FPGA技術(shù)在汽車電子中的應(yīng)用

劉春玲

FPGA技術(shù)在汽車電子中的應(yīng)用

劉春玲

現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)技術(shù)因其可靠性和自定義邏輯等特點受到了眾多領(lǐng)域的廣泛關(guān)注，現(xiàn)階段我們的工程師已經(jīng)將這一技術(shù)很好的融入到測試系統(tǒng)當中，以此來解決汽車電子設(shè)計與測試所存在的問題，而且還滿足了低成本和復(fù)雜的測試環(huán)境要求，本文就將針對現(xiàn)場可編程門陣列技術(shù)在汽車電子中的應(yīng)用進行相應(yīng)的分析研究。

1.現(xiàn)場可編程門陣列技術(shù)的應(yīng)用

現(xiàn)場可編程門陣列是PLAPLD等可編程器件發(fā)展的產(chǎn)物，所以其自身的邏輯功能也是由內(nèi)部規(guī)則排列的邏輯單元陳列完成的?，F(xiàn)場可編程門陣列技術(shù)有其技術(shù)上的優(yōu)勢，比如說可靠性高，以及超強的數(shù)字信號處理能力等等，這些優(yōu)勢為汽車電子技術(shù)提供了低成本的解決方案，現(xiàn)階段現(xiàn)場可編程門陳列技術(shù)在汽車電子應(yīng)用中的運用主要涵蓋了汽車車載數(shù)據(jù)的采集以及電子控制器的硬件在環(huán)仿真技術(shù)上。

1.1 車載數(shù)據(jù)采集技術(shù)

車載數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是當前我國汽車電子測試當中比較常見的車載運用系統(tǒng)，它主要用來記錄汽車內(nèi)部的傳感器信號，并對汽車測試系統(tǒng)的可靠性和開發(fā)性都是有著很高要求的，目前車載應(yīng)用涉及的相關(guān)技術(shù)指標主要包括信號調(diào)理和分析，采樣率等等，除此之外，應(yīng)用現(xiàn)場可編程門陣列技術(shù)還可以對傳感器信號進行高級信號處理，由于在信號處理系統(tǒng)當中，對底層的信號處理需要大量的數(shù)據(jù)為依托，而且對處理的速度要求也是非常高的，但是算法要比其他的信號處理算法簡單一些，這時我們就可以用現(xiàn)場可編程門陣列來進行編程。

1.2 電子控制器的硬件在環(huán)仿真

汽車電子技術(shù)中的硬件在環(huán)仿真是整個汽車設(shè)計流程中非常關(guān)鍵的組成部分，硬件在環(huán)仿真技術(shù)可以在虛擬的運行環(huán)境當中進行實際模擬，是實際模擬的重要工具，它的特點就在于它可以對實際情況進行仿真模擬而不會有什么危險，它可以在真實的環(huán)境中對相關(guān)的汽車控制裝置進行測試，可以說對于汽車測試來說，硬件在環(huán)仿真技術(shù)可以在汽車達到最高行駛速度下進行相關(guān)數(shù)據(jù)的測試，這樣的一種測試手段可以極大的縮短汽車開發(fā)的周期，降低測試成本，加快汽車上市時間。

2.圖形化現(xiàn)場可編程門陣列

現(xiàn)場可編程門陣列技術(shù)有很多優(yōu)點，我們在前面也提到過，像自定義邏輯、可靠性高等等，可以廣泛的被應(yīng)用到車載測試中，但是我們的工程師在對現(xiàn)場可編程門陣列進行編程的時候，往往需要掌握很多的硬件設(shè)計語言，而圖形化的開發(fā)工具則需要創(chuàng)建可擴展測試測量，而這些測量方法還需要我們的應(yīng)用系統(tǒng)科學(xué)家去設(shè)計，這樣就可以更好的達到用最小的成本來開發(fā)汽車電子系統(tǒng)的需求。

而直觀的圖形化開發(fā)特性則可以使工程師將更多的精力放在產(chǎn)品的功能開發(fā)商，這樣就可以進一步的縮短開發(fā)的時間和經(jīng)濟成本，而且開放性軟件平臺的建設(shè)還為汽車的發(fā)展提供了多種模塊來提高汽車電子系統(tǒng)的發(fā)展進度，打個比方，我們在運用LabVIEW FPGA模塊的時候，工這時的工程師就沒有必要再去掌握那些硬件描述語言和硬件設(shè)計的相關(guān)知識，也可以在操作界面上對汽車電子技術(shù)進行系統(tǒng)性的操作，而利用圖形化的開發(fā)現(xiàn)場可編程門陳列邏輯代碼就可以直接下載到硬件目標當中。從而創(chuàng)建自定義硬件，讓二者之間可以實現(xiàn)同步測量。如果測試要求出現(xiàn)改變的時候，那么我們就可以通過下載新的源代碼到現(xiàn)場可編程門陳列當中，就不再需要重新制定硬件，可以說圖形化開發(fā)軟件的出現(xiàn)極大的提高了工程師的整體工作效率和工作質(zhì)量。

3.現(xiàn)場可編程門陳列在汽車電子中的應(yīng)用

（1）便攜式車載數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

車載數(shù)據(jù)采集的信號類型主要包括溫度信號、聲音和振動信號、壓力和荷載信號等等，這些信號都可以用于汽車性能的評價，便攜式車載數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是當前汽車行業(yè)分析的重要組成部分，而對汽車電子的硬件平臺是基于現(xiàn)場可編程門陳列技術(shù)的嵌入式系統(tǒng)，而現(xiàn)場可編程門陳列芯片又是硬件平臺體系結(jié)構(gòu)的核心，它和車載模塊是聯(lián)系在一起的，車載模塊能夠直接與車用傳感器、執(zhí)行器和網(wǎng)絡(luò)相連接，而且還能夠提供信號調(diào)整和汽車總線，在硬件平臺中還包含一個嵌入式的實時處理器，它能夠用在汽車電子的獨立工作、確定性控制以及車載數(shù)據(jù)的記錄和分析等等，而Compact RIO有堅固的機械封裝，能夠承受50克的沖擊，在零下四十到七十度的工作溫度范圍內(nèi)保持溫度運行。還可以提供雙電壓輸入，攜帶方便，還可以直接從車上的電池中獲取電量，這些優(yōu)點都很好的將硬件適用在相對復(fù)雜的車載測試當中，現(xiàn)階段現(xiàn)場可編程門陳列技術(shù)已經(jīng)成功的運用在了實驗室等汽車測試當中，而且通過測試我們發(fā)現(xiàn)，這種測試手段還可以長時間的去記錄汽車的相關(guān)數(shù)據(jù)，不僅如此，車載模塊與相關(guān)的內(nèi)置應(yīng)用程序也能夠?qū)崿F(xiàn)不同測試數(shù)據(jù)的基本要求。

（2）用于汽油發(fā)動機的硬件在環(huán)仿真中

現(xiàn)階段我們開發(fā)的可編程發(fā)動機硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)能夠直接對12缸汽車的噴射器進行相關(guān)的仿真實驗，這也是我國第一種對這種情況進行仿真的系統(tǒng)，這種發(fā)動機硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)一般可以與曲軸的角度進行同步記錄。用這一系統(tǒng)來記錄汽油噴射的時間，不僅如此，它還可以將數(shù)據(jù)直接提供給控制器來作為仿真的輸入，通過模擬接口采集輸入信號，從而輸出與之相適應(yīng)的變量數(shù)據(jù)，汽車電子中的一些碰撞信息主要是通過獨立傳感器進行傳遞的，基于此種情況，我們就可以根據(jù)用戶的實際使用需求來產(chǎn)生汽車轉(zhuǎn)速的輸出信號。

硬件平臺還為系統(tǒng)提供了完整的硬件模塊選擇，與此同時高級的觸發(fā)特性還保證了汽車信號的同步采集，而基于硬件平臺的可重復(fù)配置模塊，更可以保證高精度的采集發(fā)動機去傳遞數(shù)據(jù)信號，由于我們運用了現(xiàn)場可編程門陣列，使得相關(guān)的組合邏輯更加的方便，而且還針對不同的氣缸數(shù)目，使得各種發(fā)動機應(yīng)用出不同的軟件配置，這樣就能夠有效的節(jié)省開發(fā)的成本，提升了產(chǎn)品的性能。與此同時，使用LabVIEw仿真接口工具包，可以節(jié)省開發(fā)的時間，也就是說，現(xiàn)場可編程門陳列硬件平臺的建立和基于現(xiàn)場可編程門陳列的可重復(fù)配置組件體現(xiàn)出了靈活性的特點，而開發(fā)的高性能硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)成功的應(yīng)用在了12缸的概念車型驗證中。

現(xiàn)場可編程門陳列技術(shù)為我國汽車測試技術(shù)的創(chuàng)新帶來了很大的影響，憑借著基于現(xiàn)場可編程門陳列技術(shù)的硬件平臺建設(shè)，有效的解決了汽車設(shè)計和測試應(yīng)用的相關(guān)問題，不再需要多個定制的測試設(shè)備，而基于圖形化的現(xiàn)場可編程門陳列技術(shù)則極大的縮短了開發(fā)的時間，基于硬件平臺的可重復(fù)配置模塊也是屬于現(xiàn)場可編程門陳列的硬件平臺，廣大用戶不僅可以開發(fā)適用于汽車總線的車載測試應(yīng)用，還可以用于汽車電子設(shè)計流程中的硬件在環(huán)仿真方面的測試。

結(jié)語

現(xiàn)場可編程門陳列技術(shù)對我國汽車電子中的影響是非常關(guān)鍵的，隨著我國社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，汽車產(chǎn)業(yè)是我國對外貿(mào)易，社會發(fā)展的支柱型產(chǎn)業(yè)，怎樣更好的發(fā)展汽車電子技術(shù)也就成為了當前汽車研究人員都在分析的問題，相信隨著我國汽車電子技術(shù)的不斷發(fā)展，會有更多的先進技術(shù)融入到汽車電子技術(shù)當中。更好的服務(wù)于我國的汽車電子應(yīng)用。為我國汽車行業(yè)的發(fā)展奠定基礎(chǔ)，進一步的促進我國汽車電子技術(shù)的發(fā)展。

（作者單位：黑龍江信息技術(shù)職業(yè)學(xué)院）

劉春玲（1985.4-），女，黑龍江哈爾濱，工程碩士，講師，研究方向圖像處理、FPGA技術(shù)。