מיקרובקר הם העורקים הנסתרים מאחורי אבטיפוסי רכב אוטונומיים, מתן שליטה בזמן אמת ותהליכים ⁇ סטים כי פלטפורמות מחשוב ברמה גבוהה יותר לא יכולות להבטיח.בעוד שיחידות עיבוד מלאכותיות המחוברות לענן וגרפיקה חזקות שולטות כותרות, זהו המיקרובקר הצנוע המתורגם החלטות נהיגה מופשטות לפעולות מכניות מדויקות.בשלבים המוקדמים של פיתוח אוטונומיה, להסתמך על מיקרו-בקרים לחיישנים, לפעול מוטציות ואמינות נמוכה, ואופטימית, כאשר הם מקבלים כל לוגיקה מינימלית, וגמישות נמוכה, וגמישות חסרת תקדים.

מה הם מיקרו-בקרים?

מיקרובקר (MCU) הוא מעגל משולב יחיד המכיל ליבה מעבד, זיכרון (שניהם RAM נדיף ו- EEP) ו- EEP-Ip), ו- EEP קידוד ( ⁇ peripherals) שאינו כולל מעבד מיקרו-תכליתי כללי (ממשק מעבדי זיכרון חיצוני ו- Ixal השבבים, MCU הוא מערכת שלמה-onchip המיועדת למשימות ייעודיות של מעבדים של מעבדים (R-R-R-R-R-Ax) כולל בדרך כלל את ה-R-R-R-R-C-C-C-C-C-C-C-C-C-C-C-C-C-C-C-C-C-C-C-C-C-C-C-C-C-C-C-C-C-C-C-C-C-C-C-C-C-C-C-C-C-C-C-C-C-C-C-C-C-C-C-C-C-C-C-C-C-C-C-C-C-C-C-C-C-C-C-C-C-C

MCUs ממונדסים עבור FLT:0 â € â € ¢ â ¢ â ¢ â ¢ â ¢ ¢ â ¢ ¢ â ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

פונקציות קריטיות ב-Prototypes של רכב אוטונומי

חיישן נתונים רכישה וקידום

אבטיפוס רכב אוטונומי בדרך כלל משתמש במספר מודולים חיישן: LiDAR, מכ"ם, מונוקולי ומצלמות סטריאו, חיישני קול ויחידות מדידה לא רצויות (IMUs) כל חיישן מייצר נתונים זורמים בקצב החל ממספר בועות (ultrasonic) למאות מסגרות לשנייה (LiAR ומצלמה).

לדוגמה, אבטיפוס באמצעות ARM Cortex-M7 MCU יכול לטעום 3D LiDAR ב 1 MHz ולהפעיל מסנן קלמן כדי להסיר החזרים מעוררים בזמן אמת, כל זאת תוך כדי ציור מתחת 500 mW. זה מעבד מקומי זה מקטין את רוחב הפס הנדרש עבור היתוך נתונים ו offloads את פלטפורמות מחשוב יותר כוח.

שליטה בזמן אמת של Actuators

הקישור הסופי בשרשרת האוטונומיה הוא המכנה: היגוי מנועים, מודולים בלמים-by-wire, בקרים פולשים, ומתאים להשעיה. Microcontrollers ליישם את הלולאות בעלות רמת השליטה הנמוכה ביותר באמצעות MC-integral-derivative (PID) או אלגוריתמים בעלי שליטה מודלית (MPC) אבטיפוס טיפוסי עשוי להכיל 10 עד 20 מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ) כדי להבטיח את השליטה ה-מטר על ידי לוח הבקרה ה-מטר על ידי לוח הבקרה ה- C.

משפחות MCU מודרניות רבות כוללות את ה-FLT:0 (FLT:0) TERFICER TERFIREER LT:1 המסוגלות לייצר אותות PWM משלימים עם שילוב של זמן מת עבור כונן מוטורי, כמו גם מעגלים בין-לוקים לבטיחות חומרה שיכולים להפיג את העלולים לפענוח בתוך מיקרו-שניות של זיהוי פגם.

שערי תקשורת וניהול רשת

אבטיפוס לרכב אוטונומי הוא מערכת מבוזרת של יחידות בקרה אלקטרוניות (ECUs) תקשורת על CAN FD, FlexRay, Jet Ethernet וקישורים סידוריים פשוטים. Microcontrollers לשמש כ- MCFLT:0gateway nodesFLT 1 המתורגמים בין פרוטוקולים, הודעות buffer, ואכיפת מדיניות אבטחה ייעודית עשויה להפעיל ערימה פשוטה של AUTO לניהול רכיבי אבטחה נמוכים ואימות (D) עם תכונות אבטחה.

בטיחות ו Redundancy Supervision

צוותים Prototyping חייבים לדבוק בסטנדרטים של בטיחות פונקציונלית כגון ISO 26262 (ASIL-D) אפילו בשלבי פיתוח מוקדמים.מיקרובקרים עם תכונות בטיחות חומרה - מעבדי מנעולים של קוד זיכרון תיקון שגיאות (ECC), שנבנה על ידי בדיקות עצמיות (BIST) וזמני שמירה עצמאיים - הם כמו FLT:0Safes לפקח על תקפים של מנגנוני אבטחה נמוכה, אם תקפים של תקפים משפטיים או תקפים של תקפים אישיים, אם הם מורכבים, אם הם מורכבים של מערכות הפעלה נמוכה של תקפים, אם FPSA.

יתרונות מיקרובקרים בפיתוח Prototype

צריכת חשמל נמוכה

אבטיפוס לרכב אוטונומי פועל לעתים קרובות על יכולת סוללה מוגבלת במהלך בדיקות. מערך של מיקרובקר יכול להחליף כוח אחד גבוה SoC במשימות מבוזרות רבות.לדוגמה, חלוקת עיבוד חיישן על פני שמונה כוח נמוך ARM Cortex-M4 MCUs במקום להפטר הכל באמצעות CPU גבוה חוסך 30-40 וואט לשעה נהיגה, הרחבת המפגשים בדיקה משמעותית.

ביצועים אמיתיים-זמן

בניגוד למחשבים מבוססי לינוקס, קושחה חד-מתכתית או מערכת הפעלה מינימלית בזמן אמת (RTOS) עם לוח זמנים צפוי. עצלות אינטררופית יכולה להיות נמוכה כמו 12 מחזורי שעון על ליבות מודרניות. ⁇ זה חיוני למשימות בקרה סגורה-פרלופ שבו תגובה מאוחרת עלולה להוביל לאי יציבות או להתנגשות.

עלויות יעילות וקידום מהיר

MCU יחיד בשימוש בטיפוס עולה בין שני ל-15 דולרים, בהשוואה למאות דולרים עבור לוח GPU או FPGA דיסקרטי.הזמינות הנרחבת שלהם ורשתות כלי הבוגרות (דומנים, מטבולים, מודלים סימולציה) לאפשר לצוותים קטנים לספין אולמות חיישן בימים. ערכות פיתוח סטנדרטי מ NXP, STMielectronics ו- Instruments לספק גישה מיידית למהנדסים למכוניות ל-iphertex, במקום להתמקד באלגוריתמים.

גמישות באמצעות עדכוני תוכנה

קושחה MCU יכול להיות מעודכן על CAN או Ethernet במהלך כוננים הבדיקה.זה מאפשר השקיה מהירה של פרמטרים שליטה, אלגוריתמי היתוך חיישן היתוך, ולוגיקה בטיחות מבלי לשנות את רתום או פריסת PCB. קבוצות Prototyping להעריך את היכולת לכוון לולאה PID או להתאים את ממתחול רעש של מסנן קלמן בין מבחן ריצות.

אתגרים ומגבלות

כוח עיבוד לעומת עומסי עבודה מתקדמים

המגבלה המשמעותית ביותר של מיקרובקרים היא היכולת החישובית הסופית שלהם.A. MCU עשוי לפעול ב 400 MHz וכולל יחידת חד-חשיבות צף חד-חשיבות (FPU), אבל החיוונים האלה בהשוואה ל-MCPU מודרני עם אלפי ליבות או רכב SoC עם יחידות עיבוד עצביות ייעודיות.

זיכרון Constraints

מיקרובקרים בדרך כלל יש כמה מגה-בתים של פלאש ו-Klobyte-scale RAM. ניטור בטיחות מורכב, איסוף נתונים, או טיפול יתר-אוויר יכול לעלות במהירות על הגבולות האלה. צוותי Prototype חייבים לרכז בקפידה פונקציות חלוקה בין MCU נונדס ופלטפורמות גדולות יותר של compute או להשתמש ממשקי זיכרון חיצוניים שמוסיפים וטביעה.

מורכבות תוכנה ואינטגרציה

בעוד קושחה MCU היא פשוטה יותר מאשר מערכת הפעלה מלאה, תיאום מספר רב של MCUs על פני אבטיפוס מביא אתגרים אינטגרציה. ספקים שונים להשתמש מפות זיכרון שונות, מודלים היקפיים, ותצורת RTOS.ללא שכבת אבסטרקציה מרכזית כגון AUTOSAR, מפתחים חייבים פרוטוקולי תקשורת יד ולהבטיח בסיסי זמן על פני הצי.

הסמכה בטיחותית פונקציונלית

אפילו בטיפוסים, הכונן לקראת הייצור לעתים קרובות דורש כי רכיבים תואמות ל- ISO 26262 ASIL-B או גבוה יותר. MCUs מוסמך לשאת מחיר פרמיה וייתכן כי הפחתת מהירויות שעון מקסימליות או אפשרויות היקפיות זמינות MCU חייב להוכיח כי MCU יכול לזהות ולהגיב לפגמים קבועים ו transient בתוך מרווח הזמן הסובלנות שלה.Achieving זה עם מטרות כלליות MCU עשוי לפעול עבור רובים קריטיים (U) יכול לשמש שלוש קבוצות קריטיים קריטיים קריטיים (U) לשימוש).

השוואות עם פלטפורמות חלופיות

מיקרובקרים לעומת פילד-Programmable Gate Arrays (FPGAs)

FPGAs מציעים עיבוד מקביל מסיבי ו latency אולטרה-נמוך (single-דיגיטל ננו השניות) עבור עיבוד אותות חיישן צינורות חזון.עם זאת, הם דורשים מעצב חומרה דיגיטלית מיומן, לצרוך יותר כוח (בדרך כלל 5-25 W), ולא חסר את סט היקפי חזק צינורות הגנה על רכב של MCUs. ב אבטיפוס, FPGAs משמשים לעתים קרובות לצד פיקסלים: FPU-FIX, תוך ניהול לוגיקה וניהול של ניהול FPUs.

מיקרובקרים לעומת יחידות עיבוד גרפי (GPUs)

GPUs מצטיינים באימון והיקף של רשתות עצביות עמוקות, אבל כוחם שואב (150-500 W עבור מודולים משובצים כמו NVIDIA Jetson) וחוסר תזמון תזמון רציונאלי להפוך אותם ללא מתאימים ללולאות בקרה ביקורת בטיחותית MC. Prototypes לשלב GPUs כציר נפרד עבור תפיסה, בעוד MCUs לספק את פעולת ה-Reborecon.

מיקרו-בקרים לעומת מעבדי יישומים (SoCs)

רכב מודרני SoCs (למשל, Qualcomm Snapdragon Ride, NXP S32G) משלב אשכולות CPU חזקים עם GPU ו- ISP ליבות. שבבים אלה יכולים לנהל תפוצה מלאה של לינוקס ולתמוך בערימות אוטונומיה מתקדמות.עם זאת, הם הופכים יקרים (לעיתים קרובות מעל 100 דולר) ועלולים להיות overkill for Simple control משימות.

מגמות עתידיות בעיצוב מיקרובקר עבור Autonomy

שילוב של AI Accelerators

הדור הבא של מכוניות MCUs הוא שילוב יחידות עיבוד עצביות קלות משקל (NPUs) עבור על שבבים להפריח. חברות כמו Microchip ו STMicroelectronics הודיעו על MCUs עם מנועי מכפיל ממטריקס ייעודי שיכולים להפעיל מודלים זעירים של ML תחת 1 W. עבור קבוצות אבטיפוס, זה אומר סיווג, זיהויomaly, וקבלת החלטות מקומית יכול להתרחש בחיישנים ללא סגירת נתונים מרכזיים כדי לבצע 10.

הגדלת ספירת Core ואדריכלות הטרוגניות

כדי לענות על הדרישות של היתוך חיישן ופיקוח בטיחות, יצרני MCU משחררים מכשירים רב-core עם ארכיטקטורות אסימטריות: ליבה בעלת ביצועים גבוהים לעיבוד קריטי, ליבה של כוח-עוצמה נמוכה אחת למשימות רקע, ומנעול אחד של ליבה למעקב בטיחות. ARM של Cortex-R52+ ו- RISC-V-V-V-SoCs מחברות כמו Si Five ממחיש את המגמה הזו.

RISC-V Open Theory

תקן הפתוח של RISC-V צובר מתח בעולם הרכב.עיצוב מודולרי מאפשר לספקים להוסיף הוראות מותאמות אישית עבור משימות אוטונומיה ספציפיות (למשל, ומתמטיקה עבור נתוני חיישן, CRC מהיר עבור יושרה תקשורת) RISC-V MCUs גם להפחית עלויות הרישוי ותלויות שרשרת האספקה, אשר אטרקטיבי עבור צוותים אבטיפוס שרוצים להיות על ליבות מותאם אישית (למשל, מספר סטארט-אפ) הם מיקרו-אפים מבוססי MicroVSC.

שיפור הבטיחות התפקודית על ידי עיצוב

המעבר לכיוון SAE רמה 3 ורמה 4 אוטונומיה דורש כי MCUs לתמוך מנגנוני בטיחות שיטתיים. MCUs עתידיים יכלול צגים חומרה שאינם פולשניות, ביצוע כפול מסתכם, חלוקת חומרה אוטומטית, ותמיכה עבור hypervisors מכונה וירטואלית ברמת המיקרובקר.התעשייה גם בוחנת מערכות קריטיות מעורבות שבו MCU אחד פועל משימה ביקורתית בטיחותית ולא ביקורתית ספירת אבטחה, תוך צמצום חלק אבחון.

עדכון Wireless Officeware Update Capabilities

קבוצות Prototype מסתמכות יותר ויותר על עדכוני תוכנה אלחוטיים (טא) לאלגוריתמים מכוונים מבלי לקרוע את הרכב. MCUs חדשים כוללים תמיכה חומרה עבור מנעול מאובטח, מוצפנת וסביבות הוצאה לאור מהימן (TEE) המאפשרות עדכונים קושחה שדה בטוח. NXP של EdgeLock ו- STSAFE הם דוגמאות של תת-מערכת אבטחה המשולבת לתוך MCUs למטרה זו.

מסקנה

מיקרובקרים נשארים שכבה חיונית באבטיפוס רכב אוטונומי, מתן שליטה ⁇ , צריכת חשמל נמוכה, ובטיחות פונקציונלית להבטיח כי פלטפורמות compute גדולות יותר לא יכול להתאים. בעוד הם לא מתאימים למשימות תפיסה ברמה גבוהה, תפקידם ברכישת חיישן, קבוצות הפעלה, שליטה על מערכות ניווט, פיקוח בטיחותי חזק יותר, כמו התעשייה דוחפת לרמה גבוהה יותר של אוטונומיה, טכנולוגיית מיקרו-בקר מתפתחת - AI-מחדשת תכונות אבטחה, יעיל יותר, פיתוח יעיל יותר, פיתוח AI.

(ב) ◄ [13]

  • (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (ב) .0.NXP - מיקרובקרים לרכב 1
  • (ב) ◄ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (ב) ◄ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (ב) ISO 26262: כלי רכב - פונקציונלי בטיחות