富士通提出“軟硬一體”平臺化解決方案，應對汽車(chē)電子設計挑戰

不久前，豐田公司高調宣布放棄純電動(dòng)汽車(chē)計劃，這一消息在業(yè)內激起不小的“浪花”，加上深圳5.26交通事故電動(dòng)出租車(chē)的起火事件，似乎都為新能源汽車(chē)的發(fā)展潑了冷水，有不少人甚至開(kāi)始質(zhì)疑新能源汽車(chē)的前景。

“中國正在面對嚴重的能源短缺的壓力，能源危機的應對刻不容緩，新能源汽車(chē)一直并還將繼續受到國家政策的大力扶持，仍然是大勢所趨。豐田公司等只是個(gè)案，這不會(huì )影響未來(lái)大趨勢，而只會(huì )引起業(yè)內對如何正確發(fā)展新能源汽車(chē)的更大反思?！备皇客ò雽w產(chǎn)品經(jīng)理李丹在日前于武漢舉行的2012 AETF第七屆亞太汽車(chē)電子技術(shù)論壇峰會(huì )上闡述了自己的觀(guān)點(diǎn)，并探討了汽車(chē)電子技術(shù)的總體發(fā)展趨勢以及及富士通半導體的平臺化開(kāi)發(fā)解決方案如何幫助中國汽車(chē)電子開(kāi)發(fā)者應對未來(lái)的設計挑戰。

圖1. 富士通半導體產(chǎn)品經(jīng)理李丹在2012 AETF演講。

解讀環(huán)保、舒適、安全三大趨勢

環(huán)保、舒適、安全這三大關(guān)鍵詞可以說(shuō)見(jiàn)諸很多汽車(chē)電子半導體供應商的演講稿中。但李丹結合富士通半導體長(cháng)期與領(lǐng)先汽車(chē)制造商和一級、二級供應商的合作經(jīng)驗以及自己對本土汽車(chē)電子產(chǎn)業(yè)的觀(guān)察，對其進(jìn)行了具體詮釋。

在汽車(chē)的節能環(huán)保方面，李丹指出，對于傳統汽車(chē)，很重要的一個(gè)體現是在發(fā)動(dòng)機技術(shù)相似的情況下怎樣減少油耗，這主要看車(chē)身的重量，車(chē)身網(wǎng)絡(luò )正是可以降低線(xiàn)束成本和重量的一個(gè)重要方面；除了車(chē)身電子以外，還有一些特殊的車(chē)身車(chē)架結構設計也可降低車(chē)子重量，進(jìn)一步節能減排，例如全鋁的發(fā)動(dòng)機，等等。當然，發(fā)展燃料電池汽車(chē)、電動(dòng)汽車(chē)等新能源汽車(chē)才是降低燃油消耗的最根本方法。

圖2.汽車(chē)電子市場(chǎng)和技術(shù)趨勢圖。

而在提升汽車(chē)舒適性方面，李丹重點(diǎn)提到了汽車(chē)多媒體系統發(fā)揮的作用，包括更多的人機交互、更直觀(guān)的駕駛輔助體驗、更多的媒體影音娛樂(lè )項目等?！拔覀兛吹搅艘酝叨塑?chē)的一些配置正在向中低端車(chē)轉移的趨勢，如更高品質(zhì)的音響、圖形顯示儀表盤(pán)、后座娛樂(lè )影音，還有更直觀(guān)的3D導航技術(shù)、全自動(dòng)空調、泊車(chē)輔助系統等。當然，對于新興市場(chǎng)包括中國、印度等的很多小型車(chē)，低成本的車(chē)載音響仍然有很大的市場(chǎng)空間?！彼硎?。

在發(fā)達國家，交通事故造成的死亡和傷殘人數已經(jīng)非常低。據李丹介紹，現在中國的汽車(chē)廠(chǎng)商（包括合資廠(chǎng)和本土品牌）比以往任何時(shí)候都更加重視安全系統和可靠性設計，并已經(jīng)或正在將各種先進(jìn)技術(shù)應用于現在推出的車(chē)型中，包括早前有ABS、現在是ESP車(chē)身電子穩定系統（將ABS也集成了），另外還有AFS自適應頭燈系統、TPMS胎壓監測系統、環(huán)視/夜視技術(shù)等。

應對汽車(chē)電子設計挑戰需要平臺化思路

然而，上述三大發(fā)展趨勢也使得汽車(chē)電子系統的設計日趨復雜，涌現出更多更大的難題和挑戰。以MCU使用數量為例，據相關(guān)數據統計，低端車(chē)型要用到20-30片，中端為40-50片，而高端車(chē)會(huì )用到多達80-100片?！斑@只是一個(gè)粗略的統計，在電動(dòng)汽車(chē)方面的應用可能還會(huì )更多。這么多的MCU散布在這個(gè)車(chē)子上，就像人體的神經(jīng)元，總線(xiàn)/網(wǎng)絡(luò )就像神經(jīng)將它們聯(lián)系起來(lái)?！崩畹ぶ赋?，“我認為汽車(chē)電子技術(shù)的核心之一就是車(chē)身網(wǎng)絡(luò )（Network），因為無(wú)論是節能、安全和舒適，其應用系統都非常復雜，以往可能是在一個(gè)集中式的系統中進(jìn)行完整實(shí)現，現在要將集中式的拓撲結構改為分布式的結構，那么網(wǎng)絡(luò )就會(huì )變的非常重要?！?/P>

他表示，在網(wǎng)絡(luò )的平臺基礎上，迫切需要一種完整的開(kāi)發(fā)平臺來(lái)解決上述設計挑戰，這種平臺包含所有軟件平臺、硬件平臺以及系統結構的平臺，只有這些平臺都完全建立好，汽車(chē)電子工程師在做任何功能的擴展或者任何新的項目才能基于原有的結構、原有的積累，快速地進(jìn)行可靠的開(kāi)發(fā)。

圖3：汽車(chē)電子研發(fā)工程師面臨的挑戰。

的確，工程師在系統設計中會(huì )遇到諸如此類(lèi)的“攔路虎”：如項目初期不明確的SPEC會(huì )造成非常多的不明確及設計變更；對新的功能缺乏相關(guān)背景知識；軟件平臺的變化；EMC/EMI故障排除；軟件可靠性測試和故障排除；文檔和流程工作；緊迫的時(shí)間表等。

如何有效改善工程師開(kāi)發(fā)的質(zhì)量，并降低產(chǎn)品開(kāi)發(fā)難度，是業(yè)界面臨的重要課題，平臺化開(kāi)發(fā)解決方案就是一種解決思路。在演講中，李丹列舉了富士通半導體的平臺化開(kāi)發(fā)解決方案具體能給工程師帶來(lái)的好處：

1. 模塊化系統設計，降低設計的復雜性；

2. 系統的變更工作變得比較簡(jiǎn)單，包括軟件和硬件；

3. 增強價(jià)格談判能力；

4. 更好的物流控制；

5. 加快Time to market。

另外，平臺化還可以應對管理層所面臨的挑戰。如果沒(méi)有平臺，庫存管理會(huì )很麻煩；整個(gè)供應鏈管理也很麻煩；因為要備很多不同的器件，如果產(chǎn)品型號過(guò)于分散，會(huì )降低價(jià)格談判能力；對市場(chǎng)的反應慢；要面臨知識積累很弱的問(wèn)題等。

富士通半導體“軟硬一體”的平臺化開(kāi)發(fā)解決方案

富士通半導體的平臺化開(kāi)發(fā)解決方案包括硬件平臺化和軟件平臺化兩個(gè)方面，不過(guò)兩者是有機結合為一體。

在硬件方面，主要體現在提供覆蓋更寬泛的產(chǎn)品系列，同一個(gè)系列的產(chǎn)品會(huì )涵蓋到汽車(chē)電子中絕大多數的應用和不同層次需求，如下圖4所示。隨著(zhù)企業(yè)的不斷發(fā)展，產(chǎn)品種類(lèi)和陣容都可能發(fā)生很大的變化。因此，企業(yè)在做平臺化的選型時(shí)，需要對管腳數量、Flash容量、總線(xiàn)要求、成本等做出綜合的考量，避免在產(chǎn)品線(xiàn)拓展時(shí)頻繁的切換平臺。

“富士通半導體的汽車(chē)電子硬件平臺可以在同一個(gè)系列中會(huì )分別提供汽車(chē)級和工業(yè)級的產(chǎn)品選擇。同樣是汽車(chē)級的，有些客戶(hù)需要CAN總線(xiàn)通信，有些不需要，而CAN總線(xiàn)成本較高，我們會(huì )在管腳兼容的型號中同時(shí)提供帶CAN的和不帶CAN的兩種選擇，這就可以在同樣的電路設計中兼容帶CAN和不帶CAN，以來(lái)滿(mǎn)足成本的優(yōu)化并帶來(lái)極大靈活性?！崩畹そ榻B道。

圖4.涵蓋汽車(chē)電子中絕大多數應用的富士通半導體硬件平臺。

圖4中紫紅色部分的產(chǎn)品型號都屬于主打“高性?xún)r(jià)比”16FXS系列16位MCU，非常適合中低端和新興市場(chǎng)，涵蓋儀表、音響等各種汽車(chē)應用。

藍色的FR81S系列32位MCU則偏高性能，能提供很多特性選擇，實(shí)現例如多路CAN網(wǎng)關(guān)、圖形儀表、電動(dòng)汽車(chē)的馬達控制等應用，其總體性?xún)r(jià)比也不錯，可以用最低的系統成本做出合適的解決方案。

在軟件平臺方面，李丹介紹說(shuō)，富士通半導體的開(kāi)發(fā)環(huán)境可兼容所有16位/32位硬件平臺，以后的產(chǎn)品路線(xiàn)圖也將保證具有一樣的開(kāi)發(fā)環(huán)境，因此客戶(hù)不需要重新學(xué)習，從而可縮短開(kāi)發(fā)周期。

圖5.富士通半導體的開(kāi)發(fā)環(huán)境兼容所有16位/32位MCU硬件平臺。

他在演講中特別提到了富士通對AUTOSAR（汽車(chē)開(kāi)放系統架構）標準的支持。AUTOSAR這一新興的汽車(chē)設計軟件標準是歐洲汽車(chē)制造商及他們的供應商共同努力的成果，其目的是將結構、清晰的接口和隱式方法匯集到一個(gè)流程當中，也就是汽車(chē)分布式系統的設計流程。它是一組涵蓋接口和軟件模塊定義的標準，它為車(chē)輛復雜的網(wǎng)絡(luò )分布式系統創(chuàng )建了一個(gè)嵌入式軟件結構。AUTOSAR 使設計人員能夠專(zhuān)注于獨特的創(chuàng )新功能，而不受集成細節的影響。

據李丹介紹，已有國際Tier-1供應商與中國的研發(fā)部門(mén)合作基于A(yíng)UTOSAR的開(kāi)發(fā)，本土廠(chǎng)商大多數仍處于學(xué)習和觀(guān)望階段。但AUTOSAR無(wú)疑是汽車(chē)軟件開(kāi)發(fā)的大趨勢，它基于模型開(kāi)發(fā)，不用手動(dòng)編寫(xiě)代碼，是調用模型然后進(jìn)行配置自動(dòng)生成代碼。這種方式會(huì )降低開(kāi)發(fā)難度，縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期，提高軟件的可靠性。中國絕大多數廠(chǎng)商對于這樣的開(kāi)發(fā)方式是歡迎的，只是需要一個(gè)學(xué)習和了解的過(guò)程。

圖6為富士通半導體的AUTOSAR Roadmap，其32位MCU和其高性?xún)r(jià)比的16位MCU均可支持AUTOSAR(競爭廠(chǎng)商一般只有32位MCU進(jìn)行支持)。

圖6. 富士通半導體的AUTOSAR Roadmap。

另外，AUTOSAR這種開(kāi)發(fā)方式需要有很多第三方工具支持，富士通半導體與這些第三方工具廠(chǎng)商都展開(kāi)了緊密的合作（見(jiàn)圖7）。

圖7. 富士通半導體與很多AUTOSAR的第三方工具提供商展開(kāi)了緊密合作。

圖8.富士通的AUTOSAR方案覆蓋整個(gè)車(chē)輛復雜的網(wǎng)絡(luò )分布式系統。