新的汽车、物联网或者工业产品,那么一定要将下面的几个特点牢记心中:

· 优化的实时确定性代码执行能力和低延迟外部数据访问

· 六段式双发射流水线可在 300 MHz 下实现高达 1500 CoreMark

· 适用于汽车的 ARM Cortex-M7微控制器 带以太网视频音频桥接(AVB)、Media LB外设支持(是迄今为止市场上唯一的一款产品)

· 借助于更大的时钟频率、浮点运算和两倍于 M4 的 DSP 能力,M7 可以提供32位浮点 DSP能力以及更快的执行速度

我们将联网汽车的设计提高到了更高的性能水平 -拥有了高速的连通性、高密度片上存储、以及强大的设计工程工具生态系统。最近,Atmel 公司的 Timothy Grai 揭示了Cortex-M7 处理器架构中的 DSP 特性上的另外一个亮点。真正的 DSP并不能够很好地执行控制和逻辑功能,他们一般都不具备微控制器上能够提供的外部设备的广泛程度。“M7 的魅力就在于这两件事它都可以完成 -DSP 功能和控制功能 - 因此可以被看做是一个数字信号控制器(DSC)”,Grai 以 Atmel 的SAMV70 和 SAMV71 微控制器为例,指出他们都是用来将诸如娱乐信息节目音频放大器这样的终端结点连接到正在兴起的以太网AVB 网络上。在音频放大器中,你所收到的是一个特别的音频格式,必须要对其进行转换、过滤、调制后才能够与汽车中的喇叭相匹配。以太网和DSP 能力同时都需要具备才行。

Grai 继续说道:“娱乐信息应用中的音频放大器是 DSC 的一个很好的例子;微控制器的能力以及外设,加上 DSP能力用于音频处理。大部分时间里主处理器不整合以太网AVB,因为娱乐信息节目的连通性是建立在以太网标准的基础之上的。大型的片上系统通常没有以太网接口,启动时间较长,功耗较大。Atmel的 SAM V7x 微控制器可以实现快速的网络启动,促进功耗模变。”

Atmel 本身的基因中就含有创新性内存技术 -这个特点对联网汽车和物联网产品的设计人员非常有帮助,让他们能够使用同样的微控制器且无须增加外部存储的情况下为应用运行多个通讯栈。避免使用外部存储器就可以缩小PCB 的足迹,降低 BOM 成本,消除设计高速 PCB所带来的复杂性,同时将性能提高到一个新的高度。

极为重要的是,Atmel | SMART ARM Cortex-M7产品系列 可实现高达 1500CoreMarkScore,提供出众的连通性选项和独一无二的存储架构,可以应对联网汽车设计过程中最终实现“轮子上的片上系统”的发展要求。

如何开始

1. 下载本白皮书,该文件详细介绍了如何以更高的速度运行更加复杂的算法。

2. 查看 Atmel AutomotiveCompilation 文件

3. 参加 Amtel Tech on Tour 拖车举办的实操培训。完成这些课程后,你就会获得 Atmel | SMART SAM V71 Xplained Ultra EvaluationKit。

4. 用 SAM E70、SAM S70、或 SAM V70(是汽车、物联网、智能网关、工业自动化和无人机应用的理想选择,而汽车级别的 SAMV70 和 SAM V71则是车载资讯系统、音频放大器和先进媒体连通性的理想选择)设计最新的嵌入式系统,

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[供图:欧洲委员会,GSMA]

 

 

 

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