目前，人們對于汽車性能要求的提高以及政府部門的限制性措施，導致典型的汽車機電系統平均數目已經從4個增加到了20個，而一些高端豪華轎車基于復雜的車載網絡架構甚至已經整合了80機電一體化系統。同時，這些ECU在整車中所占的成本也迅速上升，2004年這個比例已經達到23％，預測2010年將達到40％。因此不難發現，以提高整車系統電子化水平、確保質量可靠性、提升效率、控制成本、確保研發進度等為目的的汽車電子電氣設計自動化技術和環境平臺建設，成為贏得未來汽車市場主動權的重要因素。

汽車電子電氣架構中機電一體化子系統的迅速增加，極大推動了汽車復雜性的提升。電子電氣子系統在汽車領域應用非常廣泛，而且其設計整合了多門工程學科，需要面向硬件、軟件、機械等及其相互交織而導致的復雜問題的解決方案。

所以，汽車廠商同時面臨來自幾個方面的嚴峻考驗：電子電氣系統的數量和復雜性快速提升，研發周期不斷縮減，新車型的發布提速，研發預算降低，質量成本迅速攀升。

汽車電子電氣設計自動化技術介紹

隨著多路技術的引入，ECU與子系統之間的通訊和相互作用迅速增多，汽車系統及其設計過程就變得異常復雜。汽車電子電氣系統的設計和驗證過程主要分為兩個部分：

·單個ECU和汽車部件的設計與驗證。
·完整系統的設計、整合和驗證。

電控單元設計技術

芯片設計技術

芯片的設計包括三個方面：首先是FPGA或是FPSoC的設計，其次是定制IC的設計，第三是ASIC以及SoC的設計。

基于對設計復雜程度、研發進度、研發成本以及芯片量產規模等的預測，ECU可能要對芯片的實現模式作出決策。首先是芯片實現的功能以及芯片需要集成的內容，如果芯片需要整合模擬電路、數模混合電路甚至是射頻電路，那么必須采用定制IC或者數模混合IC的設計實現技術；如果芯片所需要集成和整合的內容全部是數字邏輯電路，那么FPGA、ASIC就成為可能的選擇。其次是研發投入以及研發風險方面的考慮，IC／ASIC的研發投入較高，投入成本和風險都較大，SoC在研發投入和研發風險方面就更高，而FPGA在這些方面具有顯著的優勢。第三是從芯片可能的量產規模來考慮，IC／ASIC／SoC顯然適合規模化量產，而FPGA在大規模量產(通常認為大于1萬片以上的規模)的情況下具有成本上的劣勢。第四是研發的進度，IC／ASIC研制周期較長，SoC研制周期更長，FPGA研制周期則很短。

PCB設計技術

ECU系統最終物化為一組互連的PCB板，因而PCB的設計、仿真分析以及生產加工制造就成為ECU研發的重要一環。由于新器件性能的提高，PCB上的高速電路問題日益突出，影響到ECU系統的性能和可靠性，直接表現為設計的ECU系統通常不能達到設計指標的要求。常見現象主要有：設計的系統只能工作在比設計規格低的時鐘頻率以及數據傳輸率上；需要嚴格篩選元器件，ECU系統才能正常工作；設計需要返工等。徹底解決這些問題需要長期經驗的積累，以及嚴格規范的設計流程和設計平臺。

HDI(高密度互聯)PCB設計支持微過孔技術、埋盲孔技術等，可以迅速提升設計PCB的密度，縮小產品的面積、體積和功耗。而且在一些特殊的領域中也有重要的應用，如在依靠電池供電強調低功耗、體積小、重量輕的ECU系統中，這一點是非常重要的。

二次集成的模塊化設計技術

二次集成的模塊化設計是指設計工程師從事部分特殊電路芯片的研發，如符合特定應用需求的接口電路、驅動電路等，再將研發出的這部分電路芯片的裸片連同從行業采購的CPU裸片、ADC裸片等通過MCM(多芯片模塊)或者混合電路的模式進行二次集成。

二次集成的模塊化設計技術在小型化、質量可靠性、高頻特性、散熱等方面具有顯著的優勢，因而應用范圍很廣泛。

電氣系統建模與仿真技術

機電系統的設計通常包括混合的模擬和數字電路，也包括機械、電磁以及其它的多種物理成分。與此同時，用來控制這些系統的嵌入式軟件也越來越多，并且越來越復雜。

目前的系統設計方法通常包括創建結構框圖和傳遞函數，而忽略了具體的物理設計實現細節。因而這樣的虛擬環境不能實現系統集成，必須等到實際的物理硬件已經就緒方可進行。這種處理方法容易導致無法預測的復雜情況以及昂貴的設計變更的出現，而基于精確部件模型的系統仿真則完全可以避免這些損失。

Mentor公司的SystemVision應用業界標準模型和“連續驗證”理念實現了革命性的突破，為ECU甚至完整的汽車設計提供虛擬實驗室，支持包括電氣系統以及非電氣負載效用在內的完整汽車設計方案的探測。

車載網絡設計技術

車載網絡系統設計復雜性的提高使通訊負擔加重。多個子系統之間跨網絡傳輸信號增多，網絡拓撲結構日益復雜，傳統的設計方式已經不能有效解決這種復雜的網絡系統設計。尤其是在整車設計中整合多個ECU子系統，可能會導致不可預測行為的出現，從而危及到整車系統的功能和性能。

高速增長的復雜性導致信號阻塞壓制了網絡性能與效率，從而引起功能之間不必要的交互。車載網絡迅速膨脹以適應不斷提升的ECU數目以及子系統數目的需要，可能的信號交互組合將會危害到測試的效率。信號廣播方式迅速普及，越來越多的中斷以及收發數據幀要求通訊負荷使用更強大也更昂貴的微處理器，并提高存儲器容量。

為了克服這些問題，EDA企業已經開發出一整套網絡與數據通信解決方案，主要支持三個方面的工作：車載網絡架構設計；車載網絡軟件設計；車載網絡測試與認證。

電氣系統整合與互連技術

現代的汽車平臺經常會整合80個以上的獨立系統，這些電氣系統通常由幾百個設備以及數千個電氣元件連接組成。電氣系統和設備在汽車平臺中的智能化分布，以及通過物理布線實現的電氣系統之間的互連，成為影響最終產品質量和可靠性的關鍵步驟。采用合理的流程，應用相關的工具和技術可以改善電氣系統的優化設計，顯著減少設計和制造成本。

汽車平臺中有關電氣系統的部署及其電氣分布的設計難度顯著提升，迫切需要一種能夠自動實現設備的智能化分配，并且依據可能的布線通道實現布線綜合的解決方案。

這種解決方案需要支持電氣的互連系統綜合，并且適合所有車輛的派生及選配，支持仿真、高級分析以及下道工序的制造。這種解決方案的核心是一個中央數據庫，依據該中央數據庫可以自動生成相關的圖表。

嵌入式軟件技術

高度可靠、可多次復用并且可移植的嵌入式軟件組件在提供優秀功能的同時，極大地簡化了設計。就產品生命周期成本而言，軟件功能的可靠性和可預測性非常有利于迅速降低產品質量保障和維護成本。

嵌入式軟件解決方案通常包括工具套件、集成軟件開發環境(IDE)以及軟件IP產品。針對汽車設計的核心軟件開發工具和應用程序通常包括以下內容：基于Eclipse的IDE和開發工具；針對xtUML設計的高級建模套件；完整的系統和圖形化原型；OSEK標準實時操作系統。

未來之路

汽車電子電氣設計的未來依存于更明確的功能驅動設計，進一步的結構優化，以及更加廣泛實施的行業標準的采用，例如AUTOSAR(汽車開放系統架構)。

AUTOSAR標準

作為AUTOSAR組織中唯一的EDA公司，MentorGraphics正在積極參與和協助開發面向汽車設計的開放標準。這樣的標準將進一步帶動電子電氣設計的迅速增長。

在汽車電子電氣設計的發展進程中，AUTOSAR標準的采用很可能會是一個重大的轉折點。AUTOSAR是一個OEM廠商(整車廠商)和第一級汽車供應商的行業大連盟，旨在通過協同工作，開發和建立汽車電子電氣結構開放工業標準，這樣的標準將充當未來應用和標準軟件模塊中面向功能管理的基礎設施和架構。最主要的目標是提供標準軟件API，通過這種方式確保采用一些可交換的組件來開發嵌入式軟件，這種模式類似于今天的硬件組件。

X—by—wire(線控技術)

汽車中X—by—wire系統(線控轉向、線控制動等)的增加進一步加劇了機電組件和子系統設計問題的復雜性，也增加了標準化API接口和設計實現的危險程度。對于X—by—wire系統來說，汽車廠商必須確保與關鍵平臺功能相關的義務和責任的實現，因此真實強大的系統仿真就變得十分關鍵。為X—by—wire設計實施完善徹底的虛擬原型和驗證，是確保系統和組件可靠性以及安全性的根本，只有如此，才能避免陷入成本昂貴的質量責任索賠。

目標功能優化

汽車設計中，系統功能的網絡化比重在穩步上升。網絡復雜度的提升對確定性的設計創建、仿真和分析都提出了強烈的需求。研發廠商目前在機電一體化系統仿真、車載網絡設計、與系統級設計技術接口、硬件軟件協同驗證和協同建模等方面都有了突破性的進展，并且得到了汽車行業的高度認可。

Mentor的汽車電子電氣領域解決方案

FPGAAdvantage／ExpeditionPCB板級系統設計技術

Mentor公司研發的部件級設計技術可為交通運輸業提供服務，如IC／ASIC／SoC芯片設計技術、FPGA$~計技術、PCB設計技術以及嵌入式軟件設計技術等。為實現從設計到維護的產品生命周期全過程的高效率管理，行業對流程、方法學以及工具的需求也在不斷提升。Mentor公司迅速研發出了大量新技術和新產品，幫助汽車廠商從容應對爆炸性增長的復雜汽車電子電氣設計挑戰。

Volcano通信技術

VOlcano是面向車載網絡的自動化設計工具，支持車載網絡結構設計，提供面向車載網絡實際應用的目標應用軟件IP包，以及支撐實際應用中CAN和LIN通訊所需的軟件模塊，支持多種總線系統的分析(包括CAN、LIN、MOST等)，為汽車軟件、網絡測試以及認證提供確定性的“架構正確”的方法。

SystemVision

SystemVision是連接多個領域(機械、電氣及控制等)并且支持}昆合信號模型的系統級設計和分析技術。支持多種抽象層次(包括概念、功能、結構以及部件級)的建模和仿真；全面支持VHDL—AMS、SPICE以及c語言，從而實現機電一體化系統部件的虛擬整合；與Matlab／Simulink之間的接口支持更高層次的系統仿真。

Capital Harness System(CHS)

CHS是Mentor公司獨特的線纜線束設計解決方案，提供電氣分布式系統設計、仿真分析、設計數據以及管理變更、工程化以及生產分析和支持、系統集成等功能。

嵌入式軟件解決方案

Mentor公司提供全面的嵌入式軟件解決方案：高層次模型驅動的結構設計技術支持完全的代碼生成；提供系統級仿真與原型工具；提供調試與性能分析工具；所有技術都整合在基于Eclipse單一的IDE環境之中，并且具有互操作性；提供包括RTOS以及完善的中間件在內的軟件IP包。

結語

功能電子化、控制智能化、連接網絡化成為汽車產業不變的追求。汽車電子電氣已經成為汽車產業中最重要的核心技術，目前EDA廠商已為復雜高性能的汽車電子電氣設計研發出一整套先進的產品、技術、流程和方法學。在汽車產業中，應用全新的設計技術將構成未來電子電氣設計的新景象。(end)