ITS为汽车电子带来新增长机会 北京市交通委员会副主任 刘小明 　　2008年奥运会对北京交通有非常严格的要求，我们正在根据奥委会的要求安排和部署北京交通方面的建设，推动北京智能交通系统(ITS)的发展。 　　过去解决交通问题更多的是采取增加交通供给量的方式，如增加道路设施、车辆等，但结果是产生一种新的不平衡，带来诸如环境、能源以及拥挤等一系列问题。因此，交通系统不仅应该有交通供给量的增加，还需要信息化、智能化建设，以达到交通需求与供给量之间的一种平衡。 　　ITS把先进的数字通信、电子控制、计算机处理技术综合运用到交通运输体系，形成实时、准确、高效的交通运输系统。ITS是交通进入信息时代的一个重要标志，也是21世纪交通运输的一个发展方向。 　　同时，这也对信息产业特别是北京IT产业和汽车电子产业带来了新的增长空间。 　　ITS通过建立一个交通信息中心，使人们获得交通信息服务。通过ITS服务中心和车载电子设备，可以获得出行指南、路径诱导等服务。ITS提供全方位、实时的服务，实现这种服务需要汽车电子有很快的发展。日本在这方面做了很多工作，东京实施VICS，提高了整个交通系统的运营效率，使车辆出行时间减少20%，燃料节省10%。日本在1996年才开始在汽车上安装VICS接收机，2004年即突破1000万台。 　　北京的ITS建设涉及三个层面：一是道路、车辆等硬件设备；二是建立交通信息的采集、存储、传输等设备；三是建立北京综合信息平台，整合交通管理、交通控制与运输等各方面的信息。在此基础上，服务于将要建设的各种应用系统，包括现有的道路交通管理系统及未来的车辆导航系统和电子收费系统等，用这些系统支持北京ITS的建设。目前，北京ITS建设已全面展开，前期进行了一些科研项目的攻关工作，现在正在进行道路交通管理、公交管理、综合信息平台项目示范及应用层面的建设工作，相信到2008年，北京的ITS建设将达到一个新层面。 　　北京ITS建设主要包括以下系统工程：城市公共交通管理系统、客运运输信息系统、交通基础设施管理系统、电子付费系统等。北京ITS最重要的工作是建立一个综合的交通信息系统，通过集成各部门与交通相关的信息，为交通管理、应急、出租调度、出行提供服务，支持北京交通发展。 　　仅仅依靠设施、资源的扩充来满足交通发展的时代已经过去了，需要走内涵发展与外延发展相结合的道路。重要的一点是加快ITS的建设，缓解交通拥堵，提高设施的利用率与安全水平。同时ITS的建设需要政府引导、市场驱动、企业参与，才能加快整个系统的建设。 　　随着智能交通体系的建设及各项交通举措的落实，北京必将为2008年奥运会提供良好的交通服务。 　　混合测试方案满足车载芯片测试要求 爱德万测试(苏州)有限公司ATESE部总监 徐勇 　　目前汽车电子在汽车成本中所占的比重，普通车约为17%，高档车则达到47%多。汽车电子的元件主要是车载芯片，有数字部分(输入输出接口、MCU、EPROM)、模拟前端部分、功率放大器等以及CAN控制器、42V电源等。这些芯片通过集成为智能功率芯片，来适应多功能、高性能、低成本、高安全性的汽车发展要求。安全性与高可靠性是汽车用芯片所必需的，因此车载芯片对测试提出了更高的要求。总的来说，电源和模拟部分需要高电压DC单元的电压加载与测试能力、功率芯片部分需要具有大功率电流加载和测试功能的测试单元、数字部分需要高速与高电压的逻辑测试功能。上述测试要求测试系统除需要具有相当于逻辑测试系统的高速功能测试能力外，还要有线性测试系统的高电压/高电流的加载/测试能力，再加上混合测试系统的大动作范围的模拟波形加载/测试能力。 　　为了解决智能功率芯片的测试问题，以混合测试系统为基础，将逻辑测试系统的高速逻辑部分和线性测试系统的高电压逻辑部分集成到混合测试系统，是一种最佳的解决方案，它使智能电源芯片在一台测试系统上测试成为可能。 　　爱德万针对汽车电子智能功率芯片测试系统的解决方案是T7700系列测试系统。其中T7721系统高精度DC单元的最大测试范围电压64V、电流64mA，使42V系列芯片可实现无切换测试。在对某款芯片进行微小电流测试时，其高精度特性也得以充分体现。原有线性测试系统在重复测试时，测试结果范围在25纳安左右，而T7721则在几个纳安左右，另外在高电压测试方面，测试结果范围也在几毫伏之内。 　　而模拟方面，随着车内局域网、视频配置的大量引进，需要音视频带混合信号测试单元。T7721为了降低测试成本，它的波形数字采样器(VAFD)有高频模式和低频模式，任意波形发生器(VAFG)也有高频模式和低频模式，通过程序控制带频，使得测试系统的成本得以控制。 　　当然，再好的硬件也需要软件支持。T7721的操作系统为Viewpoint，继承了爱德万SOC测试系统的一贯传统，包括离线/在线程序生成、调试工具、图形化的界面，测试的开发、解析、芯片评价等功能，并且操作方便。通过这些测试单元及操作系统软件，完全能够满足车载芯片测试的要求。 　　随着环境、安全、ITS的要求越来越高，汽车电子化程度会进一步发展，爱德万也会开发和推出新的测试技术，应对高精度测试和低测试成本的挑战。 　　汽车电子控制系统使汽车更加智能化 清华大学汽车工程系教授 连小珉 　　清华大学从“八五”期间开始，一直到“九五”、“十五”，都在进行汽车电子的研究工作。并且，一直在跟踪国外汽车技术的发展，开展汽车电子系统的研发工作。在混合燃料动力电池车、电控燃油喷射系统的开发方面都已研制成功。 　　现在汽车面临的道路非常复杂，还有环境的影响如无线通讯、网络等。汽车要提供很多的系统，帮助电子控制系统在复杂的环境与任务面前能够准确无误，如达到排放标准、操纵的安全性等等。汽车电子系统已应用到汽车的各个方面，并且在电子化、智能化方面不断提升。 　　汽车电子系统包括车辆电子系统，最基本的器件包括发动机、制动器、转向器等。还有车身电子系统，提供更加合适的乘坐环境、更加方便的操纵性。而汽车要与外部的网络相连，就需要车身计算机进行计算与联网。整车网络也要有，以连接车上所有电子系统，从而形成有机的整体，互相协调工作。因为有的信息需要共享，如传感器、故障信息等，这都需要通过车内网络来传输。车辆电子系统控制速度与响应速度要很快，而车身电子系统完成舒适性功能，再加上车身计算机与网络，有了这些，将来的ITS能够更加方便地与外部网络连在一起。 　　汽车发动机点火系统是重要的系统，它要根据车速来确定点火提前角。柴油发动机共轨系统目前在国际上非常普及。自动变速系统则实现汽车平滑换档，并且在一定程度上节约了耗油量。电动助力转向系统通过感知汽车的速度，来控制助力大小，从而使操纵更加轻松，主要也是依靠传感器、执行器和控制器完成。 　　ABS、安全气囊等也通过电子来控制。还有灯光控制系统，汽车在转弯时，车灯应该比汽车先转，这也需要电子控制。还有座椅的控制可多达8个自由度，另外它还应与后视镜连接在一起，座椅调节时，后视镜的角度也能自动调整，从而在任一位置都能看到后视镜的状况。 　　电子控制涉及汽车上所有的系统，也使得汽车越来越智能化，提供了更好的安全性。 　　车身计算机组成主要依靠嵌入式系统与操作系统，将具备车辆监控、车身控制、故障诊断、辅助驾驶、移动上网、卫星导航、车载娱乐等功能。自主导航系统有四大技术需要解决，包括地图数据库、地图匹配、数据规划、实施诱导。 　　汽车电子关键的技术，元件级有传感器、核心芯片等技术；系统级一是控制系统技术，包括控制器的设计，还有系统匹配技术，控制器需要很多的参数，这些参数需要系统匹配来完成；网络级需要车身计算机与整车网络技术：总的来说，将来各个总成都是智能化的，通过整车网络把他们连接在一起，再由一个整车计算机把他们协调起来工作。 　　Flash和反熔丝FPGA适应汽车用芯片需求 Actel公司应用工程师 戴梦麟 　　2002年，全球汽车电子半导体市场总额约为133亿美元，预计到2005年将增至183亿美元。汽车应用半导体正从发动机应用扩展到驾驶室内控制，远程信息处理市场将从2000年的36亿美元增长至2005年的270亿美元，这是一个非常可观的市场。以前汽车上用的半导体主要用ASIC实现，但它的需求量要很大，才会有成本效益。但未来汽车将融合通信、娱乐、导航等产品，汽车面临着与消费电子产品同样的上市时间压力。以前汽车开发周期长，但现在由于新车型不断推出、功能不断扩展的需要，未来汽车开发时间会越来越短。如用ASIC方案，因整个ASIC开发时间长，从开发到样片到手，大约需要两到三个月，时间来不及。在这种情况下，FPGA成为非常有前途取代ASIC的方案。 　　Actel公司推出Flash FPGA，它是最具成本优势和高可靠性的FPGA解决方案。Flash FPGA架构与传统的区别在于Flash有非挥发性，掉电时内容还能保存，另外还能同步编程。并且将来要升级时，可通过一个接口来实现，不像ASIC要拆除，不能实现。 　　安全性对汽车电子也非常重要。FPGA就有这个问题，编程之后可随便修改，但是Flash FPGA安全性非常高，在设计完成后，不能随便加载其他软件。如今汽车面临的辐射也很多，以前的芯片制造工艺是微米级，现在已到了纳米级，受辐射的影响更大。原来的逻辑设置为“开”的，在辐射的作用下可能会变成“关”，而Flash FPGA架构固有特性是能抗辐射。 　　并且，其低功耗非常明显。一个FPGA需要覆盖一个或几个EPROM(即多芯片方案)，但Flash FPGA是单芯片架构，可缩小电路板面积，是最具成本效益的FPGA解决方案。在性能方面，它可把CPU整合到FPGA，把分立的元件整合，从而进一步减少电路板面积。 　　在速度方面，反熔丝FPGA架构是性能最好的。原因是FPGA实现一个逻辑功能，必须要一个开关，每一个开关一般要六个晶体管，而反熔丝只要两个，就整个面积来说，反熔丝只有其1/12。面积少，电容就少，功耗就低，速度也就越快。另外反熔丝FPGA是单次编程，从另一个角度来说，其他人改不了。 　　可靠性应用在汽车电子上是最重要的因素。我们的高端产品主要应用在飞机、卫星等，这些全都需要高可靠性。高可靠性包括高的温度范围、高的抗辐射性。Actel的Flash FPGA和反熔丝FPGA产品提供的温度范围为-40℃至125℃。此外，还提供广泛的IP支持，提供30多款内核，包括新的iLIN和iCAN内核。 　　在安全性方面，我们专门开发器件应用于军用的工业等级，工艺技术条件已经超越汽车要求的工艺等级。Actel的产品可缩短软件开发时间、减少测试需求和加速产品上市，这几个特性使其将得到更多的应用。 　　把握机遇 强强联合推动汽车电子业发展 中国电子科技集团公司 林旭阳 　　我国汽车业在以年均17%的速度增长，预计到2005年，汽车需求量将超过550万辆。汽车电子占汽车成本的25%至30%左右，全球汽车电子产品市场规模将达2500亿元到3000亿元。目前越来越多的国际汽车电子厂商进入我国，深圳的汽车电子合资企业90%以上是著名的跨国公司投资的。德尔福、博世、电装的独资或合资公司占据了绝大部分市场份额。并且，国内汽车电子产业呈现出新的发展趋势：一是外商日益倾向于建立独资企业；二是已与中国合资的外国公司要求增加投资规模，以此来实现对合资企业的控制权和管理权。 　　我国汽车电子企业规模小、数量多，其发展面临着重重困难。一些高校虽然开展了研究工作，但成果并没有实现产业化，或者说难以拿出市场产品。信息产业和汽车工业都是我国经济发展的支柱产业，但同样都面临着技术空心化的问题，我们没有掌握核心技术。 　　如何取得突破？一是选择有代表性的技术和产品，进行研发和生产，并做大规模；二是通过组建国家汽车电子工程中心，推动官、产、学、研的联合互动。该中心可开展汽车电子技术的共性研究，对重大的科研技术与成果进行工程化和集成化的研究，转化我们的科研成果；还可作为汽车电子产业的孵化器，支持我国汽车电子中小企业的发展；该中心还可围绕国家汽车电子产业，负责标准测试与监测；同时为国家汽车电子产业政策提供咨询服务。这里强调产业化，但更希望汽车整车厂商的介入、配合与支持，因为目前汽车业已经设立了很高的门槛，如果没有整车厂的配合，那么单靠汽车电子厂商自主发展是很艰难的。 　　中国电子科技集团在汽车电子方面已有些成熟的产品，但目前主要应用于军方市场，产品成本很高。我们也正在向汽车民用市场努力，包括建立一些独立的生产线。目前主要的汽车电子产品有：安全监测导航系统、倒车雷达、汽车监视系统、车身控制系统、汽车电控喷射阀门用的压电器件、柴油车的点火装置和电子离合器、传感器、ECU等。此外，还围绕国家“863”计划自主开发汽车动力电池。 　　在各类汽车电子产品中，传感器占20%～30%，随着汽车档次的提高，该比例显著增大。我们也投资了一家传感器企业，主要研发和生产压力传感器，包括轮胎压力监测传感器等。高速路上80%的恶性事故是由汽车轮胎的爆裂引起的，而爆胎事故基本上会100%造成车毁人亡。轮胎压力传感器则通过检测轮胎的压力与温度来监测和控制汽车的行驶，从而预防爆胎事故的发生。 　　在汽车电子方面，中国电子科技集团正在积极探索，希望能为中国汽车电子产业做些贡献。也希望有实力的社会各界朋友与我们一起努力，共同发展我国自主汽车电子产业。 　　Nexar应对汽车电子设计挑战 奥腾公司上海代表处高级技术支持工程师 张春生 　　汽车电子设计面临着安全性、空间限制与严格的温度差距范围，以及不断变化的标准与协议的挑战。另外，上市时间、MCU过时的问题也成为汽车电子和消费电子业面临的挑战。 　　为应对如上挑战，汽车电子向FPGA过渡成为必然的趋势。但汽车电子向FPGA过渡的同时也带来一些问题，如软硬件的协同设计问题。 　　目前在市场上FPGA设计工具基本上都是单芯片，但FPGA硬件设计工具与嵌入式软件工具是分开的，没有集成在一起，面临着文件的转换与传输问题。在数据验证阶段，以往的FPGA设计采用仿真的方法，尤其是面临着复杂的系统设计时，仿真的方法非常耗时。面对紧张的上市时间，这是棘手的问题。另外，某些方案受限于特定的供应商，选择一家的FPGA芯片时，如在设计过程中转向另一家的FPGA芯片，设计者就需重新学习新的设计软件，这给产品上市时间造成很大的压力。针对这些问题，奥腾公司开发了新的FPGA设计工具Nexar2004，它融合了元件与系统级设计技术，为基于FPGA的嵌入式系统开发提供完整的、或进行动态设计的综合开发环境。它可进行快速的FPGA片上系统开发，将软硬件的开发集成在一个平台上。另外它独立于厂商，支持多种体系的FPGA结构，这为FPGA设计时带来很大的灵活性。 　　Nexar库里包含IP核和软的处理器内核，它能够在FPGA上实现带处理器的大规模组合逻辑，容易实现多核设计。为满足高端用户需求，奥腾将于10月底推出32位处理器内核来满足高端用户需求。 　　Nexar系统提供多种设计输入模式，并且集成了VHDL仿真和综合这些功能。为便于调试，还集成了多款虚拟仪器及嵌入式软件设计工具，这样在同一平台下，既能进行硬件设计，又可进行嵌入式软件设计，他们之间无需进行文件的传输与调试。 　　它还支持HDL与原理图两种输入模式，HDL方法主要用于元件的产生，原理图方法主要用于系统级设计。Nexar内含免使用费的IP元件库，包含处理器内核和大量外围设备元件，各元件是经过预先验证与优化的，系统级综合只需考虑库中元件和用户提供的以VHDL实现的逻辑模块之间的连接性。在对系统级测试时，因为系统是在FPGA内部实现的，可将FPGA看成一个系统，而不是单一的元件。同时，可利用虚拟仪器来直接测试和设置信号以完成验证，可在现场进行软硬件协同运行，以验证设计是否确实可行。 　　Nexar还提供用于系统调试的可重新配置的硬件平台，可选择不同厂商的FPGA芯片，并且它的设计与ProtelPCB系统集成，可与PCB设计同步。