ST加快汽车电子创新,功能强大开发工具简化先进ECU原型设计

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PSDC主编刘洪

今年2月,横跨多重电子应用领域的全球领先的半导体供应商意法半导体(STMicroelectronics,ST)发布了新的汽车电控单元(ECU)辅助开发工具AutoDevKit™,旨在帮助汽车企业以更快的速度、更经济的方式,将更安全、更环保、更智能的汽车投放到市场。
日前,ST举办AutoDevKit线上媒体交流会,公司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和亚太区汽车产品市场及应用高级总监郑明发(MH TEY)结合当前汽车市场的趋势和需求,介绍了AutoDevKit™ 生态系统的特点。
 

 
他们指出,当今的汽车装有大量电子系统,ECU就是用于管理这些系统的“微电脑”。新推出的开发工具AutoDevKit™ 可以将可靠的SPC5微控制器轻松连接到有汽车元器件的电路板,简化最先进的汽车电控单元原型设计。另外,这款好用的应用编程软件及源代码永远免费下载,是不是很有吸引力呢?
 
新趋势下汽车市场的转型和挑战
 

 
在汽车行业电动化、电子化和自动驾驶的趋势下,汽车和交通工具市场处于快速发展的转型期。汽车总体设计复杂程度不断提高,ECU数量在增加,汽车数字化和网联化影响和改变着汽车系统架构,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。整个行业正在拥抱软件定义汽车的大趋势。
 

传统应用向新应用的转型
 
Luca认为,今天的汽车设计者面临的主要挑战在于,汽车设计复杂程度日益提高,导致软硬件设计工作量大幅增加,在硬件方面典型架构有100多个ECU,遍布车上各个地方,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,硬件开发成本也增加了约30%;现在的汽车软件代码量超过1亿行,伴随软件复杂性的提升,软件开发成本增加了约70%。在这样的大环境下,汽车电子设计师承受着缩短研发周期的巨大压力,迅速交出切实可行的概念验证至关重要。
在回答记者提问时,他表示:“ST正在投资开发符合软件定义汽车新趋势的技术。我们在整合更多的元器件,从用微控制器开发非常简单的、功能特定的ECU,向集成更多功能的ECU方向发展。因此,这种趋势正在通过新产品工具,推进当前汽车架构从标准ECU逐步走向未来的域控制和区控制。这些目标的实现离不开合理的软件分层和抽象层。AutoDevKit是一个高度集成式开发系统,与ST的总体软件战略保持一致。”
 

功能的增加导致软硬件复杂性提升
 
作为知名的汽车电子解决方案提供商、最广泛的汽车产品组合提供商,ST在汽车电子领域拥有超过30年的经验,产品包括数字解决方案,如作为大多数汽车应用核心器件的车规级微控制器,以及各种智能电源芯片解决方案。其汽车解决方案涵盖传统汽车应用市场和快速增长的新兴汽车市场,涉及内燃机动力总成、车身控制与舒适系统、底盘与安全系统、车载信息娱乐、远程信息处理与网络连接、电动交通工具、ADAS(高级辅助驾驶系统)、出行服务等方方面面,为汽车连接性和安全性的新时代铺平了道路。
为了完善产品阵容,ST提供多种功率分立器件,包括硅基产品和宽带隙材料解决方案。这类汽车产品对于推动当今汽车电动化趋势非常重要。凭借SiC分立器件,ST再度成为市场领导者。通过这些解决方案,ST成为了车规SiC功率元器件市场的领导者,并且是全世界第一家为电动汽车提供车规级SiC产品的半导体厂商。
ST公司是一个坚实、创新和可靠的合作伙伴,全程支持客户创新,其智能驾驶产品和汽车解决方案通过多种技术的结合,使驾驶更安全、更环保、更舒适。
 

全面的汽车产品组合
 
几小时学习就能上手开发
面对挑战,汽车制造商、客户和设计人员开发新电子模组和新ECU的复杂程度正在大幅提高。ECU开发的目前情况是,设计人员选择在应用中要用的产品,首先要研究要用的元器件和技术,为每个元器件开发硬件,设计、组装、测试PCB板。在每个ECU和模组内部都有多种技术,这意味着要在单个模组中集成多个功能,以及多个传感器和执行器;然后,设计人员还要开发软件,以便收集数据信息,激活模组功能。在这种情况下,从软件角度看,软件复杂程度已成为设计人员的另一负担。而当今汽车软件复杂程度比飞机还要高。因此,因为软件的原因,新应用开发需要投入大量的精力和时间,且70%的应用研发时间/成本都是在开发软件。
Luca告诉记者,正是考虑到这种情况,ST决定推出AutoDevKit汽车专用开发环境,其初衷是创建一种新的汽车应用开发方法和套件,直观易用的其应用程序接口(API)和底层驱动程序,解决了当今软件复杂化、模组数量增加、缺乏复用性的难题,简化并加快ECU原型开发,缩短研发周期,从而加快汽车应用开发。
ST的AutoDevKit™ 生态系统引入了一个新的高效功能原型开发工具箱,用“拼图”方法取代了传统的工匠方法,并支持标准化和设计复用。AutoDevKit库是一个免费软件环境,让用户可以从其广泛的汽车产品组合中选择微控制器和功能板,包括各种模组,确保设计灵活性,轻松设计汽车解决方案原型。
在选完AutoDevKit组件后,软件将引导用户连接电路板,生成代码,编译并下载固件,最后还有原型测试和调试功能。AutoDevKit生态系统的一个基本功能是提供好用的API,以便连接并控制所支持的每个功能板。
完整的AutoDevKit生态系统包含AutoDevKit库插件和硬件开发工具,其中硬件开发工具包括针对汽车应用需求优化的AEK MCU探索板和功能板,以及AEKD系统解决方案演示板。
AEK探索板用于评估某一特定汽车微控制器,功能板有助于快速实现各种功能,例如,电机控制、LED照明、电源管理、音频和通信连接。评估板和探索板都有专用的API,用于控制和连接电路板,使用所有这些工具都不需要深入了解所用的半导体器件或数据表。
AEKD系统解决方案演示器让用户可以直接查看预装系统演示板,以及板套件和非电子硬件组件,例如,汽车部件和负载,帮助用户精确模拟目标解决方案。
简而言之,有了AutoDevKit,客户在几小时内就能够在实际环境开始测试特定应用!与传统方法比较,同一项开发工作,用AutoDevKit几个小时内就可以完成,而传统方法则需要很长时间。实际上,取决于客户要开发的应用的复杂程度,传统方法可能需要几个月的开发时间。
 
真正面向汽车的开发工具
Luca介绍说,AutoDevKit软件是STSPC5汽车微控制器集成设计环境的一部分。AutoDevKit全部集成在SPC5 Studio软件开发环境内,为这款IDE平台增加了微控制器引脚自动分配和将多个功能板连到微控制器板的视图编辑器功能。同样,AutoDevKit API与SPC5 Studio底层驱动程序完全集成,提供可在不同微控制器平台之间轻松移植的代码。
 

AutoDevKit组件的硬件支持和软件支持
 

AutoDevKit硬件库——功能模组
 
在软件技术方面,AutoDevKit插件为SPC5-Studio环境增加了功能板驱动和API、MCU外设自动配置和硬件连接查看器等工具,简单可视的开发环境,让设计者再也不用阅读技术文档。AutoDevKit辅助设计的快速原型开发特性有助于简化汽车软硬件开发。
 

AutoDevKit——辅助设计
 
Luca称,ST的AutoDevKit是市场上绝无仅有的面向汽车及交通工具的开发工具。作为一个完整的“开放式”原型开发系统,它可将创意概念快速变为实物设计。它在一个集成环境中提供独有的各种模组,数量没有限制。从硬件和软件的角度来看,每个模组(功能板)都组装良好:在硬件或软件级别上没有冲突。此外,简化的模组互连无需采用专门连接器(如Arduino),现有硬件均可重复使用;减少开发准备时间,节省在评估产品或编写软件之前阅读复杂技术文档的时间。
关于AutoDevKit的开放性,他解释说,首先,它是免费的,无需支付任何费用。第二是AutoDevKit基于Eclipse平台,这是当今IDE开发最常用的“开放”平台,因此可以在AutoDevKit环境中安装许多其他公司的插件;它不仅集成了ST的为某些工业环境开发的产品,还集成了第三方产品,这种开放方法可以扩大产品组合,并使设计人员受益于完整的系统设计。最后,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。
AutoDevKit生态系统让用户可以集中精力开发系统功能,无需开发设备驱动程序等底层软件,从而比传统原型开发方法减少了几个月的工作量。
 

一个工具多种用途
 
AutoDevKit系统解决方案环境中包含ST的各种电路板组合,可为设计者带来丰富的选择。图中仅展示了目录中的部分方案:USB Type-C电力传输、基于L5964的数控直流-直流转换器、随动转向前大灯(AFL)和低速提示音(AVAS)。
 

AutoDevKit系统解决方案环境
 
例如,汽车USB type-C和PD输电整体解决方案,只需要一个订购代码,客户就可以购齐实验室测试所需的全部模组。其中有3个不同模组(功能板),客户把它们插接在一起即可开始测试。客户也可以从网站下载相关软件,找到该方案专用的全部用户手册和支持工具及使用方法视频教程,在收到所有材料后,就可以开始实验室测试。
 

USB Type-C和PD板+32位车规MCU板组成的车规USB输电方案
 
自适应(随动转向)前大灯或自适应前灯照明系统是解决方案中提供的另一个非常有意思的先进应用。这个应用可以提高道路总体安全性,有助于提升主动安全系统性能,而主动安全系统是现代汽车辅助驾驶系统的组成部分。
那么,自适应前大灯系统的作用是什么呢?它会随道路方向变化调整大灯光束照射方向,为驾驶者提供最佳的可见度。该系统自动获取转向系统信息,重新调节光束方向,从而确保驾驶者有最好的视野。开发这种应用需要多种技术,ST采用了汽车微控制器、LED驱动器、高边驱动器(用于控制冷却风扇)、步进电机驱动器(用于改变光束方向)。有了AutoDevKit,只需一个订购代码,客户就可以收到一个将所有电路板都连在一块板上的模组。因此,只需将模组连到前灯,即可开始实际环境功能测试。ST还提供图中的大灯模型,将模组连接到大灯模型即可验证ST的产品功能。
 

AFL开发套件组成的自适应前大灯
 
值得一提的是,AutoDevKit是一个非常灵活的平台,ST会不断加入新的功能。一个新解决方案是车辆声学警示系统/车辆低速提示音系统(Acoustic Vehicle Alerting System,AVAS)。AVAS是为满足欧盟“关于机动车声级的规定”(EU 540/2014)与欧盟颁布的ECE R138规定要求,让所有新电动汽车和混合动力车时速在20公里以下自动启动的声响警报系统。新国标12.13.2中也明确规定,“纯电动汽车、插电式混合动力汽车在车辆起步且车速低于20km/h时,应能给车外人员发出适当的提示性声响。”
 

低速提示音系统(AVAS)组件
 
ST为AVAS开发了所需的全部技术,包括微控制器、D类音频放大器、电源管理芯片等。AutoDevKit中马上就会有这样的组件。
Luca还介绍了一款APP,他是AutoDevKit浏览器的手机应用,分为安卓版和苹果手机版。它使设计人员能够直接在移动设备上创建项目,然后通过电子邮件将其下载到PC,导入SPC5Studio开发平台,在AutoDevKit开发环境中评估项目。 APP让客户能够接收AutoDevKit和ST的最新消息,直接发送电子邮件请求技术支持。 设计人员可以选择开通购物车功能,为新项目选购电路板。
 

AutoDevKit浏览器App
 
为本地合作伙伴提供强力支持
 

 
负责亚太区汽车产品营销和应用的郑明发分享了ST的亚太区技术支持活动计划,涉及快速原型开发、重复使用、简化开发、灵活多变、缩短产品上市时间等多个方面。
他介绍说,首先是通过ST博客(ST Blog)在线更新和分享AutoDevKit的开发信息,所有合作伙伴都可以自由阅读博客文章。ST还在中国人气最高的社交软件微信上用中文发表文章、信息和最新消息,并与代理商合作伙伴紧密合作,利用他们稳固的线上销售渠道及众多关注者,支持广阔而多样化的亚太市场,并进一步提高支持力度。
ST还定期组织和举办网络研讨会,开展线上技术讨论,提供客户支持服务。通过所有这些在线支持计划和活动,合作伙伴可以轻松获取ST的最新的信息,并在需要时随时联系获取各种支持。
他表示,在亚太地区,ST可以在必要时为战略合作伙伴提供更广泛、深入的技术支持,还有潜在的项目或业务分析论证,通过其技术创新中心为他们提供具体的开发定制计划。
ST的系统参考演示解决方案包括PCB原理图、复杂的产品驱动程序、应用说明书、外部元器件选型和布局指南,以及所有必要的系统验证和确认报告,例如,功能安全分析、测试台和EMC测试报告。
 

从ECU原型开发到系统方案落地
 
郑明发说:“通过这些支持服务,相信我们可以帮助合作伙伴缩短开发项目的总体研发周期,从而加速产品上市时间,并改进解决方案的质量、安全性甚至拥有成本,提高产品的整体市场竞争力,帮助客户参与市场竞争,甚至挑战在当今市场占据主导地位的跨国公司。”
 
轻松评估,快速创建,加快上市
Luca最后总结道,AutoDevKit是市场上第一个且独一无二的汽车和交通专用开发环境,是一个灵活的新应用开发方法,客户能够根据自己的特定需求自定义应用,简化新原型开发。重要的是,它可以让客户缩短新应用的上市时间。
 

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