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汽车的电子模组设计面临哪些挑战?

2020年07月17日 13:33 次阅读

2020年至今半年时间,特斯拉的股价翻了三倍多,市值突破传统百年车企丰田,一跃成为全球最有价值的车企。特斯拉引领的新能源和自动驾驶等趋势都是汽车工业未来的最大增长点,而这种巨大变革的背后,我们可以看到市场对于电子元器件的需求量越来越高,汽车系统变得更为复杂,汽车的电子模组也愈来越多。

常规的设计方法面临巨大挑战

“汽车行业面临着根本性变革:汽车电动化,汽车采用自动驾驶和辅助驾驶系统等,是大势所趋。“意法半导体汽车和分立器件产品部大众市场业务拓展负责人、公司战略办公室成员Giovanni Luca SARICA分享到,“因为这些趋势和市场对电子元器件的需求量提高,汽车系统变得越来越复杂,汽车电子模组同样更加复杂。随着当今汽车ECU安装量急剧增加,每个模组中的电子元件占比要比几年前生产的传统汽车高出很多。同时,我们注意到,汽车电子化是另一个重要发展趋势。为了顺应汽车电子化这个趋势,汽车制造商被迫重组车辆架构。现在,汽车收集的数据越来越多,如何正确处理和管理海量数据,对处理器的计算能力提出了更高的要求。”

汽车的电子模组设计面临哪些挑战?

在汽车行业中,开发新电子模组的常规流程是:明确应用需求-器件选型-硬件设计(设计PCB板布线组装、实验室测试)-软件开发-调试验证等等,而这其中的每一个步骤都需要花费数天乃至数周的时间。举个例子,仅仅器件选型这一个环节,就需要进行大量的器件参数比对,性能评估,设计人员需要下载学习各种不同器件手册,最终选定有可能的几种器件。

上述的常规的流程只是针对简单的单功能模组,而在一些独特的方案中还将涉及到多个功能模组之间的通信等工作。软件开发方面需要针对各种不同的器件每次都进行软件重开发和调试,也是非常耗神的工作。

如何克服以上设计难题,帮助设计人员快速完成原型设计和开发?ST推出的AutoDevKit想帮你都做好这些工作,然后将所有的模块交给你,让你像玩乐高一样快速组合搞定汽车电子模组开发。

AutoDevKit:像玩积木一样完成设计

官方称——“AutoDevKit可以解决客户和设计人员当前面临的新挑战,协助设计人员为汽车和运输工具开发的新电子模组,加快应用原型的开发速度,是缩短总体研发周期的一个重要工具。”

AutoDevKit中包含多种不同的硬件模组、软件开发工具和插件。理论上来讲,针对自己的应用需求选择合适功能的硬件模组,然后通过简单的软件进行设置即可快速完成原型开发。

据Luca先生介绍,AutoDevKit提供了大量的模组,其中包括功能板和MCU板;在AutoDevKit可视化开发环境中,用户可以用鼠标拖选要使用的模组。AutoDevKit的每个模组都附带使用模组功能所需的首要软件栈。此外,AutoDevKit软件环境会一步一步地引导设计人员开发应用项目。

硬件方面的优势在于,凭借着ST宽广的产品线,在AutoDevKit中可以提供大量不同功能的硬件模组,而且与市场上其他解决方案相比,它没有强制要求使用任何连接器,在开发应用项目时,现有的硬件都可以重复使用,开发灵活性达到了非常高的水平。意法半导体汽车和分立器件产品部 (ADG) 大众市场业务拓展应用经理Max Vizzini还强调到:“AutoDevKit不仅集成了ST自己某些为工业环境开发的产品,还集成了第三方产品,这种开放方法可以帮助其扩大产品组合,并使设计人员受益于完整的系统设计。另外,很明显的在实际设计中会有一些来自不同制造商的元器件,AutoDevKit可以连接板上没有ST芯片的第三方模组,因为这个工具可以重新配置分配引脚,为任何类型的模组创建适合的连接器,从这个意义上讲,AutoDevKit是‘开放’的。”

在软件环境方面,AutoDevKit的主要优点是提供了一个可视化的软件环境,能够简化开发过程,让客户轻松使用ST技术处理新应用问题和开发新应用,而无需深入了解ST的产品技术、微控制器或软件环境,即客户不一定要成为ST的软硬件专家才能进行开发。其中主要功能包括:AutoDevKit中的软件环境会自动配置MCU外设,这意味着设计人员不需要花费时间精力给应用分配微控制器资源;硬件连接查看器可引导设计人员互连多个功能板;可以简化客户开发工作的API应用编程接口,这些API用起来就像使用黑匣子一样,设计人员使用的是顶层功能,例如,无需深入了解特定功能板即可激活负载。

大幅提速、极易上手和灵活性

据Max先生分享,一个随动转向大灯的设计,需要LED驱动板、步进电机高边驱动板和冷却风扇高边驱动板三个功能板。传统方式需要针对三个功能板依次进行硬件电路板开发和软件适配,整个过程可能要花费4~6个月的时间。而如果直接使用AutoDevKit来设计,就可以大幅减少起码6个月的时间,(用6个月乘以原型所需的组件数量,就是总计节省的时间)。

AutoDevKit的学习门槛有多低?将其提供给电子、工程或软件开发的大学生,在ST的工程人员的指导下,只需要6个小时的时间,这些大学生就可以开发出一个应用项目。Max认为很重要的一点在于:“如果你开始用AutoDevKit开发原型,特别是开始用ST的元器件,那么你没必要知道你在用哪个微控制器,甚至不需要知道SPC5是什么,因为这个工具涵盖了微控制器的所有信息,所以,你无需研究用户手册或参考资料即可开发原型,我认为这很重要。”

除了以上两点外,使用AutoDevKit的另一个好处在于灵活性。汽车应用需要经常进行迭代,而使用AutoDevKit平台的好处在于当你需要将其中的MCU进行升级的时候,你无需进行特定的代码重开发和适配工作。所有微控制器共用相同的底层接口,而底层接口保持不变。因此,当设计人员为特定功能板开发驱动程序代码时,访问硬件不需要使用特定MCU平台绑定的特定命令,而是使用底层驱动程序提供的接口。因此,驱动程序一旦开发出来,代码就可以在工具内部集成的所有MCU平台之间移植。

意法半导体亚太区汽车产品市场及应用高级总监郑明发分享到当前的一个趋势:“越来越多的汽车制造商,特别是新能源汽车制造商,已决定参与ECU开发,而不是完全依赖于合作伙伴提供ECU。” Max也认为AutoDevKit的易用性甚至可能会覆盖到某些中间设计公司的业务。尤其是针对亚太区,郑明发还分享到ST有一个汽车技术创新中心,可以根据客户的实际应用需求进行实际的应用负载测试,提供集成PCB板,并为他们提供完整的验证和认证测试结果。
       责任编辑:tzh

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