汽車的電子模組設(shè)計(jì)面臨哪些挑戰(zhàn)？

2020年至今半年時(shí)間，特斯拉的股價(jià)翻了三倍多，市值突破傳統(tǒng)百年車企豐田，一躍成為全球最有價(jià)值的車企。特斯拉引領(lǐng)的新能源和自動(dòng)駕駛等趨勢(shì)都是汽車工業(yè)未來(lái)的最大增長(zhǎng)點(diǎn)，而這種巨大變革的背后，我們可以看到市場(chǎng)對(duì)于電子元器件的需求量越來(lái)越高，汽車系統(tǒng)變得更為復(fù)雜，汽車的電子模組也愈來(lái)越多。

常規(guī)的設(shè)計(jì)方法面臨巨大挑戰(zhàn)

“汽車行業(yè)面臨著根本性變革：汽車電動(dòng)化，汽車采用自動(dòng)駕駛和輔助駕駛系統(tǒng)等，是大勢(shì)所趨?！?a href="http://www.ttokpm.com/tags/意法半導(dǎo)體/" target="_blank">意法半導(dǎo)體汽車和分立器件產(chǎn)品部大眾市場(chǎng)業(yè)務(wù)拓展負(fù)責(zé)人、公司戰(zhàn)略辦公室成員Giovanni Luca SARICA分享到，“因?yàn)檫@些趨勢(shì)和市場(chǎng)對(duì)電子元器件的需求量提高，汽車系統(tǒng)變得越來(lái)越復(fù)雜，汽車電子模組同樣更加復(fù)雜。隨著當(dāng)今汽車ECU安裝量急劇增加，每個(gè)模組中的電子元件占比要比幾年前生產(chǎn)的傳統(tǒng)汽車高出很多。同時(shí)，我們注意到，汽車電子化是另一個(gè)重要發(fā)展趨勢(shì)。為了順應(yīng)汽車電子化這個(gè)趨勢(shì)，汽車制造商被迫重組車輛架構(gòu)?，F(xiàn)在，汽車收集的數(shù)據(jù)越來(lái)越多，如何正確處理和管理海量數(shù)據(jù)，對(duì)處理器的計(jì)算能力提出了更高的要求。”

在汽車行業(yè)中，開(kāi)發(fā)新電子模組的常規(guī)流程是：明確應(yīng)用需求-器件選型-硬件設(shè)計(jì)（設(shè)計(jì)PCB板、布線組裝、實(shí)驗(yàn)室測(cè)試）-軟件開(kāi)發(fā)-調(diào)試驗(yàn)證等等，而這其中的每一個(gè)步驟都需要花費(fèi)數(shù)天乃至數(shù)周的時(shí)間。舉個(gè)例子，僅僅器件選型這一個(gè)環(huán)節(jié)，就需要進(jìn)行大量的器件參數(shù)比對(duì)，性能評(píng)估，設(shè)計(jì)人員需要下載學(xué)習(xí)各種不同器件手冊(cè)，最終選定有可能的幾種器件。

上述的常規(guī)的流程只是針對(duì)簡(jiǎn)單的單功能模組，而在一些獨(dú)特的方案中還將涉及到多個(gè)功能模組之間的通信等工作。軟件開(kāi)發(fā)方面需要針對(duì)各種不同的器件每次都進(jìn)行軟件重開(kāi)發(fā)和調(diào)試，也是非常耗神的工作。

如何克服以上設(shè)計(jì)難題，幫助設(shè)計(jì)人員快速完成原型設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)？ST推出的AutoDevKit想幫你都做好這些工作，然后將所有的模塊交給你，讓你像玩樂(lè)高一樣快速組合搞定汽車電子模組開(kāi)發(fā)。

AutoDevKit：像玩積木一樣完成設(shè)計(jì)

官方稱——“AutoDevKit可以解決客戶和設(shè)計(jì)人員當(dāng)前面臨的新挑戰(zhàn)，協(xié)助設(shè)計(jì)人員為汽車和運(yùn)輸工具開(kāi)發(fā)的新電子模組，加快應(yīng)用原型的開(kāi)發(fā)速度，是縮短總體研發(fā)周期的一個(gè)重要工具。”

AutoDevKit中包含多種不同的硬件模組、軟件開(kāi)發(fā)工具和插件。理論上來(lái)講，針對(duì)自己的應(yīng)用需求選擇合適功能的硬件模組，然后通過(guò)簡(jiǎn)單的軟件進(jìn)行設(shè)置即可快速完成原型開(kāi)發(fā)。

據(jù)Luca先生介紹，AutoDevKit提供了大量的模組，其中包括功能板和MCU板；在AutoDevKit可視化開(kāi)發(fā)環(huán)境中，用戶可以用鼠標(biāo)拖選要使用的模組。AutoDevKit的每個(gè)模組都附帶使用模組功能所需的首要軟件棧。此外，AutoDevKit軟件環(huán)境會(huì)一步一步地引導(dǎo)設(shè)計(jì)人員開(kāi)發(fā)應(yīng)用項(xiàng)目。

硬件方面的優(yōu)勢(shì)在于，憑借著ST寬廣的產(chǎn)品線，在AutoDevKit中可以提供大量不同功能的硬件模組，而且與市場(chǎng)上其他解決方案相比，它沒(méi)有強(qiáng)制要求使用任何連接器，在開(kāi)發(fā)應(yīng)用項(xiàng)目時(shí)，現(xiàn)有的硬件都可以重復(fù)使用，開(kāi)發(fā)靈活性達(dá)到了非常高的水平。意法半導(dǎo)體汽車和分立器件產(chǎn)品部 （ADG） 大眾市場(chǎng)業(yè)務(wù)拓展應(yīng)用經(jīng)理Max Vizzini還強(qiáng)調(diào)到：“AutoDevKit不僅集成了ST自己某些為工業(yè)環(huán)境開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品，還集成了第三方產(chǎn)品，這種開(kāi)放方法可以幫助其擴(kuò)大產(chǎn)品組合，并使設(shè)計(jì)人員受益于完整的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。另外，很明顯的在實(shí)際設(shè)計(jì)中會(huì)有一些來(lái)自不同制造商的元器件，AutoDevKit可以連接板上沒(méi)有ST芯片的第三方模組，因?yàn)檫@個(gè)工具可以重新配置分配引腳，為任何類型的模組創(chuàng)建適合的連接器，從這個(gè)意義上講，AutoDevKit是‘開(kāi)放’的?！?/p>

在軟件環(huán)境方面，AutoDevKit的主要優(yōu)點(diǎn)是提供了一個(gè)可視化的軟件環(huán)境，能夠簡(jiǎn)化開(kāi)發(fā)過(guò)程，讓客戶輕松使用ST技術(shù)處理新應(yīng)用問(wèn)題和開(kāi)發(fā)新應(yīng)用，而無(wú)需深入了解ST的產(chǎn)品技術(shù)、微控制器或軟件環(huán)境，即客戶不一定要成為ST的軟硬件專家才能進(jìn)行開(kāi)發(fā)。其中主要功能包括：AutoDevKit中的軟件環(huán)境會(huì)自動(dòng)配置MCU外設(shè)，這意味著設(shè)計(jì)人員不需要花費(fèi)時(shí)間精力給應(yīng)用分配微控制器資源；硬件連接查看器可引導(dǎo)設(shè)計(jì)人員互連多個(gè)功能板；可以簡(jiǎn)化客戶開(kāi)發(fā)工作的API應(yīng)用編程接口，這些API用起來(lái)就像使用黑匣子一樣，設(shè)計(jì)人員使用的是頂層功能，例如，無(wú)需深入了解特定功能板即可激活負(fù)載。

大幅提速、極易上手和靈活性

據(jù)Max先生分享，一個(gè)隨動(dòng)轉(zhuǎn)向大燈的設(shè)計(jì)，需要LED驅(qū)動(dòng)板、步進(jìn)電機(jī)高邊驅(qū)動(dòng)板和冷卻風(fēng)扇高邊驅(qū)動(dòng)板三個(gè)功能板。傳統(tǒng)方式需要針對(duì)三個(gè)功能板依次進(jìn)行硬件電路板開(kāi)發(fā)和軟件適配，整個(gè)過(guò)程可能要花費(fèi)4～6個(gè)月的時(shí)間。而如果直接使用AutoDevKit來(lái)設(shè)計(jì)，就可以大幅減少起碼6個(gè)月的時(shí)間，（用6個(gè)月乘以原型所需的組件數(shù)量，就是總計(jì)節(jié)省的時(shí)間）。

AutoDevKit的學(xué)習(xí)門檻有多低？將其提供給電子、工程或軟件開(kāi)發(fā)的大學(xué)生，在ST的工程人員的指導(dǎo)下，只需要6個(gè)小時(shí)的時(shí)間，這些大學(xué)生就可以開(kāi)發(fā)出一個(gè)應(yīng)用項(xiàng)目。Max認(rèn)為很重要的一點(diǎn)在于：“如果你開(kāi)始用AutoDevKit開(kāi)發(fā)原型，特別是開(kāi)始用ST的元器件，那么你沒(méi)必要知道你在用哪個(gè)微控制器，甚至不需要知道SPC5是什么，因?yàn)檫@個(gè)工具涵蓋了微控制器的所有信息，所以，你無(wú)需研究用戶手冊(cè)或參考資料即可開(kāi)發(fā)原型，我認(rèn)為這很重要?！?/p>

除了以上兩點(diǎn)外，使用AutoDevKit的另一個(gè)好處在于靈活性。汽車應(yīng)用需要經(jīng)常進(jìn)行迭代，而使用AutoDevKit平臺(tái)的好處在于當(dāng)你需要將其中的MCU進(jìn)行升級(jí)的時(shí)候，你無(wú)需進(jìn)行特定的代碼重開(kāi)發(fā)和適配工作。所有微控制器共用相同的底層接口，而底層接口保持不變。因此，當(dāng)設(shè)計(jì)人員為特定功能板開(kāi)發(fā)驅(qū)動(dòng)程序代碼時(shí)，訪問(wèn)硬件不需要使用特定MCU平臺(tái)綁定的特定命令，而是使用底層驅(qū)動(dòng)程序提供的接口。因此，驅(qū)動(dòng)程序一旦開(kāi)發(fā)出來(lái)，代碼就可以在工具內(nèi)部集成的所有MCU平臺(tái)之間移植。

意法半導(dǎo)體亞太區(qū)汽車產(chǎn)品市場(chǎng)及應(yīng)用高級(jí)總監(jiān)鄭明發(fā)分享到當(dāng)前的一個(gè)趨勢(shì)：“越來(lái)越多的汽車制造商，特別是新能源汽車制造商，已決定參與ECU開(kāi)發(fā)，而不是完全依賴于合作伙伴提供ECU?！?Max也認(rèn)為AutoDevKit的易用性甚至可能會(huì)覆蓋到某些中間設(shè)計(jì)公司的業(yè)務(wù)。尤其是針對(duì)亞太區(qū)，鄭明發(fā)還分享到ST有一個(gè)汽車技術(shù)創(chuàng)新中心，可以根據(jù)客戶的實(shí)際應(yīng)用需求進(jìn)行實(shí)際的應(yīng)用負(fù)載測(cè)試，提供集成PCB板，并為他們提供完整的驗(yàn)證和認(rèn)證測(cè)試結(jié)果。
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