时间：2023-04-08 11:45:59
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OSEK/VDX规范从实时操作系统（Real-TimeOperatingSystem,RTOS）、软件接口、通讯和网络管理等方面对汽车的电子控制软件开发平台作了较为全面的定义与规定。将OpenSystemsandtheCorrespondingInterfacesForAutomotiveElectronics规范简称为OSEK规范。
兼容OSEK/VDX规范的操作系统应用架构
OSEK/VDX标准包括以下四部分：OSEK/VDX操作系统规范（OSEKOperatingSystem，OSEKOS）,OSEK/VDX通讯规范（OSEKCommunication，OSEKCOM）,OSEK/VDX网络管理规范（OSEKNetworkManagement，OSEKNM）以及OSEK/VDX实现语言（OSEKImplementationLanguage，OSEKOIL）。采用符合OSEK/VDX标准的嵌入式实时操作系
统可以提高产品代码的复用率、降低开发成本、缩短产品开发周期。使用兼容OSEK/VDX标准的嵌入式实时操作系统的应用架构如下图所示。
2．OSEK/VDX任务管理
OSEK/VDX将任务分为基本任务和扩展任务。基本任务具有3种状态：运行状态、就绪状态、挂起状态；扩展任务比基本任务增加一个等待状态。基本任务只在开始和结束时才有同步点。扩展任务运行时可能进入等待状态，因此不仅在开始和结束有同步点，而且运行过程中可能有多个同步点。下图所示的是扩展任务与基本任务的状态转化图。
OSEKOS规范规定的任务类型
3。OSEK实现语言规范
为了达到软件可移植的目标，OSEKOIL规范（OSEKImplementationLanguageSpecification）定义了一种配置和使用OSEK应用的方法。下图表示了一个遵守OSEK规范的应用开发过程。OIL文件可以是手写的或者是系统配置工具产生。
基于OSEK规范的应用开发过程
OIL提供一种在特定CPU中配置OSEK应用的机制。每个CPU对应一个OIL描述。所有的OSEK系统对象用OIL对象来描述。OSEK应用的OIL描述是一组OIL对象的组合。CPU是这些OIL对象的容器。OIL明确地为每个OIL对象定义了所有标准属性。每个OSEK应用可以定义附加地特殊执行属性和引用。每个OSEK应用可以限制每个属性的取值范围。
4．车控电子产品的开发流程
车控电子产品是软硬件结合的嵌入式系统。为了节约资源，缩短产品开发周期，一般应采取软硬件同步开发的方案。车控电子产品的开发工具对软硬件的同步开发、调试提供了很好的支持。车控电子产品的软件开发分为功能描述、软件设计、代码生成、操作系统环境下高级调试等步骤。车控电子产品的硬件开发分为硬件描述、硬件设计、硬件调试等步骤。当软件设计完成后，通过使用相应的工具，完成在虚拟ECU平台上的验证。当硬件设计完成后，与硬件一起进行软硬件集成调试。通过这种开发方式，缩短了产品上市的时间。
软硬件并行的开发方案
5．车控电子产品软件开发流程
汽车车控电子产品软件开发流程是“V”形开发流程。“V”形开发流程分为五个阶段，即功能设计、原型仿真、代码生成、硬件在回路仿真－HIL、标定。
在功能设计阶段使用的主要工具是MATLAB。通过使用MATLAB提供的Simulink、Stateflow等工具，完成控制方案的设计、功能模块的设计、控制算法的设计等任务，并进行初步的仿真模拟工作。在原型仿真阶段使用的主要工具是dSPACE。使用dSPACE提供的快速控制原型－RCP工具完成离线的仿真工作。在开始该阶段之前，需要使用RealTimeWorkshop、Targetlink等工具完成由Simulink、Stateflow等产生的代码向标准C代码的转换工作。
6．车控电子产品代码生成过程
在进行向标准C代码的转换的过程中，可以根据需要加入符合OSEK规范的嵌入式实时操作系统。在代码生产阶段使用的主要工具是CodeWarrior。通过使用CodeWarrior提供的编译器、调试器等工具，完成从标准C代码向目标硬件平台上的产品代码的转换工作。下图表示了车控电子产品的代码生成过程。
技工教育的人才培养目标就是培养适合企业、行业需要的应用型技能人才，职业技能的培养是教学的重中之重。传统的教学方式，是把书本知识灌输给学生后，再进行实习实训，这样的教学方法易造成理论与实践的脱节，明显不适合职业教育的规律和特点。因此，要贯彻“理论与实践相融合”的教学思想，探索实施适合职教规律的“教、学、做一体”的教学模式。在教学实施的过程中，要求教师必须具备“双师”素质，并了解和掌握汽车维修企业生产和管理流程，将企业的工艺、方法和技术及时地传授给学生，这对学生了解企业，实现与即将从事的职业或岗位“零距离”对接大有裨益。
二、实训场地与行业标准对接
教学场所采用一体化教室，在便于开展教学的同时，要注重实训场地的设置与汽车维修行业生产实景平台相一致。如在车速表检测实训中，采用标准型滚筒式车速表试验台，速度测量装置、速度指示装置和速度报警装置的配备应与汽车安全检测线设备相一致。学生在实训的过程中，应按照实际检测操作规程，先对车速表试验台和被测车辆进行检测前的准备工作，再对被测车辆进行检测，试验结束后，应对现场进行整理和清洁。实训场地的建设按照行业标准进行，不仅能够满足学生的技能操作实训，而且可以进行职业技能培训与鉴定，对技工院校实行双证书制度提供了硬件支持。
三、学历证书与资格证书对接
为了适应我国的就业准入制度、职业资格证书制度、劳动预备制度，深入贯彻落实“双证书”制度是目前技工院校人才培养的主要模式，坚持学历教育与职业资格取证并重，学生在校期间必须取得相关的职业资格证书，否则不予毕业。对于学习汽车电子技术方向的学生，要求其必须取得汽车维修电工四级职业资格。为了方便学生取证，提高取证率，学校应把取证工作与教学工作有机结合，即把取证培训的内容作为课堂教学的内容。
四、考核评价与实习就业对接
打破传统的一张试卷定成绩的考核评价方式，探索多元化教学评价体系，将学生的学习能力、团队协作能力、沟通能力和表达能力纳入评价，通过对教学过程的督查、信息采集、评价、反馈等措施，建立自我完善、自我约束的质量监控体系，并将考核成绩记入学生档案。在学生顶岗实习和毕业就业的安排过程中，依据学生综合素质的考核与评价，优先推荐和安排优秀学生。
五、小结
当今汽车电子技术已经运用在现代汽车电器电路运行及维修等领域，汽车技术和电子技术的结合也已经成为推动汽车工业和电子技术产业发展的重要力量。
2汽车电子技术领域新技术的发展应用趋势
2.1智能传感器技术
随着人民群众的需求发展，智能化传感器技术亟待普及。具体来讲，未来的汽车传感器应具有模拟和处理信号的功能、对信号放大和处理的功能、较强的抵抗外部电磁干扰的能力、自动进行校正功能等。
2.2多媒体娱乐与智能通讯系统
现阶段，随着智能交通系统的发展，信息通信技术和计算机网络技术应用的普及，交通指挥中心和司乘人员之间的通信已经很通畅，未来更多的应用将在网络导航、行车指南、无线因特网以及汽车与家庭等外部环境的互动和远程救援等方面开展。汽车逐步将变成移动的工作和休闲娱乐场所。
2.3安全防护技术
安全防护设计软硬件两个方面。硬件安全性从耐高低温、耐电击、耐火花、阻燃等方面考虑，质量监控是主要手段。软件方面，软件漏洞的隐患与后果，如功能的缺失、安全威胁等。对车辆电子控制安全造成的威胁，主要从局部物理、远程和内部电子三个方面考虑。
3汽车电子技术的应用领域展望
（1）汽车整车系统总体控制。各功能单元通过总线进行通信，传输信息，接受中央控制单元的指令并执行特定的功能，使车辆行驶功能控制达到最佳水平。系统化还使汽车制造核心技术同时重视硬件和软件，由技术成熟者牵头各相关企业制定切实可行的通信协议，使得技术实力弱势的中小企业围绕强势的大公司，促使行业整体良性发展。
（2）功能模块化。各种技术进行系统集成化，使得汽车零部件产品功能模块化，便于企业之间采购和组装。以统一标准进行模块的集成和接口，标准化的配套和整车制造工艺统一，有利于产品质量得到有效控制。汽车电子技术应用于各个功能模块，使得所有功能模块协调控制，统一服务于整个车辆。电子零部件企业承担的职责将越来越大，汽车零部件产业在整个汽车工业中的作用和地位将越来越重要。
（3）高配成为标配。汽车电子技术新产品的应用变得普及。经过近些年的发展，实际应用。在未来汽车电子控制技术在汽车上将作为标准配置被使用。先如今，轮胎智能压力监测系统（TPMS）与ABS、安全气囊并称为汽车三大安全系统，仅在奥迪A8、宝马7系/5系、奔驰S/E系列等高端车型中作为标准配置。在电子技术的发展和人民大众对汽车安全性的重视之下，不久的将来，这些东西很快会成为所有汽车的标准配置。现如今ABS已经普及。
（4）传感器技术的应用。在汽车的电子控制过程中，传感器技术的应用已经有了一定的基础。当前我国在高档车辆上开始逐步使用传感器技术用于辅助的驾驶防撞。另外在汽车驾驶考试过程中，传感器技术在考试各关键评分环节应用，但是在普通的民用环节还缺少物美价廉的更多产品。传感器相关产品必将在汽车电子技术相关产品的应用过程中起到较大作用，以促进车辆驾驶的智能化。
（5）“云计算”技术在自动驾驶领域应用。目前IT技术已经发展到了云时代。“云计算”可以把局部信息处理共享处理。未来汽车驾驶和控制突破“传感器-避障-目标-方向盘”的传统固有模式，使实现“目标-电子控制-方向盘-自动驾驶”完全有可能。而且“云计算”将大大提高导航功能，降低出行者在陌生地区出行的压力。
4结束语
市场上ESP已在拓展自己的领地。在欧洲，2005年大约40的新注册车辆配备了ESP，在高档车上，ESP已经成为了标准配置，中档车上的装配率也迅速提高，在紧凑型车上装配率稍低。北美和日本的ESP装配率上升也很快。在中国，目前ESP的装配率还比较低，但是可喜的变化正在显现，以往通常只在高档车上才装配ESP，而今年上市的新车东风雪铁龙的凯旋一汽大众的速腾和上海通用的君越都配有ESP。
ESP的结构及控制原理
汽车电子稳定程序控制系统，英文缩写为ESP（ElectronicStabilityProgram）。虽然不同的车型，往往赋予其不同的名称，如BMW称其为DSC，丰田、雷克萨斯称其为VSC，而VOLVO汽车称其为DSTC，但其原理和作用基本相同。
ESP系统由电子控制单元（ECU），方向盘转角传感器，轮速传感器，横摆角速度传感器，横向角速度传感器及液压系统组成，ESP除了具有ABS和TCS的功能之外，更是一种智能的主动安全系统。
ESP的ECU通过高度灵敏的传感器时刻监测车辆的行驶状态，并通过计算分析判定车辆行驶方向是否偏离驾驶员的操作意图。ESP能立刻识别出危险情况，并提前裁决出可行的干预措施使车辆恢复到稳定行驶状态，ESP的干预措施包括对车轮独立的施加制动力；在特殊工况对变速箱的干预措施；通过发动机管理系统减小发动机扭矩。
ESP三大特点
1．实时监控：ESP能够实时监控驾驶者的操控动作、路面反应、汽车运动状态，并不断向发动机和制动系统发出指令。
2．主动干预：ABS等安全技术主要是对驾驶者的动作起干预作用，但不能调控发动机。ESP则可以通过主动调控发动机的转速，并调整每个轮子的驱动力和制动力，来修正汽车的过度转向和转向不足。
3．事先提醒：当驾驶者操作不当或路面异常时，ESP会用警告灯警示驾驶者。换句话说ESP实际上是一种牵引力控制系统，与其他牵引力控制系统比较，ESP不但控制驱动轮，而且可控制从动轮。如后轮驱动汽车常出现的转向过多情况，此时后轮失控而甩尾，ESP便会刹慢外侧的前轮来稳定车子；在转向过少时，为了校正循迹方向，ESP则会刹慢内后轮，从而校正行驶方向。
P研究的关键技术
ESP系统的开发有赖于以下几个关键技术的突破。因此科研人员要在以下几个方面多下功夫，争取研究开发出更加完善和优化的ESP系统。
1．传感技术的改进
在ESP系统中使用的传感器有车辆横摆角速度传感器、横向加速度传感器、方向盘转角传感器、轮速传感器等，它们都是ESP中不可缺少的重要部件。提高他们的可靠性并降低成本一直是这方面的开发人员追求的目标。随着价格低廉的微机械（Micro—Machined）加速度和横摆角速度传感器的出现，为这项技术的广泛应用创造了一定的条件。
2．体积小质量轻及低成本液压制动作动系统的结构设计
这方面BOSCH公司在ESP系统中采用的结构有一定的代表性，其液压作动系统由预加压泵PCP（PrechargePump）压力产生装置（PressureGeneratorAssembly）液压单元HU5.0所构成。
3．ESP的软硬件设计
由于ESP的ECU需要估计车辆运行的状态变量和计算相应的运动控制量，所以计算处理能力和程序容量要比ABS系统大数倍，一般多采用CPU结构。而ECU软件计算的研究则是研究的重中之重，基于模型的现代控制理论已经很难适应ESP这样一个复杂系统的控制，必须寻求鲁棒性较强的非线性控制算法。
4．通过CAN完善控制功能
ESP的ECU（电子控制单元）与发动机、传动系的ECU通过CAN互联，使其能更好地发挥控制功能。例如自动变速器将当前的机械传动比、液力变矩器变矩比和所在档位等信息传给ESP，以估算驱动轮上的驱动力。当ESP识别出是在低附着系数路面时，它会禁止驾驶员挂低档。在这种路面上起步时，ESP会告知传动系ECU应事先挂入2档，这将显著改善大功率轿车的起步舒适性。
目前国外，特别是欧洲，越来越多的车型已将ESP系统作为其标准配置，国内一些中高档车型也逐渐将其作为标准配置。据报道，2004年中国新车的ESP系统装备率为3，欧洲的新车装备率为35。2005年欧洲出产新车ESP装备率达到40，中国达到4。ESP正在向一般的商用车及重型卡车普及，多家商用车生产厂商和重型卡车生产厂商正在推出带ESP系统的车型。现在正是欧美汽车工业界推广应用ESP系统的时期，国内也正处于迅速的推广普及阶段。
可以预见，ESP汽车安全产品不久将成为多款中、高档轿车和其它车型的标准配制，掌握ESP技术，就掌握了竞争未来汽车安全技术的主动权。所以攻克ESP设计的理论与关键技术，对提高国产汽车的自主开发能力、缩短与发达国家的差距具有重要的现实意义。它将为我国汽车工业的繁荣发展以及促进其它相关工业的繁荣发展起着重要作用，并能带来巨大的社会效益和经济效益。
生产企业
1.学生对“职业核心能力”的认识和理解。
在关于“您是否非常清楚什么是职业核心能力”问卷调查中，回答“不清楚”的，在校学生占73%，在企业中实习或已工作的学生占53.3%，说明了学生在校期间接触这方面的训练比较少，对职业核心能力并没有认识和理解，学校缺乏专门的培训。在关于“您觉得是否需要着重培养自己的职业核心能力”中，选择“非常需要”的，在校学生占44.4%，在企业中实习或已工作的学生占80%；选择“需要”的，在校学生占55.6%，在企业中实习或已工作的学生占20%；选择“不怎么需要”和“不需要”占0%，这说明学生非常渴望职业核心能力的培养。
2.学生对自身的能力和职业发展前景的认识。
在“您是否非常清楚自己应该往哪些职业方向去发展？”问卷调查中，选择“是”的在校学生占33.3％，在企业中实习或已工作的学生占73.3％，选择“不太确定”在校学生66.7％，在企业中实习或已工作的学生占26.7％。在“您觉得自己在校培养的职业核心能力与出来社会工作所要求的（不管专业是否对口）是否有区别？”，在校学生93.7％选择有区别，在企业中实习或已工作的学生的98.7％选择有区别。学生认为影响自己职业发展的主要不足之处，选择人数最多的一项是“缺乏信息处理能力”，第二多的是“专业知识和专业技能不足”，排在第三位的是“缺乏创造力”。在关于“您认为从事您想做的工作所最需要的职业核心能力是什么”问卷调查中，排在第一位的是“沟通能力”，其次是“团队合作能力”，再次是“创新能力”。这些说明大多数学生对自己将来的职业发展方向认识不清楚，对将来从事的工作所需的职业核心能力也不明确。可见职业核心能力方面的学校培训对于高职学生有很重要的意义。
3.学生对职业核心能力培养方式的反馈。
在“目前学校对学生职业核心能力培养的主要方式是什么”问卷提问中，选择“理实一体、工学结合教学”在校学生占57.1％，选择“职业指导课”占22.2％，选择“参加相关社团活动”占19％，选择“听讲座”占11.1％，选择“参加招聘会”占6.4％。在“在校期间哪些活动对您成长帮助最大”问卷提问中，选择“参加社会活动（如寒暑假社会实践、公益活动等）”在校学生占49.2％，选择“各种社团活动”占35％。可见“，理实一体、工学结合教学”和“社会活动（如寒暑假社会实践、公益活动等）”是目前高职院校学生职业核心能力培养的主要途径。
二、用人单位对汽车电子技术业毕业生的评价调研
评价调研的对象是2010年、2011年、2012年、2013年毕业的汽车电子技术专业学生，评价的内容包括“对毕业生思想、道德、文化、心理、身体素质的综合评价”、“对毕业生业务、职业技能、实践能力等的综合评价”、“本专业毕业生能力、素质的主要缺陷”“、对我院人才培养工作的建议”。调研结果表明：汽车电子专业中高素质技能型人才无论是数量和质量上均处在严重紧缺的状态，已成为制约行业发展的瓶颈；在调研过程中我们注意到，在企业内很多人都担任了不同的工作角色，几乎所有企业都喜欢既懂技能又懂管理，专业知识面广，一专多能，具有一定社交能力和组织协调能力的专业人才。汽车电子技术应用行业需要的是掌握了一定专业知识、动手能力强的技能型人才，特别对高素质综合技能型人才要求比较高，现在的企业对人才的综合素质也提出了很高的要求，从思想素质到职业道德及人文素质都提出了较高要求。
三、高职汽车电子技术专业学生核心能力培养的措施
智能交通系统（IntelligentTransportSystem,简称ITS），通过建立起一种包括信息技术、电子控制技术、数据通讯传输技术以及计算机处理技术等多项先进技术的集成智能系统，并将其应用于交通运输管理体系中，从而实现全面、科学、实时、高效地对交通运输进行综合管理的目的。利用ITS系统能够对行人、道路及车辆进行综合管理和统一指挥，实现交通运输管理的规范化与统一化，对交通安全问题的控制具有很大的促进作用，使得行驶车辆的事故率得到控制并在一定程度上提高了交通安全系数。
2汽车电子监测关键性技术分析
在智能交通系统中主要汽车电子技术、传感器及监测系统三各部分作用于汽车电子监测，下面对前两项关键性技术进行简要分析：
2.1汽车电子技术
随着社会科学技术水平的提高，真空管、集成电路、晶体管等技术的发展促进了计算机信息技术电子装置的发展进程并扩大了其应用范围。电子技术在汽车中的应用也逐渐受到了国内外汽车行业的重视，自动优化控制技术、机电一体耦合技术以及电子技术等综合交叉使得小系统商品的发展已逐渐专业化和成熟化。
2.2传感器
传感器即转换器，通过以转换行驶车辆电子设备之外信号的方式能够有效实现将非电量转化为电量并进行监测的目的，最终使得电能形态被转换。由于传感器具有获取电子设备外信息的功能并实现对行驶车辆安全性能的监测，其作为汽车电子监测的关键性技术使得汽车能够实现电子化、自动化及高档化。通过利用传感器的优势从设计角度出发，对汽车行驶过程中的参数进行控制监测，能够有效降低汽车燃耗及安全故障的发生率。同时将传感器与微电脑信息处理功能相结合使其在汽车电子监测技术中具有关键性的作用。传感器设置的数量一般都会以汽车的整体设计情况、软硬件的配置以及机械结构的差异为依据，在其尺寸、形成及价格等方面进行调整。传感器的使用通常会受到较为严格的要求，由于汽车在行驶中需要适应各种环境条件，环境温度的变化、路面状况及异常气候等因素都会使汽车受到温度变化的考验，因此传感器的设计必须达到抗震、温度耐受性、耐水及抗电磁干扰等要求。
3在ITS系统中对汽车电子监测技术的设计
电子数据的采集方案设计作为ITS系统中汽车电子监测技术的设计首先需要考虑的问题，通常会以ITS系统的功能为前提对数据采集的时间间隔进行合理设置，并对相关信号获取的设备对象信息进行采集，从而保证数据采集方案设计的科学合理性，这一方式即程序轮询式数据采集。此外，还需采取必要手段对采集的数据信息进行相关处理，从而保证系统能够及时对数据信息进行处理以及信号来源设备的级别。例如，在设计过程中应优先对汽车的安全系统、刹车系统等进行数据采集。汽车电子监测系统以车载嵌入计算机系统为主要实现方式，对其进行设计时应保证整体系统的可靠性、实时性与灵活性。监测系统主要包括数据采集、处理及信息传输与执行三个模块，并以下图所示的具体流程进行工作。其中数据采集模块是通过集合红外线、传感器、超声波、摄像机及激光雷达等技术从而实现对汽车行驶中的路面情况进行监测，同时能够对有行驶路线发生变化等因素造成的异常及故障问题进行快速反映，并收集汽车全局信号对其各项数据信息进行采集。通过利用傅里叶对采集数据信息进行分析和判断，使得故障诊断就有合理的参考依据。
4结语
汽车电子技术专业的学生毕业后将进入汽车电子、汽车服务等领域，就职于汽车生产、维修、销售和售后服务等企业单位，从事汽车电气系统的安装、调试、维修、设计、技术支持和生产管理等工作。开办专业之初，我们选择了本地22家汽车相关企业进行调研。根据调研数据，对于汽车电子专业的高职毕业生，83%的企业比较重视电工电子专业基础知识，94%的企业认为高职生应具备汽车电子技术的检测、实验、维修与技术知识与技能，超过60%的企业强调了软件使用、设备维护、电工电子、汽车车身电控技术，而且十分重视汽车检测与诊断能力。根据调研结果，基于就业面向岗位的需求，汽车电子技术专业确立了四大专业核心能力目标：汽车电气性能检测能力、汽车电气系统拆装调试能力、汽车电气系统故障处理及检修能力、汽车电气系统辅助设计能力。
2专业课程体系确立
本专业课程的设置，以满足市场对汽车电子人才的实际需求为出发点，以基本素质和现代技术运用能力培养为主线，强调专业的适应性。专业教学课程体系将新的学习领域课程体系按通识课程（公共基础课程）、专业必修课程（含专业支撑课程、专业核心课程）、专业拓展课程、课外实践环节等进行划分，形成本专业课程体系框架。课程体系中通识课程、专业支撑课程和专业核心课程这三个课程群，分别对应着公共基本素质、专业基本技能、专业特色能力这三个能力层次，专业课程群又分为专业支撑与专业核心两个递进的层面。“通识课程群”的教学目的是，让学生掌握并具备专业学习需要的基本素质；“专业核心课程群”的教学目的是，培养学生掌握必要的、能适应岗位需要的1～2项具有明显特色的专业技能；“专业支撑课程群”是教学的重要一环，在整个专业教学中起到了承上启下的作用，它既需要学生一定的素质作保证，又为后续的专业技能学习提供专业技术的支持。
3电路分析与实践课程的内容重构与教学设计
3.1课程内容重构
电路分析与实践课程作为专业支撑课程，如何支撑？课程必须为后续专业学习与实践奠定扎实的理论分析能力基础和实践操作能力基础。课程内容如何构建？是继续按照传统的电路分析知识体系还是按照岗位需求构建项目化内容体系？一成不变肯定不可取，基于既定的课程体系，项目式教学又宜在后续专业核心课程中展开。故课程最终形成情境化的案例教学内容，整合原模电、数电、电路分析等多门课程内容，每个教学情境中既有普适的专业基础知识铺垫，又加入了汽车真实电路案例，将电路分析能力的培养融于各任务中，将实践应用能力的培养融于各任务的实践环节中。课程教学内容分为8个情境，23个任务，教学内容的选取与本专业岗位需求紧密结合，每个情境任务的展开都将所学习的电路专业知识应用到汽车相关应用的分析与实践上。这样的对教学内容的处理，使教学目标明确，学生能学以致用，极大地激发学生学习的热情，提高课堂教学质量与效率。
3.2课程教学设计
为强化学生岗位能力和职业素质的培养目标，课程在教学方法、评价方法等方面进行了新的尝试。
（1）教学方法与手段上的设计。
采用问题教学法。在教学过程中，针对采用的教材中内容较多，而教学课时相对较少的实际情况，以能力为中心，采用问题教学法，首先通过提出问题，或虚拟演示、或动画演示、或实际器件和电路的测试作为课程的引入，然后介绍其工作原理、特性等相关理论，再回到实际中来验证学到的理论。这样把学生置身于一个“提出问题——解决问题——实践验证”的情景之中，把教师知识传输“教”的过程转化为学生不断地解决问题“学”的过程。综合运用多种教学手段。积极寻找网络资源，采用多媒体教学、计算机虚拟技术等教学手段。开放实验室、专业机房，除课内基本要求实验以外的实验、实践教学内容，要求学生在课外自由地完成，有利于让学生的个性得到充分发挥。利用EWB等分析和设计软件的强大功能，将其引入教学过程中，作为电子工作平台来加强理论教学和实践教学的无逢连接。在讲解各种电路时，利用电子工作平台可以用其给出的各种虚拟的仪器和器件进行连接、仿真和测量，或进行各种现场演示。
（2）评价方法的设计。
合适的教学方法可使教学效果事半功倍。除了刚开始强调本门课的重要性以及告诉学生学习方法之外，教师要充分发挥智慧，运用各种教学方法随时调动学生的学习积极性并学有所成。在六年的《汽车电工电子基础》教学过程中我用到的行之有效的方法主要有以下几种：
（一）案例情景教学法
每讲一个新的知识点之前，不急于把核心内容一股脑儿抛给学生，先举案例，比如在讲《电磁现象及其应用》章节之前，给学生做个继电器（常开和常闭）实验，给线圈通电，另一条路通过灯泡演示其通断情况。在学生惊奇的叫声中提问：“继电器在汽车电路中起什么作用？”对学生的回答进行点评并告诉学生继电器在汽车电路中是随处可见的，比如点火继电器、起动机继电器、风扇继电器等等，他们的作用都是一样的，就是以小电流控制大电流，保护开关触点。有了这个案例，在跟学生讲授有关电磁现象的知识，学生就不会觉得很突然，而且学习积极性也大大提高了。
（二）项目教学法
项目教学法是一种以学生自主探索为基础，采用科学研究及实践方法，促进学生主动接受知识的教学方式。教师应将需要解决的问题或任务以项目的形式布置给学生，以小组协作方式，在教师指导下由学生自己按照工作的完整程序，共同制定计划，团体协作完成整个项目，使学生理解和把握专业知识和相关技能，培养分析和解决问题的能力，以及团体协作精神。《汽车电工电子基础》有很多章节可以利用项目教学法，比如在讲电动机与发电机这一章节，将学生分成5组，每组8个学生，每组分配一台汽车起动机与发电机，课时安排是三次课，六课时，让学生完成几个问题：1.通过调研、查资料，说出电动机与发电机在汽车上的应用有哪些（1课时）？2.通过自学、拆卸起动机与发电机、查资料，弄清楚起动机与发电机各部分名称及工作原理（3课时）。3.分析电动车窗、雨刮、鼓风机、门锁电路的工作原理（2课时）。组织每组学生通过合作、分工完成任务，每组派一个代表叙述任务完成情况、同组其他成员可以补充，根据每组完成的情况给予点评、评分，指出任务完成情况及不足，对于回答错误的给予纠正。最后总结并指出本章重要知识点。在学生完成任务的过程中，学生是主角，教师是配角，是向导和顾问，引导学生如何在实践中发现新知识、掌握新内容。实践证明，项目教学法能最大限度调动学生的学习积极性，提高了学生的理论水平和实操技能，增强了学生的自信心和成就感，培养了学生合作、解决实际问题的能力，达到了人才培养的目标。项目完成后，95%以上的学生都觉得任务很有挑战性，完成后很有成就感。
（三）课堂互动
课堂互动是调动学生学习积极性另一个很重要的方法，如果是传统的“满堂灌”，学生很容易走神，特别是跟不上的同学，很可能就趴着睡觉或玩手机。所以随时调动学生的学习积极性很重要，教师除了对重点、难点知识点要讲清、讲慢之外，可通过个别提问、小组讨论、做习题、小测等形式考查学生的学习情况，对于表现好的同学给予加分奖励并记入平时分，最大限度调动学生学习热情。对于表现差的学生课后应及时谈话，如果是知识点没掌握，应单独辅导，如果是情绪不对，应给予足够的关心及帮助，确保每个同学都能掌握最基础的知识。
（四）实践教学
合理的安排实践教学环节能够巩固学生对所学知识点的理解、增强他们的信心。《汽车电工电子基础》实验安排共20课时，除了一些认识和验证性实验之外，我还安排了一些创新性实验，如让学生利用二极管的单向导电性自己设计一个整流器并进行焊接实验、利用门电路设计一个简单的抢答器并说明其工作原理等，可提高学生的动手能力和解决实际问题的能力。
二、成绩考核与评价
成绩考核与评价是检验学生学习成果的一个重要环节。成绩考核与评价办法在一定程度上决定了学生对该部分的重视程度。比如实验分数如果比例很低，那么学生对实验可能就不够重视；同理，平时纪律分如果不强调，可能会使学生养成拖拉的习惯等等。因此期末成绩构成要合理，既要达到大纲人才培养要求，也要有一定的灵活性。我们学院《汽车电工电子基础》总共80学时，其中理论课60学时，实践课20学时。期末成绩构成是平时考核占50%，期末考核占50%，平时分包括平时作业及表现25%，实验实训15%，考勤10%（旷课超过总课时三分之一不能参加期末考试及补考）。加大考勤分的比例是为了让学生养成不迟到、不早退、不随意旷课的良好学风，有了学风的保证学生学习才有保障。
三、结论
Keywords:automotiveelectronics,reconfigurablecomputing,reconfigurable-logicdevice,dynamicreconfigurabletechnology.
1引言
汽车历经百余年的发展，其机械结构已经达到了近乎完美的程度，业界对汽车机械性能的改善已经很难再有更大的提升空间。为了提高汽车的可靠性、功能性和舒适性，电子技术在汽车上被广泛应用。电子技术与机械结构的结合，被认为是当前汽车技术发展过程中的一次“革命”。
汽车电子技术是汽车设计中的核心技术。汽车电子化的程度是衡量一个国家汽车工业发展水平的重要标志。汽车的设计者利用汽车电子技术开发新的车型，把它作为改善和提高汽车整体水平所采用的最重要的技术方案；汽车制造商则通过加快汽车电子化的进程，把增加汽车电子装置的数量等措施作为汽车的新卖点和夺取未来汽车市场的最重要手段。目前在国际上的中、高档轿车的设计中，汽车电子产品平均已经占到了汽车制造成本的27。这个数字还在不断创造新高。据英飞凌（Infineon）公司预测，到2010年用于轿车上的汽车电子装置的支出平均将占到整车制造成本的50。而在我国，每辆汽车的平均汽车电子设备应用比例要比国际水平低5.5倍[1>。汽车电子技术的发展与应用是目前我国汽车产业进步所面临的一大契机和挑战。
可重构计算技术成形于上个世纪九十年代中期[2>。如图1所示，其主要思想是利用可重构逻辑器件（如FPGA）的可重构特性，通过不同的器件配置文件来改变器件实现的功能，从而能够以硬件的性能灵活实现多种应用。可重构计算技术避免了微处理器计算模式因为取指、译码等步骤导致的性能损失，同时也消除了专用集成电路（ASIC）计算模式因为前期设计制造的复杂过程带来的高代价和不可重用等缺陷。可重构计算技术目前已经应用在了很多领域，如目标匹配、大数值运算等等，都取得了非常好的效果。
图1：微处理器、可重构计算、专用集成电路等三种计算模式的比较
汽车电子产品有着很多特殊的需求，而可重构计算作为一项新兴的技术，具有的高性能、高灵活性、低开发周期、低成本等特征非常适合于汽车电子领域的应用。
2汽车电子领域的需求分析
从1950年美国通用公司开创了将半导体技术应用于汽车制造领域的先河—将晶体管收音机安装在汽车上开始，汽车电子产业历经50多年的发展，目前已经形成了功能多样化、技术一体化、系统集成化、通信网络化、技术标准化等技术特征。当前，汽车电子技术已经进入了优化人-汽车-环境的整体关系的研究阶段。汽车在满足安全、节能、环保的同时，将进一步满足人们生活的需要，向舒适、便利、高效、数字化、信息化和智能化方向发展。
汽车电子技术主要有两个大的应用领域：一个是汽车电子控制系统，另一个是车载汽车电子装置[3>。其中，汽车电子控制系统是机械和电子相结合的汽车电子产品，它的工作状况会直接影响到汽车的性能。而车载汽车电子装置则是可以在汽车环境下独立使用的电子装置，它的性能好坏并不影响汽车的性能。相比之下，汽车电子控制系统的设计与开发涉及到了机械和电子两个学科领域，这两部分的研发要协同进行，所以整个过程比较复杂。车载电子装置是IT行业中的应用在汽车领域的扩展，种类较多，例如遥控中央门锁、车载电话、后座娱乐系统、GPS导航系统、车载计算机等等。这些产品因和整车的性能无关，可以独立地进行开发，所以和汽车电子控制系统相比，在开发的环节上比较简单。
汽车电子领域对电子技术发展的主要需求有如下几个方面：
·性能高。目前在汽车电子产品中对性能要求最高的部分是车内的信息娱乐系统。一个信息娱乐系统可能包括多通道音频系统、DVD播放器、GPS导航系统以及免提移动电话等等。这些子系统中涉及到的功能（如视频处理等操作）需要强大的信号处理能力，对性能要求极高。另外，随着汽车主动安全理念的深入人心，新的汽车安全系统开始采用图像、视频和雷达处理，同时引擎和刹车控制系统也将采用更复杂的计算控制策略，计算量庞大的实时运算将在应付突发事件的时候发挥重要作用。这也给相关的汽车电子产品的处理能力提出了挑战。
·灵活性强。汽车的设计者和制造商都面临的一个严峻问题是必须保证汽车电子设备的寿命与汽车的寿命相匹配。汽车电子设备的生命周期很短，不断出现的新兴的汽车标准以及标准本身的不断变化进一步导致选择标准时必须考虑到其寿命、灵活性以及被接受的广泛程度。为了保证汽车电子产品能够紧跟汽车产业的发展，就要求汽车电子产品具有相当的灵活性使其能够根据需求做适时的改动。在当前各种新的技术标准层出不穷，而业界又缺乏占据有绝对优势的标准的时候，对汽车电子技术的这一需求显得尤其重要。
·可靠性高。汽车作为一类特殊的产品，经常会工作在恶劣的环境下，这对应用在其中的电子产品的可靠性提出了严格要求。电子产品的精密性使它成为影响整车可靠性、安全性的重要因素。特别是在汽车电子控制系统中，高温的工作环境往往会给电子产品带来损伤，这极大地增加了整车的危险性。这就要求电子产品能够抵御住恶劣工作环境的干扰，同时具有适当的容错能力，能够在受到部分损伤的时候将其造成的影响降到最低。
·开发时间短。尽量缩短新车型新产品的研发时间是汽车设计者和制造商追求的目标之一。图2显示出在汽车电子产品方面的新技术研发周期是非常短的。这就要求汽车电子技术的研发需要有方便快捷的开发平台，并且在技术研发上有延续性和可复用性，尽量缩短开发时间。特别是在车载汽车电子装置的研发中，因为它们与汽车本身的性能无关，所以更可以不受到整车其它部分研发进展的约束，需要在尽量短的时间内开发出适合需要的产品。
·成本低。汽车产业对价格的影响十分敏感。价格是决定汽车产品竞争力的重要因素之一。选用合适的技术、材料和器件对汽车工业的发展起着举足轻重的作用。随着汽车电子产品在整车成本中所占份额的增加，尽量降低这部分电子产品的成本是一个极为关键的问题。
图2：汽车领域项目创新周期和开发时间示意图[4>
以上我们讨论了在汽车电子领域对电子产品技术的一些基本需求。除此之外汽车电子产品还需要尽量降低能耗以及减少占据的空间等。
3可重构计算技术在汽车电子领域的应用前景
在当前的汽车电子产品中，大量使用了微处理器和专用集成电路实现关键功能。可重构计算技术的出现为汽车电子产品提供了另一个高效灵活的选择。
可重构计算技术的发展主要依赖于可重构逻辑器件技术和动态重构技术的发展。随着半导体技术的进步，目前商用的可重构逻辑器件在单片上已经可以集成数以百万计的基本逻辑门单元和其它各种复杂的计算逻辑，甚至有的高端器件上已经集成了多个微处理器核进一步加强器件的计算能力[5>。这为原来只是用于实现简单的胶合逻辑和原形系统设计的可重构逻辑器件能够逐步占领计算系统的核心地位提供了基本支持。动态重构是当前可重构计算技术的研究热点之一，它是指在不影响当前系统正常运行的前提下，将可重构逻辑器件上的部分资源配置为新的功能，从而提高资源利用率和增加系统性能。动态重构是可重构技术的发展方向，目前主要集中在如何减少器件重构开销、优化资源调度等方面的研究上。
与传统的采用微处理器和专用集成电路的汽车电子产品相比较，利用可重构计算技术的汽车电子产品具有以下优点：
·可重构计算技术能够高效实现特定功能。可重构逻辑器件上都是硬连线逻辑，它是通过改变器件的配置来改变功能的。器件的配置信息一旦被加载，整个系统就可以以硬件的性能大大加快功能的实现。汽车电子产品中那些计算量庞大的功能，典型的例子如视频处理，其核心算法是定点数据上的算术密集型信号处理操作。经过研究发现，这些操作是适合在可重构逻辑器件上高效实现的。将可重构逻辑器件用于加速核心算法的执行，再补充另外的微处理器与之耦合用于执行辅助功能，如输入、输出等操作，是很好的可重构计算系统的构建方式。目前已经有多个利用可重构计算技术的高效的视频处理系统，并已经在汽车电子领域广泛使用[6>。
·可重构计算技术能够通过动态改变器件配置来灵活满足多种功能需求。动态可重构特性使得同一可重构逻辑器件能够满足不同的设计需求，这一点是传统的专用集成电路计算模式不能够达到的。汽车电子产品不同于一般的电子产品，它受到了很多因素的束缚。例如车型的限制，采用相同基本设计的同一款汽车会有经济型、标准型和豪华型等不同型号。这就要求针对不同的型号都要有相应的电子产品支持。为每个型号的汽车都分别设计专门的计算核心单元和电路的代价是高昂的，可重构计算技术就可以消除这个障碍。汽车设计者可以仅开发出一款运用了可重构逻辑器件的原型系统，然后根据不同的车型要求灵活地将可重构逻辑器件配置为相应的功能。另外，由于在业界缺少占有绝对优势的标准，采用何种技术标准也是设计者必须解决的难题。例如，当前车上总线就有LIN、CAN、MOST等多种标准共存，不同标准的技术参数都有很大差异，为了使这些总线标准间不发生冲突，就可以考虑利用可重构逻辑器件作为各标准间的桥接逻辑。
·可重构计算技术适合恶劣工作环境下的应用。当前的可重构计算技术已经经受住了很多极端工作环境的考验，例如NASA的“勇气”号和“机遇”号火星车上就使用了大量可重构逻辑器件。在汽车应用领域，温度会给汽车电子产品带来最大的损伤。业界最高的节点温度是150摄氏度，而用于恶劣环境下的可重构逻辑器件的特殊封装足够保证系统在此情况下的正常运行。利用可重构逻辑器件的另一个优势是不需要微处理器必需的散热系统，大大减少了电子产品占据的空间。另外可重构逻辑器件具有的大量的冗余可重构逻辑资源，使得当器件的某些区域被破坏的时候，系统可以使用动态重构技术自动避开这些区域同时利用周边的其它逻辑资源组合替代该区域被破坏的功能。
·可重构计算技术具有强大的技术支持来加速产品开发。不同于专用集成电路的设计，可重构计算技术不需要大量的NRE（Non-RecurringEngineering）工作。器件厂商会配合不同的可重构逻辑器件提供相应的开发工具和流程，同时还会提供大量参考设计和IP核以减少设计者的重复劳动并提高设计的可靠性。还有很多技术已经成熟的仿真工具和验证工具可以在设计的各个阶段用于保证设计的正确性，减少了出错返工导致的时间浪费。
·可重构计算技术的使用能够大大降低系统成本。系统成本的降低主要体现在两个部分：一个是在设计过程中，另一个是在运行过程中。目前的车用可重构逻辑器件的单价最低已经降至1.5美元，而且利用它实现应用的开发成本又远远低于专用集成电路。可重构逻辑器件的灵活性使得它不必像专用集成电路一样，一个细微的修改就会导致整个电路的重新设计与制作。同时，在系统运行的时候经过分析可以确定有的功能不会同时被使用，那么设计者就可以考虑利用动态重构技术在不同的需求时段里分别实现这两个功能，做到“一片多用”，节省了资源、空间和成本。
从上面的讨论可以看出，将可重构计算技术应用于汽车电子领域有着很大的优势，是切实可行的技术方案。当前，业界也已经注意到了可重构计算技术的应用前景。
4可重构计算技术在汽车电子领域面临的问题
虽然可重构计算技术当前已经在多个领域取得了长足进展，但是在汽车电子领域具体应用的时候，还会面临很多问题。下面列举几个最典型的问题：
·可重构逻辑器件的选型。目前生产商用可重构逻辑器件的几大厂商：Xilinx，Actel，Altera和Lattice等都已经开始关注汽车电子领域并陆续有产品推出。这些产品的硬件结构、处理能力和市场价格等都各不相同。如何针对应用进行合适的器件选型是一个非常重要的问题。当前的可重构逻辑器件基本都是基于SRAM、Flash或者反熔丝技术。这三种技术各有千秋，其中主流的基于SRAM的器件目前已经具有非常强大的处理能力；基于Flash的器件较少但是性价比较高；基于反熔丝技术的器件不具有多次重构的能力但是可靠性较好。所以针对不同的应用场合进行器件选型需要在对应用和器件信息都非常熟悉的基础上进行。
·可重构逻辑器件上应用的实现。虽然目前已经有多种方法简化了利用可重构计算技术实现应用的开发过程。但是用硬件描述语言或者硬件原理图来设计由可重构逻辑器件执行的应用程序对于大部分应用开发者来说还是陌生和困难的。为了排除软件设计者在软件算法的硬件化实现中碰到的困难，已经有多种类高级语言的硬件描述语言被开发出来，但是这些技术还并不成熟。由EDA软件厂商推出的各种硬件应用设计软件，也还存在着一些局限和缺陷，而且不能够完全发挥出可重构计算技术的威力。这就要求汽车电子产品的设计者务必掌握利用可重构计算技术的设计思想并将其渗透到产品的设计中去。
·可重构逻辑器件的可靠性保证。不同于传统的微处理器和专用集成电路计算模式，可重构逻辑器件是通过改变器件配置来改变功能的。特别是基于SRAM的器件，是由存储在器件上的配置信息来控制器件中各逻辑单元间的硬连线的。因此通过配置端口输入其它的配置信息就可能改变甚至损坏器件的功能，而在以前则不会出现类似情况。为了防范这些问题，就需要在关键电子设备上采用基于反熔丝技术的只能一次重构的可重构逻辑器件或者使用对配置信息加密等方法。
·动态重构技术的研发与使用。虽然动态重构技术在理论上已经有了很大发展，并且有很多原型系统已经被开发。但是由于技术条件限制，目前缺乏具有普适性的研发方法，真正使用在产品上的技术也还有一些不足。这需要业界和学术界协作，针对汽车电子领域的关键应用进行攻关，尽量多地将当前已经成熟的动态重构技术应用在汽车电子产品上，带来高效率、高资源利用率等优势。同时开展对动态重构技术的方法学的研究，为将动态重构技术更广泛地应用在电子产品领域提供技术保障。
