通過與Enclustra公司合作，MicroNova公司在為汽車環(huán)境和其他市場的電子控制單元（ECU）開發(fā)最先進的硬件在環(huán)（HiL）測試系統(tǒng)方面一直處于領(lǐng)先地位。除了高質(zhì)量、高可靠性和高性能之外，Enclustra設(shè)備系列的外形尺寸兼容性也被證明是降低成本、減少工作量和縮短時間的關(guān)鍵所在。

MicroNova介紹

MicroNova公司總部位于德國，旗下的NovaCarts品牌專門對電子控制單元（ECU）開發(fā)HiL測試系統(tǒng)。該公司在汽車環(huán)境和其他行業(yè)擁有超過35年的服務(wù)經(jīng)驗，其用于電動汽車和其他電動交通應(yīng)用的ECU測試解決方案是市場上最先進的解決方案之一。通過確保人與機器之間的無縫信息交流，公司的400名技術(shù)精湛的技術(shù)專家正在塑造未來的交通方式。MicroNova使用 Enclustra模塊化系統(tǒng) (SoM) 組件來提高其模塊化NovaCarts HiL測試系統(tǒng)的可擴展性和性能。

NovaCarts Component Test Rack (CTR)

NovaCarts 元件測試機架 (CTR)

虛擬化車輛進行HiL測試可在所有組件完成之前對他們的ECUs進行驗證，從而縮短新車推向市場所需的時間。此外，它還允許汽車原始設(shè)備制造商全面模擬各種可以想象到的情況，甚至是那些駕駛實體車輛超出其運行規(guī)范的情況，從而降低成本和風險。如果個別ECUs未能通過持續(xù)數(shù)天的測試，則可以診斷出錯誤的根本原因，并且對ECU固件進行修正和重新驗證后再集成到車輛中。

MicroNova的HiL測試系統(tǒng)可加快對控制現(xiàn)代豪華汽車的多達100個ECU 的測試和驗證。這些系統(tǒng)通過創(chuàng)建車輛及其環(huán)境的虛擬復制品，模擬由3000 至4000個傳感器和執(zhí)行器組成的信號和狀態(tài)。這些信號包括簡單的模擬和數(shù)字信號，也包括復雜的脈寬調(diào)制（PWM）信號和高速傳感器協(xié)議。同時，它們還運行動態(tài)模型來模擬車輛的電機、電池和周圍物理環(huán)境（如路況）等一切。

由于它們與實際車輛及其環(huán)境具有極高的保真度，因此測試工程師可以使用 MicroNova系統(tǒng)將車輛ECU直接集成到其提供的模擬硬件和軟件環(huán)境中，從而全面驗證車輛ECU的正常運行和故障模式。在最佳情況下，ECU應(yīng)該無法識別它們是連接到測試系統(tǒng)還是真實車輛。

客戶面臨的挑戰(zhàn)

模擬車輛的所有控制單元、軟件和硬件功能，以及與環(huán)境并行的電子設(shè)備，并通過SPI 以MHz級零延遲輸出數(shù)據(jù)，這超出了當今標準微控制器和軟件的容量和處理能力。因此，MicroNova一直在尋找一種替代解決方案，既能滿足延遲和精度方面的挑戰(zhàn)性要求，又能進行定制，以應(yīng)對各種高度特定的任務(wù)。MicroNova決定使用基于Enclustra FPGA SoM的解決方案來解決所有難題。

現(xiàn)代豪華汽車的計算復雜性不斷提高，這對MicroNova用于測試和驗證控制這些汽車的ECU的解決方案提出了更高的技術(shù)要求。為了精確復制車輛及其物理環(huán)境，使其與模擬的真實系統(tǒng)無異，他們的測試系統(tǒng)需要不斷跟上技術(shù)的高速演進。

MicroNova NovaCarts測試臺的龐大規(guī)模增加了額外的挑戰(zhàn)。由于它們可以包含多達數(shù)千個I/O，要使所有SoM模塊順利協(xié)同運行，就必須開發(fā)一個上層軟件架構(gòu)。此外，由于他們的測試解決方案被設(shè)計為長期使用的產(chǎn)品，MicroNova需要一個面向未來的解決方案，不僅能為客戶提供購買時所需的高性能I/O板，還能讓他們?nèi)菀椎貙τ布M行擴展，以滿足不斷演進的技術(shù)環(huán)境。

解決方案

MicroNova在評估了自行開發(fā)芯片解決方案的成本和工作量后，決定從外部采購FPGA，用于驅(qū)動構(gòu)成其解決方案的I/O板，從而使開發(fā)人員能夠?qū)Ｗ⒂诤诵臉I(yè)務(wù)。最終，他們選擇了Enclustra基于FPGA的系統(tǒng)模塊組件（SoM）作為解決方案的核心，因為這些組件具有高性能和靈活性。

NovaCarts Cell Simulation Board (NC-BEB1000)

NovaCarts 單元模擬板 (NC-BEB1000)

同一系列模塊的外形尺寸兼容性提供了所需的可擴展性，而無需花費成本和時間從頭開始重新設(shè)計解決方案。此外，開箱即用的標準接口（如以太網(wǎng)）簡化了解決方案的開發(fā)。

最初，MicroNova的設(shè)計基于Enclustra的Mars ZX3 Xilinx Zynq 7020 All Programmable SoC模塊。隨后，他們將設(shè)計升級到Mars XU3 Xilinx Zynq UltraScale+ MPSoC模塊，從而輕松提升了性能和容量。目前，他們正在將其設(shè)計遷移到Mercury SoM系列，以滿足新興需求。

火星Mars XU3核心板上視圖

Franz Dengler

Seniorexperte Software und Systeme Hardware in the Loop

"Enclustra設(shè)備系列的外形尺寸兼容性使我們能夠輕松地擴大和縮小解決方案的規(guī)模，而無需進行大量的開發(fā)工作"。

成果

MicroNova使用Enclustra的模塊化系統(tǒng)解決方案為輸入/輸出（I/O）板提供核心技術(shù)已有8年時間，他們利用這些板組裝了HiL測試系統(tǒng)。如今，MicroNova的NovaCarts解決方案中使用的每塊I/O板都以Enclustra SoM為核心，該解決方案可為客戶提供多達數(shù)千個I/O的可擴展測試系統(tǒng)?；贓nclustra Marx ZX3和Mars XU3 SoM的開發(fā)經(jīng)驗，MicroNova目前正在開發(fā)使用Mercury模塊系列的下一代I/O板。

該公司的產(chǎn)品組合目前包括約15塊獨立的I/O板，采用Enclustra基于FPGA的系統(tǒng)模塊組件，這些組件經(jīng)過優(yōu)化，可模擬特定類型的功能。他們的大型測試系統(tǒng)由40至50塊I/O板組成，如下方框圖所示。

通信架構(gòu)基于以太網(wǎng)，實時運行。操作員PC控制著實時計算機，模擬模型在計算機上實時運行。實時計算機從ECU執(zhí)行器讀取數(shù)據(jù)，并將模擬傳感器的數(shù)值寫入IO板。精確度可達一毫秒。

Franz Dengler

Seniorexperte Software und Systeme Hardware in the Loop

"盡管面臨芯片危機帶來的挑戰(zhàn)，Enclustra 在我們的解決方案開發(fā)過程中一直是非常可靠的合作伙伴。當我們遇到問題時，他們總能提供支持，不論是在業(yè)務(wù)方面，還是在技術(shù)方面，以實現(xiàn)我們的目標"。