Otomotiv Gömülü Sistemlerde Cisc Öğretim Setleri: Bir Vaka Çalışması

Giriş: Otomotiv Gömülü Sistemlerde Öğretim Setleri Mimarisinin Rolü

Modern araçlar artık tamamen mekanik bir meclis değildir; her bir alt sistemden oluşan bir işlemcidir (ISA) her şeyi motor zamanlamasından ve iletime geçişlerine kadar yönetebilen ve ilerici bir sürücü yardımına ve aşırı sağımdaki bilgisayar yazılımlarının ([Döneticileri) ve her biri için ayrıntılı bir şekilde kontrol edilebilir.[Döneticileri değiştirebilecektir.

Bu makale, CISC eğitim setlerinin ayrıntılı bir incelemesini sağlar ve mühendislerin gözetim birimlerinde uygulamalarına odaklanır (ECUs). Bir sonraki nesil araç elektronikleri için ISA seçenekleri inceler.

CISC Mimarisi: Bir Primer

[FONTC:0)CISC[DÜT:1] mimarlıklar, 1970'lerde ve 1980'lerde Intel, Motorola ve IBM gibi şirketler tarafından yönlendirilir, büyük ve çok yönlü bir eğitim seti ile geliştiricilerin karmaşık algoritmaları daha az montaj talimatları ile ifade etmelerine izin verir.

CISC'nin temel özellikleri şunlardır:

Buna karşılık, 0,4|0|IyC[DÜDÜDÜDÜSÜSTRİYE) mimarlıkları (ARM, MIPS, RISC-V) sabit bir eğitim süresi (tipsel olarak 32 bit), bu ticari düzenlemenin küçük bir setini ve bir yükleme noktası, otomotiv kayıtlarının ayrı olduğu bir yük deposu tasarımı. RISC işlemcileri genellikle operasyon başına daha yüksek saat hızları ve daha düşük güç elde eder, ancak program başına daha büyük kod büyüklüğü ve daha fazla talimat gerektirir.

Tarihsel olarak, CISC masaüstü ve sunucu pazarlarını x86 hattı aracılığıyla yönetti, RISC mobil ve gömülü alanlarda gelişti. Ancak, sınır son yıllarda bulanıklaştı: modern x86 işlemciler iç içe CISC talimatlarını RISC gibi, ve determinist otomotiv ECU’nun son mimarileri (örneğin, AArch64'ün belirli talimatları ve yük / depolayıcıları) belirli bir şekilde kullanmaya devam ediyor.

Otomotiv Gömülü Sistemler: Gereksinimler ve Constraints

Vaka çalışmasına girmeden önce, gömülü işlemcilerde otomotiv uygulamalarının yer aldığı eşsiz talepleri anlamak önemlidir.

  1. [FONT:0) Gerçek zamanlı determinizm[[Döntgen: Motor kontrol döngüsü, anti-lock frenleme ve hava çanta dağıtım katı zaman zaman zamanlayıcılar içinde tamamlamak zorundadır.
  2. [FONT=0) Yüksek güvenilirlik ve güvenlik[Dönetici: Otomotiv sistemleri aşırı sıcaklıklar altında yıllarca kusursuz bir şekilde çalışmalıdır, vibrasyon ve elektromanyetik müdahale. ISO 26262 (işlevsel güvenlik) her iki donanım ve yazılım için de geçerlilik sağlar.
  3. [FONT:0)Power verimliliği[DÜT:1]: Motor alternatör elektrik üretirken, ısı dağılımı sınırlıdır. Processors, aktif soğutmadan kaçınmak için minimum güç tüketmelidir ve güvenilirlik azaltır.
  4. [FONT:0]Kom yoğunluğu[[Dönetici:)[Dönetici:0)Komlektikler [Döneticiler için düşük maliyetlidir.
  5. [FONT:0]Uzun ürün yaşam döngüsü[[Dönetici: Bir araç platformu genellikle 10-15 yıl boyunca çalışır ve onlarca yıldır desteklenmeye ve desteklenmeye yardımcı olur.

Bu kısıtlamalar ISA seçim süreci şekillendirir. RISC genellikle güç verimliliği ve yüksek saat hızlarında başarır, CISC üstün kod yoğunluğu sunabilir ve bazen karmaşık operasyonların daha hızlı uygulanması - motor yönetiminde kullanılan çok adımlı kontrol algoritmaları gibi.

Vaka Çalışması: Motor Kontrol Birimleri

Motor kontrol ünitesi (ECU) en hesaplamalı yoğun alt sistemlerden biridir. Bir düzine veya daha fazla sensör (krank pozisyonu, oksijen seviyesi, hava alımı, throttle açısı), yakıt enjeksiyon zamanlaması ve süresi hesaplamak, sonra gelen çıktıları harekete geçirmek gerekir - tüm bir motor döngüsünde 6.000 rpm motorun penceresinde.

Uygulama Detayları

Lider bir Avrupa otomotiv üreticisi – burada gizlilik için “AutoTronic AG” olarak kabul edildi – Renesas RH850 ailesinden 32 kontrol cihazı ve tek bir devir varilişleri için.The850 serisi, sinyal işleme ve kapalı-loop kontrolü için tasarlanmıştır.

Yazılım yığını C'de kritik döngüler için kodlanmış bir montajla geliştirildi. Takım ISA'dan kullanılan tam bir PSP-II uyumlu motor yönetim yığınına 512 kB içinde sığacak şekilde uygulandı - ISA'dan en az 1 MB Flash'a ihtiyaç duyulacak şekilde bir araya geldi:

Performans Çıktıları

CISC tabanlı ECU, tüm gerçek zamanlı tarihlerle marjla tanıştı. En kötü durumdaki (WCET) analizi, kontrol döngüsünün %90'ının üç en karmaşık rutin tarafından tüketildiğini gösterdi: yakıt enjeksiyonu zamanlaması, ateşleme süresi ve tork izleme.

Gözlemlenen ek avantajlar:

CISC'nin diğer Otomotiv Uygulamaları

ECU vaka çalışması en belirgin olsa da, CISC işlemcileri kod yoğunluğu veya karmaşık matematikin parasal olduğu diğer birkaç otomotiv alanında görünür.

Gelişmiş Sürücü Assistance Systems (ADAS)-

Infineon TriCore gibi erken vizyona dayalı ADAS modülleri ve CISC’nin özellikleri, endüstriden değişken uzunlukta pikselli veri ve matris işlemlerine kadar yaygın olarak kullanılmayan bazı eCISC /CISC) ve bazı özel DSP'ler, radar ve sinir kameralardan gelen güvenlik kontrolleri için yaygın olarak kullanıldı.

Transmission Control Birimleri (TCUs)

Otomatik iletim kontrolü yüksek bant genişliği diskoparlama, geçiş-scheduling mantığı ve tork-converter kavrama kontrolü içerir. TCUs hızlı kesme işlemi gerektirir ve CISC ISA, en az yük ile birlikte, çok sayıda USB MPC5777C, bir Power Architecture-based CISC MCU, tam olarak yüksek çözünürlük kodu ve deterministik yürütmenin kombinasyonu için.

Bilgi ve Bağlanma

Infotainment domain, saf RISC uygulama işlemcilerinden (örneğin, Qualcomm Chevrolet) heterojen mimarilerin ortaya çıkması için bir değişim. Ancak, uzaktan anahtarsız giriş, batarya yönetimi ve acil çağrı hizmetleri gibi işlevleri ele alan sistem-kripto-vehicle-ve-birkaç CISC tabanlı güvenlik adası – ayrı, sertleştirilmiş temelleri ile "öneticileri" işlevleri ele alıyor.

Meydanlar ve Ticaret-

ECU durumunda gösterilen avantajlara rağmen, CISC, otomotiv gömülü sistemler için evrensel bir çözüm değildir. Mühendisler birkaç alt cepheyi dikkatlice tartmalıdır.

Bu zorluklar, CISC'nin açık, sayısal bir fayda olmadığı sürece nadiren modern otomotiv tasarımlarında tercih edildiği anlamına gelir - çok sıkı bir hafıza bütçesi için en yaygın üst kod yoğunluğu veya RISC multi-step dizisine kıyasla yürütme süresini büyük ölçüde azaltan belirli bir karmaşık talimat için ihtiyaç.

Future: A Özerk Araba ve Elektrikli Araçlar Çağında CISC

Otomotiv endüstrisi elektrikli araçlara (EVs) ve otonom sürüşe doğru önemli ölçüde, CISC rolü bir dönüşüm geçiriyor.

Heterojen Bilgisayar ve Domain-Controlled Architectures

Sonraki nesil araç mimarisi daha az, daha güçlü domain kontrolörleri ile konsolide edilebilir. Örneğin, “Vehicle Dynamics Domain Controller” motor, iletim, frenleme ve direksiyon gibi davranır.Böylece, yüksek performanslı RISC küme (genellikle ARM Cortex-A veya RISC-V) sensör füzyon için ağır sayıda ecrunching, daha küçük bir CISC veya hibrit çekirdekli görevler güvenlik görevlisi ve gerçek zamanlı programlayıcı olarak çalışır.

Elektrikli Araç Motor Kontrolü

EV traksiyon dönüştürücüleri, sürekli olarak "vector" talimatlarına uygun olan son derece hızlı bir alan odaklı kontrol gerektirir. Bazı satıcılar CISClike tek bir DSP (MIC) ve ST4'ün bu nedenle RISC çekirdeğine (Clarke/Park dönüştürücülerine) sahiptir, ancak Texas Instruments TMS320C2000 serisi (Exex) ve ST4'ün DSP) eklediği gibi bir avuç özel motor kontrol MCU'ya sahiptir.

Güvenlik ve Aşırı Hava Güncellemeleri

Yazılım tanımlı araçların yükselişi ile, kod yoğunluğu değerli kalır çünkü güvenli boot görüntüleri ve şifreleme anahtarları sınırlı ROM'a sığmalıdır. CISC'nin küçük kod ayak izi dış bellek ile sağlam şifrelemeyi uygulamanızı kolaylaştırır. Ek olarak, bazı CISC mikrokontroller, kriptografları özel eğitim uzantıları aracılığıyla donanım hızlandırmaya çalışır - bağlantılı araçlardaki davayı güçlendiren doğal evrim.

Ancak, ESD'nin modüler tasarımının büyüyen baskınlığı, tasarımcıların özel talimatları (örneğin, biraz-manipulation veya çoğaltmak için) daha az sayıda CISC'nin yoğun, makro-yapımını paylaşması için tasarıma olanak sağlar. RISC-V'nin modüler tasarımı, tasarımcılara özel talimatları eklemelerini sağlar (örneğin ASIL-B ve ASIL-manipulation veya çoğaltmak için)

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Bu vaka çalışması, CISC talimatının, otomotiv gömülü sistemlerde uygulanabilir ve değerli bir niş tutabileceğini, özellikle de kod Flash yoğunluk ve dinamik akımdaki karmaşık çoklu adım işlemleri tek bir talimat maliyeti, güç ve geliştirme zamanında yürütme yeteneğinin ne zaman iyi tasarlanmış bir CISC çekirdeğinin, Flash hafızada ölçülebilir tasarruflarla karşı karşıya kalabileceğini gösteriyor.

Bununla birlikte, otomotiv ekosistemi heterojen hesaplamaya doğru değişiyor ve RISC-V. Mühendislerin silikon cezasını varsayılan bir seçim olarak değerlendirmeleri gerekir, ancak yüksek seviyeli kontrol görevleri için hedefli bir araç olarak, uygulama derin bir kod sıkıştırmasını talep ettiğinde ve CISC'nin silikon cezasının nereye kadar malum olduğunu da değerlendirmelidir.

Sistem mimarları için anahtar kaçış, hafıza bütçesinin sayısal analizi, her alt sistemin özel talepleri için uygun olan ve tedarik zinciri riskidir. CISC'nin otomotivdeki mirası sona ermeden önce; RISC meslektaşlarının yanında gelişmeye devam eder, doğru mimarinin her alt sistemin özel talepleri için mevcut olmasını sağlar.

[FONT:0)Daha fazla okuma için, resmi olarak [[DÜSÜSÜSÜSÜSÜSÜSÜŞÜNÜSÜŞÜNÜ: 0:2) Bu durumda CISC'nin sunduğu özellikleri, [FONTC'nin CISC'ye ait olduğu gibi, gömülü sistemlerde ) rekabetçi manzaraya nasıl değiştiğini belirtir.[DÜŞÜNÜCÜye ait.Üye ait.Üye Elektronik Girişi )