劉春玲

FPGA技術(shù)在汽車(chē)電子中的應(yīng)用

劉春玲

現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列(FPGA)技術(shù)因其可靠性和自定義邏輯等特點(diǎn)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(cè)試系統(tǒng)當(dāng)中，以此來(lái)解決汽車(chē)電子設(shè)計(jì)與測(cè)試所存在的問(wèn)題，而且還滿(mǎn)足了低成本和復(fù)雜的測(cè)試環(huán)境要求，本文就將針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列技術(shù)在汽車(chē)電子中的應(yīng)用進(jìn)行相應(yīng)的分析研究。

1.現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列技術(shù)的應(yīng)用

現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)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(chǎng)可編程門(mén)陣列技術(shù)有其技術(shù)上的優(yōu)勢(shì)，比如說(shuō)可靠性高，以及超強(qiáng)的數(shù)字信號(hào)處理能力等等，這些優(yōu)勢(shì)為汽車(chē)電子技術(shù)提供了低成本的解決方案，現(xiàn)階段現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陳列技術(shù)在汽車(chē)電子應(yīng)用中的運(yùn)用主要涵蓋了汽車(chē)車(chē)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(chē)載數(shù)據(jù)采集技術(shù)

車(chē)載數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是當(dāng)前我國(guó)汽車(chē)電子測(cè)試當(dāng)中比較常見(jiàn)的車(chē)載運(yùn)用系統(tǒng)，它主要用來(lái)記錄汽車(chē)內(nèi)部的傳感器信號(hào)，并對(duì)汽車(chē)測(cè)試系統(tǒng)的可靠性和開(kāi)發(fā)性都是有著很高要求的，目前車(chē)載應(yīng)用涉及的相關(guān)技術(shù)指標(biāo)主要包括信號(hào)調(diào)理和分析，采樣率等等，除此之外，應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列技術(shù)還可以對(duì)傳感器信號(hào)進(jìn)行高級(jí)信號(hào)處理，由于在信號(hào)處理系統(tǒng)當(dāng)中，對(duì)底層的信號(hào)處理需要大量的數(shù)據(jù)為依托，而且對(duì)處理的速度要求也是非常高的，但是算法要比其他的信號(hào)處理算法簡(jiǎn)單一些，這時(shí)我們就可以用現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列來(lái)進(jìn)行編程。

1.2 電子控制器的硬件在環(huán)仿真

汽車(chē)電子技術(shù)中的硬件在環(huán)仿真是整個(gè)汽車(chē)設(shè)計(jì)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(yùn)行環(huán)境當(dāng)中進(jìn)行實(shí)際模擬，是實(shí)際模擬的重要工具，它的特點(diǎn)就在于它可以對(duì)實(shí)際情況進(jìn)行仿真模擬而不會(huì)有什么危險(xiǎn)，它可以在真實(shí)的環(huán)境中對(duì)相關(guān)的汽車(chē)控制裝置進(jìn)行測(cè)試，可以說(shuō)對(duì)于汽車(chē)測(cè)試來(lái)說(shuō)，硬件在環(huán)仿真技術(shù)可以在汽車(chē)達(dá)到最高行駛速度下進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的測(cè)試，這樣的一種測(cè)試手段可以極大的縮短汽車(chē)開(kāi)發(fā)的周期，降低測(cè)試成本，加快汽車(chē)上市時(shí)間。

2.圖形化現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列

現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列技術(shù)有很多優(yōu)點(diǎn)，我們?cè)谇懊嬉蔡岬竭^(guò)，像自定義邏輯、可靠性高等等，可以廣泛的被應(yīng)用到車(chē)載測(cè)試中，但是我們的工程師在對(duì)現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列進(jìn)行編程的時(shí)候，往往需要掌握很多的硬件設(shè)計(jì)語(yǔ)言，而圖形化的開(kāi)發(fā)工具則需要?jiǎng)?chuàng)建可擴(kuò)展測(cè)試測(cè)量，而這些測(cè)量方法還需要我們的應(yīng)用系統(tǒng)科學(xué)家去設(shè)計(jì)，這樣就可以更好的達(dá)到用最小的成本來(lái)開(kāi)發(fā)汽車(chē)電子系統(tǒng)的需求。

而直觀的圖形化開(kāi)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(kāi)發(fā)商，這樣就可以進(jìn)一步的縮短開(kāi)發(fā)的時(shí)間和經(jīng)濟(jì)成本，而且開(kāi)放性軟件平臺(tái)的建設(shè)還為汽車(chē)的發(fā)展提供了多種模塊來(lái)提高汽車(chē)電子系統(tǒng)的發(fā)展進(jìn)度，打個(gè)比方，我們?cè)谶\(yùn)用LabVIEW FPGA模塊的時(shí)候，工這時(shí)的工程師就沒(méi)有必要再去掌握那些硬件描述語(yǔ)言和硬件設(shè)計(jì)的相關(guān)知識(shí)，也可以在操作界面上對(duì)汽車(chē)電子技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)性的操作，而利用圖形化的開(kāi)發(fā)現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陳列邏輯代碼就可以直接下載到硬件目標(biāo)當(dāng)中。從而創(chuàng)建自定義硬件，讓二者之間可以實(shí)現(xiàn)同步測(cè)量。如果測(cè)試要求出現(xiàn)改變的時(shí)候，那么我們就可以通過(guò)下載新的源代碼到現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陳列當(dāng)中，就不再需要重新制定硬件，可以說(shuō)圖形化開(kāi)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(chǎng)可編程門(mén)陳列在汽車(chē)電子中的應(yīng)用

（1）便攜式車(chē)載數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

車(chē)載數(shù)據(jù)采集的信號(hào)類(lèi)型主要包括溫度信號(hào)、聲音和振動(dòng)信號(hào)、壓力和荷載信號(hào)等等，這些信號(hào)都可以用于汽車(chē)性能的評(píng)價(jià)，便攜式車(chē)載數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是當(dāng)前汽車(chē)行業(yè)分析的重要組成部分，而對(duì)汽車(chē)電子的硬件平臺(tái)是基于現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陳列技術(shù)的嵌入式系統(tǒng)，而現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陳列芯片又是硬件平臺(tái)體系結(jié)構(gòu)的核心，它和車(chē)載模塊是聯(lián)系在一起的，車(chē)載模塊能夠直接與車(chē)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(hào)調(diào)整和汽車(chē)總線，在硬件平臺(tái)中還包含一個(gè)嵌入式的實(shí)時(shí)處理器，它能夠用在汽車(chē)電子的獨(dú)立工作、確定性控制以及車(chē)載數(shù)據(jù)的記錄和分析等等，而Compact RIO有堅(jiān)固的機(jī)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(yùn)行。還可以提供雙電壓輸入，攜帶方便，還可以直接從車(chē)上的電池中獲取電量，這些優(yōu)點(diǎn)都很好的將硬件適用在相對(duì)復(fù)雜的車(chē)載測(cè)試當(dāng)中，現(xiàn)階段現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陳列技術(shù)已經(jīng)成功的運(yùn)用在了實(shí)驗(yàn)室等汽車(chē)測(cè)試當(dāng)中，而且通過(guò)測(cè)試我們發(fā)現(xiàn)，這種測(cè)試手段還可以長(zhǎng)時(shí)間的去記錄汽車(chē)的相關(guān)數(shù)據(jù)，不僅如此，車(chē)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(cè)試數(shù)據(jù)的基本要求。

（2）用于汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的硬件在環(huán)仿真中

現(xiàn)階段我們開(kāi)發(fā)的可編程發(fā)動(dòng)機(jī)硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)能夠直接對(duì)12缸汽車(chē)的噴射器進(jìn)行相關(guān)的仿真實(shí)驗(yàn)，這也是我國(guó)第一種對(duì)這種情況進(jìn)行仿真的系統(tǒng)，這種發(fā)動(dòng)機(jī)硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)一般可以與曲軸的角度進(jìn)行同步記錄。用這一系統(tǒng)來(lái)記錄汽油噴射的時(shí)間，不僅如此，它還可以將數(shù)據(jù)直接提供給控制器來(lái)作為仿真的輸入，通過(guò)模擬接口采集輸入信號(hào)，從而輸出與之相適應(yīng)的變量數(shù)據(jù)，汽車(chē)電子中的一些碰撞信息主要是通過(guò)獨(dú)立傳感器進(jìn)行傳遞的，基于此種情況，我們就可以根據(jù)用戶(hù)的實(shí)際使用需求來(lái)產(chǎn)生汽車(chē)轉(zhuǎn)速的輸出信號(hào)。

硬件平臺(tái)還為系統(tǒng)提供了完整的硬件模塊選擇，與此同時(shí)高級(jí)的觸發(fā)特性還保證了汽車(chē)信號(hào)的同步采集，而基于硬件平臺(tái)的可重復(fù)配置模塊，更可以保證高精度的采集發(fā)動(dòng)機(jī)去傳遞數(shù)據(jù)信號(hào)，由于我們運(yùn)用了現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列，使得相關(guān)的組合邏輯更加的方便，而且還針對(duì)不同的氣缸數(shù)目，使得各種發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用出不同的軟件配置，這樣就能夠有效的節(jié)省開(kāi)發(fā)的成本，提升了產(chǎn)品的性能。與此同時(shí)，使用LabVIEw仿真接口工具包，可以節(jié)省開(kāi)發(fā)的時(shí)間，也就是說(shuō)，現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陳列硬件平臺(tái)的建立和基于現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陳列的可重復(fù)配置組件體現(xiàn)出了靈活性的特點(diǎn)，而開(kāi)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(chē)型驗(yàn)證中。

現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陳列技術(shù)為我國(guó)汽車(chē)測(cè)試技術(shù)的創(chuàng)新帶來(lái)了很大的影響，憑借著基于現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陳列技術(shù)的硬件平臺(tái)建設(shè)，有效的解決了汽車(chē)設(shè)計(jì)和測(cè)試應(yīng)用的相關(guān)問(wèn)題，不再需要多個(gè)定制的測(cè)試設(shè)備，而基于圖形化的現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陳列技術(shù)則極大的縮短了開(kāi)發(fā)的時(shí)間，基于硬件平臺(tái)的可重復(fù)配置模塊也是屬于現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陳列的硬件平臺(tái)，廣大用戶(hù)不僅可以開(kāi)發(fā)適用于汽車(chē)總線的車(chē)載測(cè)試應(yīng)用，還可以用于汽車(chē)電子設(shè)計(jì)流程中的硬件在環(huán)仿真方面的測(cè)試。

結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陳列技術(shù)對(duì)我國(guó)汽車(chē)電子中的影響是非常關(guān)鍵的，隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，汽車(chē)產(chǎn)業(yè)是我國(guó)對(duì)外貿(mào)易，社會(huì)發(fā)展的支柱型產(chǎn)業(yè)，怎樣更好的發(fā)展汽車(chē)電子技術(shù)也就成為了當(dāng)前汽車(chē)研究人員都在分析的問(wèn)題，相信隨著我國(guó)汽車(chē)電子技術(shù)的不斷發(fā)展，會(huì)有更多的先進(jìn)技術(shù)融入到汽車(chē)電子技術(shù)當(dāng)中。更好的服務(wù)于我國(guó)的汽車(chē)電子應(yīng)用。為我國(guó)汽車(chē)行業(yè)的發(fā)展奠定基礎(chǔ)，進(jìn)一步的促進(jìn)我國(guó)汽車(chē)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)。