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                      據港臺媒體報導，從體積走向小型化的移動電話，與生活息息相關的汽車，到巨無霸噴射客機自動導航系統，嵌入式系統無所不在的“嵌入”在我們生活中。嵌入式系統平臺的基本功能，除了大家熟知的應用及效率的要求之外，特別強調穩定度和可靠度，因此當車用嵌入式系統被開始運用到各式各樣的車用電子產品，并通過不斷創新的思考模式后，帶給汽車安全革新及駕駛者新的體驗。新一代車用嵌入式系統技術，并非一般嵌入式系統所能夠比擬，而是一個全方位智慧的六度思維空間，使汽車添加了人性化元素。因此，本文將介紹嵌入式系統在車用電子的發展與應用。
 
    嵌入式系統讓車用電子應用開發更簡單
 
    何謂“嵌入式系統”?簡單來說，嵌入式系統是一種具有控制、監視或輔助的系統平臺，并同時擁有電腦般的軟硬件功能，但不需要像電腦般需要有強大的運算或儲存功能，所以軟硬件的需求比比簡單，相對復雜度也比低；而嵌入式系統最大的特色在于“量身定做”的多元性，專為某一項產品所設計的特殊用途，例如:航空業、汽車業、智慧型機器人、工業控制等控制系統的領域，是一項快速而具有低成本開發的應用系統。
 
    拜汽車電子廣泛應用所賜，汽車電子IC控制器用于汽車上的數量越來越多，雖然電控系統方面可以提高汽車的動力性、經濟性和舒適性，但是也增加電路系統的復雜度，進而降低汽車的可靠性，增加維修的難度。從整體布線的角度來分析，傳統電子設備的系統大多采用點對點的單一通信方式，相互之間少有聯系，如此一來，便會造成龐大的布線問題:如汽車動力總成控制、汽車電控系統，以及汽車安全系統等，都會有布線上的問題。為了應對這些問題，車用嵌入式系統便取代了傳統的汽車電腦系統，成為車用系統中的新主流。
 
    以車用嵌入式系統硬件平臺而言，比比適用于HIL（硬件回路）或是Bypass的環境，并運用在多功能電路系統控制與通信系統的接口上，針對汽車駕駛的靈敏度以及安全性的考慮，可以獲得比高的靈活性及可靠度。另外，在軟件平臺則提供嵌入式操作系統以及強大的I/O應用模塊軟件庫支持，確保系統運行安全、可靠，并方便快速開發應用系統。
 
    在目前嵌入式操作系統廠商中，最積極的廠商之一便是IT軟件巨人微軟，從1998年開始以嵌入式操作系統WinCE跨入汽車市場，提供客制化的開發環境，并做為汽車內娛樂至衛星導航系統的控制中心。 
 

圖1 車用嵌入式平臺讓越來越復雜的車用電子變得更加簡單
 
    車用嵌入式系統發展歷程
 
    嵌入式系統集合了ROM、RAM、CPU、I/O在同一顆芯片，其中CPU在這幾年不斷的研究發展，歷經4位、8位、16元，到現在32位甚至64位，對嵌入式系統運算性能的提升有極大幫助，目前在這方面投入的廠商有如過江之鯽。從基本架構來看，嵌入式處理器大致上可分為RISC（Reduced Instruction Set Computer）與CISC（Reduced Instruction Set Computer）兩大主流，并利用一些簡單的指令，藉以降低編譯程序（Compiler）的工作，使線路可以達到最佳化的效果，提高執行速率。
 
    嵌入式系統進入汽車產業大致上可分成3個發展階段：
 
    （1） 單芯片微電腦控制系統
    以4位和8位處理器為主要核心，配置外部平行總線、串列通信接口、SFR模塊系統；所需的元件包括:中央處理單元、內存單元、輸入/輸出、時脈產生單元及相關周邊裝置，并制作在同一顆芯片上，成為一個獨立運作的控制系統；但是，硬件結構和功能也比比單一，處理效率低、存儲容量小、軟件結構簡單，不需要嵌入操作系統。這種低端的汽車SCM系統主要用于任務相對簡單、資料處理量小和即時性要求不高的控制裝置，如:雨刷、車燈系統、儀俵盤，以及電動門窗等。
 
    （2） MCU系統
    以高檔的8位和16位處理器為核心，有了比多的外部接口功能，如:A/D轉換、PWM、PCA、Watchdog、高速I/O口等，配置了芯片間的串列總線，軟件結構比比復雜，程序資料量有明顯增加，目前被廣泛應用在汽車電控系統中，如:ABS系統、智慧安全氣囊、主動式懸吊系統，以及發動機管理系統等。
 
    （3） SoC系統
    以性能極高的32位甚至64位嵌入式處理器為核心，對于資料信號需求量比比高，要求比快處理速度，并使用DSP作為輔助運算器所發展出來的系統架構，這是為了滿足汽車系統不斷擴展的嵌入式應用需求，以提高處理速度，增加存儲容量與集成度。在嵌入式操作系統的支持下具有即時多工處理能力，同時與網絡的結合更為緊密。汽車SoC系統是嵌入式技術在汽車電子上的高端應用，滿足了現代汽車電控系統功能不斷擴展、邏輯漸趨復雜、子系統間通信頻率不斷提高的要求，代表著汽車電子技術的發展趨勢。汽車嵌入式SoC系統主要應用在混合動力總成、底盤綜合控制、汽車定位導航、車輛狀態記錄與監控等領域。 
 

圖2 嵌入式軟件系統平臺開發流程
 
    SoC系統將成為車用電子未來潮流
 
    既然車用嵌入式系統大多已朝著SoC系統的方向發展，SoC系統優越的性能也逐漸被汽車電子產業所認可，那么我們就來談談車用嵌入式平臺SoC系統。筆者認為，基本上車用嵌入式SoC系統會以FPGA/CPLD（線上可編程閘陣列）的模式發展；這是因為系統是由分散式可編程互連邏輯單元所構成，并可以交換信息，經由大量運算過程并由硬件直接完成，系統的結構更加靈活，集成度更高。在系統開發上遵循通用的汽車電子系統開放平臺和統一的標準，在提高軟硬件通用性之后，便能加快汽車電子的開發速度，以及降低成本。但目前來看，SoC系統還是需要建構一套統一的標準與開發平臺，如，歐洲頒布的基于OSEK/VDX標準的MODISTARC規范，將會影響到汽車嵌入式系統開發平臺的發展趨勢。 
 

圖3 SoC系統需要建構統一的標準與開發平臺
 
    “是新產品帶動新需求，還是新需求造就新產品”；我們也可以用相同的思考模式去思考汽車嵌入式系統平臺的未來。汽車嵌入式系統這幾年發展非常迅速，隨著后PC時代的來臨，以及汽車電子導引汽車進入新領域的同時，在車內局部的網域技術和智慧交通技術的強大發展之下，相信嵌入式SoC系統將會形成車內網絡系統的基礎，網絡通信和即時多工并行處理的車用電子產品將會越來越廣泛的被應用。汽車嵌入式SoC系統在硬件上采用32位或64位高性能處理器，在軟件上嵌入了操作系統，具有功能多樣、集成度高、通信網絡化、開發快速及成本低廉的特點，在汽車電子控制和車載網絡通信系統方面有著廣泛的應用，將未來汽車電子的最佳解決方案。