專利名稱：汽車計(jì)算模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種汽車計(jì)算模塊以及一種包括這樣的汽車計(jì)算模塊的汽車計(jì)算系 統(tǒng)。本發(fā)明還涉及這樣的汽車計(jì)算模塊在汽車計(jì)算系統(tǒng)中的使用。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)代汽車中，許多功能通常是由計(jì)算機(jī)控制的。例如，汽車信息娛樂(lè)系統(tǒng)可以包 括讓使用者可以利用眾多的信息和娛樂(lè)功能的計(jì)算機(jī)界面。這樣的功能可包括例如從CD 或DVD播放聲音或圖像文件，運(yùn)行導(dǎo)航軟件以便為車上的司機(jī)提供指引或計(jì)算語(yǔ)音識(shí)別。 隨著近年來(lái)新處理器和新系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的發(fā)展，系統(tǒng)的處理能力已經(jīng)在相對(duì)很短的時(shí)間間隔內(nèi) 得到引人注目的提高并且還將這樣提高下去。性能的顯著提高通?？稍谝坏饺陜?nèi)實(shí)現(xiàn)， 而適合于這些系統(tǒng)的媒體與軟件往往不能在較老系統(tǒng)上播放或執(zhí)行。汽車計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通常為特定類型的汽車配置，并且固定不動(dòng)地安裝在汽車的內(nèi) 部。由于汽車使用期限的范圍長(zhǎng)達(dá)15年甚至超過(guò)15年，汽車的計(jì)算系統(tǒng)將在僅僅經(jīng)過(guò)汽 車壽命的一小部分后就變得過(guò)時(shí)。一旦產(chǎn)品生產(chǎn)線(model line)不再繼續(xù)生產(chǎn)，通常將不 再能夠得到適合于特定汽車的新計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。因此汽車使用者受到他們過(guò)時(shí)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 的約束，并可能不能從計(jì)算系統(tǒng)的近期發(fā)展和改進(jìn)中受益?，F(xiàn)代CPU的技術(shù)周期通常在1-1. 5年的范圍內(nèi)，相比之下，機(jī)動(dòng)車前端單元 (automotive head unit)的標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)周期從最初概念到形成系列產(chǎn)品是在3年的范圍內(nèi)。 這承受了新前端單元在開始其生命周期時(shí)所使用的處理單元已經(jīng)過(guò)時(shí)的風(fēng)險(xiǎn)。進(jìn)一步的問(wèn)題是，在機(jī)動(dòng)車環(huán)境下必須滿足特殊要求?？赏ㄟ^(guò)比如更換處理器來(lái) 升級(jí)的普通計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，通常不能在機(jī)動(dòng)車環(huán)境中使用。首先，計(jì)算系統(tǒng)需要為特定類型 的汽車定制。系統(tǒng)的幾何形狀需要適應(yīng)可利用的安裝空間，并且比如在要交換汽車專用的 信息的情況下，接口需要適應(yīng)特定的應(yīng)用。其次，汽車計(jì)算系統(tǒng)需要滿足非常嚴(yán)格的操作要 求。計(jì)算系統(tǒng)需要在較寬的環(huán)境條件范圍內(nèi)，比如較寬的溫度和濕度范圍內(nèi)，確保故障-安 全操作。由于安裝空間的限制，散熱是另一個(gè)重要問(wèn)題，其妨礙了常規(guī)計(jì)算系統(tǒng)在汽車上的 使用。連接器和安裝器件也必須進(jìn)一步滿足關(guān)于抗振的要求。

發(fā)明內(nèi)容
因此，需要能消除至少一部分以上提到的缺點(diǎn)的改進(jìn)汽車計(jì)算系統(tǒng)。這種需求通過(guò)獨(dú)立權(quán)利要求描述的特征來(lái)滿足，從屬權(quán)利要求則描述了本發(fā)明的 優(yōu)選實(shí)施方案。依據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)方面，提供了適于連接到汽車計(jì)算系統(tǒng)主板的汽車計(jì)算模 塊。汽車計(jì)算模塊包括具有導(dǎo)電通路的電路板、安裝到電路板并至少包括了中央處理單元 (CPU)和主存儲(chǔ)器的計(jì)算組件、設(shè)置在電路板邊緣并適于將電路板連接到主板的邊緣連接 器插口的邊緣連接器，以及由所述邊緣連接器提供的用于連接計(jì)算模塊的多個(gè)接口。汽車 計(jì)算模塊適于在汽車中作為所述汽車計(jì)算系統(tǒng)的主計(jì)算單元操作，并適于為汽車計(jì)算系統(tǒng)執(zhí)行數(shù)據(jù)處理，這些數(shù)據(jù)由汽車計(jì)算模塊通過(guò)接口接收。數(shù)據(jù)處理可由汽車計(jì)算模塊獨(dú)立執(zhí)行，S卩，汽車計(jì)算模塊可相當(dāng)于全功能計(jì)算機(jī)。 作為主計(jì)算單元，模塊可以為汽車計(jì)算系統(tǒng)執(zhí)行大部分的數(shù)據(jù)處理。例如它可以為汽車計(jì) 算系統(tǒng)執(zhí)行至少50%的處理或甚至75%以上的處理，或甚至所有的處理。因此汽車計(jì)算系 統(tǒng)在其主板上可以不包含額外的中央處理單元。汽車計(jì)算系統(tǒng)也可以配備多個(gè)汽車計(jì)算模 塊，來(lái)分擔(dān)處理工作量。由于模塊為汽車計(jì)算系統(tǒng)執(zhí)行主要處理，計(jì)算系統(tǒng)的余下部分可僅 僅執(zhí)行輔助處理功能，這可適用于特殊的機(jī)動(dòng)車環(huán)境。由于使用了邊緣連接器，模塊可很容易安裝到汽車計(jì)算系統(tǒng)的主板。因此，汽車計(jì) 算模塊可替代過(guò)時(shí)的汽車計(jì)算模塊，從而升級(jí)汽車的計(jì)算系統(tǒng)。而可能適用于被安裝到的 特定類型汽車的計(jì)算系統(tǒng)，不需要更換。因此在汽車的整個(gè)壽命期內(nèi)、甚至在新技術(shù)發(fā)展期 內(nèi)，適于汽車的計(jì)算系統(tǒng)的處理能力可一直跟得上時(shí)代。由于汽車計(jì)算模塊適于在汽車中 操作，它可以滿足為機(jī)動(dòng)車組件設(shè)置的嚴(yán)格要求。依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，接口包括快速外設(shè)組件互連(PCIe)接口、通用串行總線 (USB)接口、串行高級(jí)技術(shù)附件(SATA)接口、安全數(shù)字輸入/輸出(SDIO)接口、低電壓差 分信號(hào)(LVDS)以及供電控制接口中的至少一個(gè)。接口還可包括通用異步收發(fā)器(UART)接 口。汽車計(jì)算模塊還可以包括這些接口的組合或者全部。因此汽車計(jì)算模塊可具有以許多 不同方式接收數(shù)據(jù)的能力，并可以作為全功能計(jì)算機(jī)工作。這些接口的規(guī)范可使同種類型 的汽車計(jì)算模塊能夠與不同的適于汽車的計(jì)算系統(tǒng)一起使用。此外，這些接口提供了快速 且可靠的數(shù)據(jù)交換，并確保了與多種外設(shè)組件的兼容性。接口可進(jìn)一步包括調(diào)試與引導(dǎo)(DBP)接口。該DBP接口可具有支持不同代以及不 同供貨商的CPU的能力，而不用更換邊緣連接器的管腳分配。依靠DBP接口，可檢查處理器 的操作并可調(diào)整操作軟件。該DBP接口可以為調(diào)試、軟件升級(jí)和產(chǎn)品測(cè)試提供便利的工具。 由邊緣連接器提供的調(diào)試與引導(dǎo)端口可直接連接到由中央處理單元提供的相應(yīng)接口。因此 可通過(guò)邊緣連接器直接訪問(wèn)處理單元的DBP接口。例如，DBP接口可使用邊緣連接器的至 少四個(gè)管腳。在其他的實(shí)施方案中，DBP接口可使用兩個(gè)或者三個(gè)管腳，這取決于所使用的 處理單元。計(jì)算系統(tǒng)可將DBP接口引入到技術(shù)人員可訪問(wèn)的維護(hù)端口，使得可以在汽車計(jì) 算系統(tǒng)和汽車計(jì)算模塊安裝到汽車內(nèi)部之后執(zhí)行維護(hù)。計(jì)算組件以及包括導(dǎo)電通路的電路板可被適配成滿足汽車內(nèi)部工作的預(yù)定技術(shù) 要求。這樣，可在汽車內(nèi)部工作期間預(yù)防計(jì)算模塊發(fā)生劣化，比如導(dǎo)電通路的腐蝕。預(yù)定技 術(shù)要求可包括例如關(guān)于溫度和/或濕度的技術(shù)要求。電路板可包括一個(gè)或多個(gè)球柵區(qū)域(ball grid areas)，其中電路板可被配置成 使得在電路板的與球柵區(qū)域不同的區(qū)域中，走線到焊盤、過(guò)孔到焊盤以及焊盤到焊盤的距 離大于200 μ m。此外，電路板可包括線寬(string width)至少為IOOym的阻焊層。關(guān)于濕熱的機(jī)動(dòng)車技術(shù)要求可被滿足。通過(guò)這樣的布置，可以避免導(dǎo)電通路發(fā)生 腐蝕或?qū)щ娡分g發(fā)生不希望的連接，比如由冷凝(condensation)導(dǎo)致的這些情況。計(jì)算組件和電路板可適于使計(jì)算模塊能夠工作在-40°C到70°C的溫度范圍內(nèi)，優(yōu) 選在-40°C到85°C之間(環(huán)境溫度模塊)。為了實(shí)現(xiàn)這樣的操作，可能需要限制計(jì)算組件的 放熱。模塊可包括模塊蓋子，并且至少一部分計(jì)算組件可通過(guò)熱電橋耦合到模塊蓋子，使得模塊蓋子對(duì)于連接到其上的計(jì)算組件起到散熱器的作用。模塊蓋子可適于連接到計(jì)算 系統(tǒng)的外殼或者機(jī)械框架。它也可以作為計(jì)算系統(tǒng)的機(jī)械部件?？梢虼讼捎?jì)算組件產(chǎn) 生的一部分熱量。作為熱橋，可使用熱傳導(dǎo)墊(pad)或者熱傳導(dǎo)膏(paste)。例如，可為熱 耗散至少為0. 5W且至多為3-6W的組件配備熱橋，并且這些組件可連接到模塊蓋子。可為熱功率損耗超出預(yù)定閾值的計(jì)算組件配備適于耦合到汽車計(jì)算系統(tǒng)的外殼 的熱橋。通過(guò)耦合到外殼，對(duì)于這些器件的散熱可更為有效。預(yù)定閾值可位于例如3W到6W 的范圍內(nèi)。還可采納用于消除產(chǎn)生的熱量的其他裝置。例如，可為CPU配備集成散熱(IHS) 外殼。這樣的HIS可提供一個(gè)大的表面用來(lái)散熱。各個(gè)計(jì)算組件可被適配成在操作中具有小于7W的熱功率損耗。因此，可限制由汽 車計(jì)算模塊產(chǎn)生的熱量。邊緣連接器可包括用于至少兩個(gè)不同工作電壓的連接，第一工作電壓位于2. 5和 3. 5V之間的范圍內(nèi)，且第二工作電壓位于4. 5和5. 5V之間的范圍內(nèi)。例如可提供3. 3V和 5V的電壓。在汽車計(jì)算模塊上可由工作電壓產(chǎn)生更多的電壓，例如在0. 1-2. 5V之間范圍內(nèi) 的核心電壓(core voltages)。計(jì)算組件可進(jìn)一步包括北橋和南橋或者組合的南/北橋、時(shí)鐘發(fā)生器，以及本地 電壓轉(zhuǎn)換器。時(shí)鐘發(fā)生器和電壓轉(zhuǎn)換器可通過(guò)單芯片方案組合起來(lái)。計(jì)算組件可進(jìn)一步 包括閃存。北橋也可以集成在中央處理單元內(nèi)。當(dāng)然也可以提供更多組件，例如圖形芯片 (graphics chip)，和類似組件，或者功能單元可組合到例如一個(gè)芯片中，諸如專用集成電 路(ASIC)或系統(tǒng)控制器。電路板可以是高密度互連(HDI)板或插入式封裝技術(shù)(THT)板，具有至少六層，優(yōu) 選地具有八到十層。汽車計(jì)算模塊可具有的尺寸在80X80mm到120X 120mm之間，具有的 高度取決于計(jì)算組件和板上提供的散熱器件。邊緣連接器可具有200-250條管腳。此外，接口可包括通用輸入/輸出(GPIO)接口，該接口適于特定類型的汽車計(jì)算 模塊或汽車計(jì)算系統(tǒng)。可為這些接口分配不同功能，這取決于例如汽車計(jì)算模塊是被用于 新近的還是較老的汽車計(jì)算系統(tǒng)、或汽車計(jì)算模塊配備的是哪種類型的處理器或芯片組。汽車計(jì)算模塊可包括用于將計(jì)算模塊牢固地附著到邊緣連接器插口或主板的固 件。該固件可包括例如計(jì)算模塊電路板的螺孔，以及用于在計(jì)算模塊與邊緣連接器插口和/ 或汽車計(jì)算系統(tǒng)的主板之間形成螺栓連接的螺栓。特別是，電路板和邊緣連接器插口之間 可建立螺栓連接。邊緣連接器插口可被硬化，以增加機(jī)械強(qiáng)度。這些措施對(duì)于機(jī)動(dòng)車應(yīng)用 是特別有利的，在機(jī)動(dòng)車應(yīng)用中計(jì)算模塊易遭受很高的加速度和振動(dòng)。依據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種汽車計(jì)算系統(tǒng)，其包括具有面向汽車組件的 接口和用于接收邊緣連接器的邊緣連接器插口的主板，并進(jìn)一步包括上面提及的汽車計(jì)算 模塊，其中汽車計(jì)算模塊適于通過(guò)邊緣連接器連接到所述主板。利用這樣的汽車計(jì)算系統(tǒng)， 可實(shí)現(xiàn)與以上描述相類似的優(yōu)點(diǎn)。依據(jù)實(shí)施方案，汽車計(jì)算系統(tǒng)是一種適用于被安裝到特定類型的汽車上的與汽車 有關(guān)的系統(tǒng)，而汽車計(jì)算模塊是一種標(biāo)準(zhǔn)化汽車計(jì)算模塊，這種標(biāo)準(zhǔn)化汽車計(jì)算模塊適合 用于適合不同類型汽車的多個(gè)不同汽車計(jì)算系統(tǒng)。這樣的汽車計(jì)算系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)，即 能針對(duì)特定類型的汽車被優(yōu)化，同時(shí)通過(guò)使用標(biāo)準(zhǔn)化計(jì)算模塊仍可以相對(duì)較低的成本生產(chǎn)。此外，汽車計(jì)算系統(tǒng)的計(jì)算模塊可簡(jiǎn)便地升級(jí)。特別是，形狀因素、汽車計(jì)算系統(tǒng)的連 接器和/或接口可被適配成適應(yīng)特定類型的汽車。主板可進(jìn)一步包括現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)、專用集成電路(ASIC)或用于控制 汽車計(jì)算模塊的啟動(dòng)和/或通信的微控制器。FPGA或ASIC可例如對(duì)面向汽車計(jì)算模塊的 GPIO接口進(jìn)行適配和配置?？蓪⑦吘夁B接器插口形成為使得主板與汽車計(jì)算模塊的電路板的距離在2mm到 9mm之間范圍內(nèi)，優(yōu)選地在6到8mm。這樣汽車計(jì)算模塊可在兩側(cè)都裝備有計(jì)算組件。汽車計(jì)算系統(tǒng)可選自包括汽車信息娛樂(lè)系統(tǒng)、汽車多媒體系統(tǒng)、汽車導(dǎo)航系統(tǒng)、汽 車控制系統(tǒng)和集成汽車計(jì)算系統(tǒng)的組，其中集成汽車計(jì)算系統(tǒng)合并了以上提及的兩個(gè)或更 多個(gè)系統(tǒng)。主板面向汽車的接口可包括控制器局域網(wǎng)(CAN)接口、本地互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)(LIN)接口， 和媒體導(dǎo)向系統(tǒng)傳輸(MOST)接口中的至少一種。主板可被配置為將這些接口之一接收的 數(shù)據(jù)傳送到汽車計(jì)算模塊，以便進(jìn)行處理。本發(fā)明的再一個(gè)方面涉及在汽車中使用以上提及的其中一個(gè)汽車計(jì)算模塊來(lái)執(zhí) 行汽車計(jì)算系統(tǒng)的處理功能。如上所述，在汽車上使用這樣的汽車計(jì)算模塊是有益的，因?yàn)?該汽車計(jì)算模塊允許汽車計(jì)算系統(tǒng)升級(jí)。此外，僅需要為適用于不同類型的汽車的一系列 計(jì)算系統(tǒng)提供一種類型的汽車計(jì)算模塊。可以理解，在不偏離本發(fā)明的范圍的情況下，以上所提到的和那些將在后續(xù)解釋 的特征不僅可以以已指出的各組合方式來(lái)使用，還可以以其他組合方式使用或單獨(dú)使用。


通過(guò)結(jié)合附圖閱讀以下對(duì)所示實(shí)施方案的詳細(xì)描述，本發(fā)明前述的和其他的特點(diǎn) 及優(yōu)點(diǎn)將變得更加顯而易見。附圖中同樣的附圖標(biāo)記指示同樣的元件。圖1是說(shuō)明依據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的汽車計(jì)算模塊的示意性框圖；圖2是說(shuō)明依據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的汽車計(jì)算系統(tǒng)的示意性框圖；圖3是依據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的汽車計(jì)算系統(tǒng)的示意性側(cè)視剖面圖。
具體實(shí)施例方式以下對(duì)實(shí)施方案的描述僅為了說(shuō)明的目的而給出，而不應(yīng)以限制的意思來(lái)理解。 附圖只作為表意性圖示，圖中的各元件不必要彼此按比例地畫出。而是，不同元件的圖示選 擇成使得各元件的功能和一般目的對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)變得顯而易見。各實(shí)施方案 中對(duì)圖中所示的功能塊或單元的劃分并不要解釋為表示這些單元必須作為物理上分離的 單元來(lái)實(shí)施，而所示出或描述的功能塊或單元都可實(shí)施為分離的單元、電路、芯片或電路元 件，但一個(gè)或多個(gè)功能塊或單元也可在共同的電路、芯片、電路元件或單元中實(shí)施。圖1示出了依據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的汽車計(jì)算模塊100。模塊100包括在模塊的邊 緣上提供的邊緣連接器101。邊緣連接器101包括許多個(gè)管腳109，并適于裝入邊緣連接器 插槽中，該邊緣連接器插槽安裝在汽車計(jì)算系統(tǒng)的主板上。邊緣連接器包括200-250個(gè)管 腳，比如230個(gè)管腳，當(dāng)模塊被插入邊緣連接器插槽中時(shí)這些管腳接觸相應(yīng)的導(dǎo)電元件。管 腳的中心到中心距離或管腳間距可以在0. 4到0. 6mm之間，比如0. 5mm，這可以避免相鄰管腳之間發(fā)生不希望的接觸。因此可以滿足關(guān)于汽車計(jì)算模塊可以工作時(shí)的濕度的要求。邊緣連接器101提供了許多面向汽車計(jì)算模塊100的接口 105。接口 105包括快 速外設(shè)部件互連(PCIe)接口、通用串行總線(USB)接口、串行高級(jí)技術(shù)附件(SATA)接口、 安全數(shù)字輸入/輸出(SDIO)接口、低壓差分信號(hào)(LVDS)接口、通用異步收發(fā)器(UART)接 口、以太網(wǎng)接口和兩個(gè)為模塊供電的接口(3. 3V和5V)。需要清楚的是這些接口中的一些是 可選的，例如UART和以太網(wǎng)接口，而且還可提供更多接口，例如顯示I2C接口(displayI2C interface)、視頻接口、SM總線接口、SPI接口、多個(gè)通用輸入/輸出(GPIO)接口、供電控制 接口以及類似接口。下面的表1示出了依據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的汽車計(jì)算模塊的接口配置的 例子，并在表的第二列中指出了所提供的各個(gè)接口的個(gè)數(shù)。
供電控制5RESET IN/0UT#, WAKE#，SUS_STAT#， P0WER_0N其他10VER_TEMP可為每個(gè)接口分配邊緣連接器的一個(gè)或多個(gè)管腳。例如，可為調(diào)試和引導(dǎo)端口 (debut/boot port,DBP)接口 108分配五到十個(gè)管腳。GPIO接口可例如用于使模塊適應(yīng)于 在模塊100上使用的特定中央處理單元(CPU) 102。通過(guò)提供以上提到的接口，即使生產(chǎn)出 包括了新一代處理器或來(lái)自不同供貨商的處理器/芯片組的模塊，仍可保持接口配置，因 此確保了汽車計(jì)算模塊100與汽車上安裝的汽車計(jì)算系統(tǒng)的兼容性。因此，在汽車整個(gè)壽 命期間，汽車上安裝的模塊都可升級(jí)為新版本的模塊。汽車計(jì)算模塊100可進(jìn)一步包括北橋(northbridge)以及南橋(southbridge)，北 橋通常提供存儲(chǔ)控制器，南橋通常為余下接口提供輸入/輸出控制器。南橋可以例如包括 USB控制器。圖1的實(shí)施方案中，模塊100包括組合的南/北橋104。南/北橋104可例如 以單芯片形式的解決方案來(lái)提供，比如系統(tǒng)控制器，它也可包括圖形處理功能。其他的配置 當(dāng)然也同樣有可能，北橋例如可集成在CPU 102中。其他類型的輸入/輸出(1/0)集線器 也可以被使用。南/北橋104與主存儲(chǔ)器103相連，主存儲(chǔ)器103可以是隨機(jī)存取存儲(chǔ)器 (RAM)。時(shí)鐘發(fā)生器107與南/北橋104相連，也可與CPU 102相連。需要清楚的是，可提 供若干分離的時(shí)鐘發(fā)生器來(lái)為汽車計(jì)算模塊100的不同組件產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)。CPU 102可以 是單核或多核的處理器。模塊100進(jìn)一步包括電壓轉(zhuǎn)換器106，電壓轉(zhuǎn)換器106由通過(guò)邊緣連接器提供的 電壓生成核心電壓，比如用于CPU 102的工作電壓。應(yīng)該清楚的是，電壓轉(zhuǎn)換器106可包括 分布在模塊100上的物理上分離的多個(gè)單元。模塊100配備了 5V和3. 3V的電源軌系統(tǒng) (powerrail system)，以便實(shí)現(xiàn)優(yōu)化的負(fù)載分布。單電源軌系統(tǒng)也有可能被采用?？蛇x地， 3. 3V備用電源軌同樣是可用的。電壓轉(zhuǎn)換器106可產(chǎn)生一系列核心電壓，例如1V、1.5V、 1. 8V......以及2. 5V的電壓。調(diào)試/引導(dǎo)端口(DBP)接口 108是位于模塊100上的芯片組的專用調(diào)試和引導(dǎo)端 口接口的通用表示形式。模塊100的DBP接口 108可連接到模塊100所附著的汽車計(jì)算系 統(tǒng)的主板的調(diào)試邊緣連接器。該連接可以不改變管腳分配并獨(dú)立于模塊上使用的CPU而發(fā) 生。通過(guò)主板上的調(diào)試邊緣連接器和模塊100的邊緣連接器101，可直接訪問(wèn)CPU 102的 DBP0與CPU專用接口的適配可以用板外工具(off-board tools)來(lái)執(zhí)行，板外工具可連接 到調(diào)試邊緣連接器。例如，對(duì)于intel芯片組，LPC總線可被分配給DBP，而對(duì)于Renesas芯 片組，可使用與HUDI接口相同的信號(hào)。利用DBP概念，可以在支持具有不同調(diào)試接口的不 同處理單元/芯片組的同時(shí)提供標(biāo)準(zhǔn)化的接口管腳的分配。即使模塊100被安裝到汽車計(jì)算系統(tǒng)，通過(guò)DBP接口可以簡(jiǎn)便地執(zhí)行軟件調(diào)試和 固件升級(jí)。由于汽車計(jì)算系統(tǒng)通常安裝在狹小有限的空間內(nèi)，最有利的方法是通過(guò)邊緣連 接器101和主板的調(diào)試邊緣連接器將模塊芯片組的調(diào)試和引導(dǎo)端口直接引出，使得不必卸 下計(jì)算系統(tǒng)便可以從外部訪問(wèn)該調(diào)試和引導(dǎo)端口。當(dāng)然，汽車計(jì)算模塊100可包括未在圖1中示出的其他組件。例如，可包括用于執(zhí)行圖形處理的附加的圖形芯片、用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的閃存或NAND閃存，以及類似的組件。閃存 或NAND閃存也可以置于主板上并通過(guò)邊緣連接器101來(lái)訪問(wèn)。其他存儲(chǔ)介質(zhì)，例如硬盤驅(qū) 動(dòng)及類似介質(zhì)也可以被置于或連接到計(jì)算系統(tǒng)的主板，并通過(guò)邊緣連接器101來(lái)訪問(wèn)，例 如使用SATA接口。由于可用來(lái)安裝汽車計(jì)算系統(tǒng)的空間有限，模塊100的維度也受到限制。模塊的 長(zhǎng)度和寬度可在80 X 80mm到120 X 120mm的范圍內(nèi)，比如模塊可以具有80 X 11 Omm的尺 寸。模塊100可包括多層電路板，該多層電路板可使用高密度互連(HDI)或插入式封裝技 術(shù)(through hole technology)來(lái)制造。多層電路板可具有多于六層，優(yōu)選地具有八到十 層。使用HDI電路板，可實(shí)現(xiàn)尺寸上的縮小，并可更容易滿足對(duì)于快速總線系統(tǒng)的關(guān)于信號(hào) 完整性的要求。汽車計(jì)算模塊100被特別地適配成適于在機(jī)動(dòng)車環(huán)境中使用。具體而言，將汽車 計(jì)算模塊適配成適于在不同濕度程度下在-40°C到85°C之間的溫度范圍內(nèi)工作。為實(shí)現(xiàn)在 這樣的高溫下工作，將模塊100的每個(gè)組件適配成產(chǎn)生的功率損耗小于7W。模塊100被配 置為具有的總功率損耗小于30W，優(yōu)選地配置為具有的功率損耗小于20W或甚至小于15W。 模塊100的具有大于0. 5W小于2W的功率損耗的組件耦合到模塊外殼或模塊蓋子(非直接 熱橋)，或直接耦合到汽車計(jì)算系統(tǒng)的外殼(直接熱橋)。組件可配備以高熱傳導(dǎo)的材料，例 如熱傳導(dǎo)塾(heat conducting pad)或熱傳導(dǎo)膏(heat conducting paste)及類似材料。 熱功率損耗特別高的組件，例如CPU102，可配備集成散熱器(IHS)外殼，來(lái)為熱交換提供大 的表面。直接耦合或附加散熱器可用于例如熱功率損耗大于3W到5W的組件。模塊100進(jìn)一步被適配成適于在濕熱條件下工作。在這樣的條件下，可能發(fā)生冷 凝，導(dǎo)致例如由于電路走線(circuit trace)或類似物之間的不希望的連接而使模塊發(fā)生 故障。電路板配置成使得在非球柵區(qū)域(non-ball gridarea)中，走線到焊盤(pad)、過(guò)孔 (via)到焊盤及焊盤到焊盤的距離大于200 μ m。球柵區(qū)域(ball grid area, BGA)是例如 在通過(guò)使用球柵被安裝到電路板的一個(gè)或多個(gè)計(jì)算組件的下面的區(qū)域，例如在諸如處理單 元、主存儲(chǔ)器、控制器、ASIC或其他芯片或集成電路(ICs)這樣的組件的下面。焊盤通常用 于建立到組件的電觸點(diǎn)，同時(shí)過(guò)孔或微過(guò)孔(microvia)用于比如當(dāng)使用多層板時(shí)在電路 板不同層上的走線之間提供電連接?？墒褂媚承╊愋偷钠峄蚩刮g劑，例如阻焊劑，覆蓋電路板外層上的導(dǎo)電通路。電路 板包括線寬(string width)至少為100 μ m的阻焊層(solder mask)。因此可避免在濕熱條件下發(fā)生電流泄漏及其他類型的故障。應(yīng)該清楚的是，圖中 示出的將計(jì)算組件連接起來(lái)的實(shí)線只是連接的示意性代表，而并不代表實(shí)際的走線。CPU 102和南/北橋104可例如具有多條將它們連起來(lái)的走線，這些走線可分布在板120的不同 層上。通過(guò)使用用于除去器件產(chǎn)生的熱量的上述布局和大致配置，可滿足在汽車內(nèi)部操 作汽車計(jì)算模塊100的嚴(yán)格要求。應(yīng)該清楚的是，計(jì)算組件本身，諸如CPU 102和南/北橋 104被適配成適于在上面指出的溫度范圍內(nèi)工作。圖2示出了汽車計(jì)算系統(tǒng)200的示意圖。系統(tǒng)200可以是信息娛樂(lè)系統(tǒng)、汽車導(dǎo) 航系統(tǒng)、汽車多媒體系統(tǒng)或汽車控制系統(tǒng)，或者是上面幾種的組合。該汽車計(jì)算系統(tǒng)可以例 如被安裝到汽車的單DIN或雙DIN尺寸的插槽。汽車計(jì)算系統(tǒng)200包括邊緣連接器插口(socket) 201，計(jì)算模塊100經(jīng)由該邊緣連接器插口 201連接到主板204。根據(jù)配置，插口 可具有不同的高度，比如在5到8mm之間。插口或邊緣卡連接器201包括與汽車計(jì)算模塊 100的邊緣連接器上的管腳相對(duì)應(yīng)的觸點(diǎn)。計(jì)算模塊100的電路板120可被配置為與所用 邊緣連接器插口相匹配的厚度，比如1. 2士0. Imm的厚度。模塊100與邊緣連接器插口 201 之間的連接必須滿足在機(jī)動(dòng)車環(huán)境中使用的要求，比如關(guān)于振動(dòng)的要求。這可以通過(guò)選擇 或適配插槽201以便滿足這些要求來(lái)實(shí)現(xiàn)，比如通過(guò)確保用于接觸邊緣連接器101管腳的 接觸力足夠高來(lái)實(shí)現(xiàn)。此外，計(jì)算模塊100可例如通過(guò)使用螺栓或類似固件來(lái)機(jī)械地固定 到計(jì)算系統(tǒng)200的主板204。因此可以獲得堅(jiān)固的、可分開的連接，使汽車計(jì)算模塊100能 夠被簡(jiǎn)單地拆下或更換。主板204適合于配置了計(jì)算系統(tǒng)200的特定類型的汽車。根據(jù)特定的應(yīng)用，主板 可例如提供一系列的汽車專用接口，諸如CAN、LIN或MOST接口。主板204的面向汽車的其 他組件的接口 203可包括面向車載顯示器、車載輸入單元或車載揚(yáng)聲器的接口，以及面向 諸如GPS、藍(lán)牙天線或者無(wú)線電這樣的天線的接口，或者面向安裝到汽車儀表盤上 或計(jì)算系統(tǒng)面板上的USB連接器的接口。因此，主板204可包括專用的音頻和視頻模擬電 路，比如數(shù)/?；蚰?數(shù)轉(zhuǎn)換器，和類似器件。計(jì)算模塊100的某些接口可直接連接到計(jì)算 系統(tǒng)200的相應(yīng)接口，比如USB接口，或可通過(guò)控制器或其他器件連接。主板204進(jìn)一步包 括主板調(diào)試邊緣連接器形式的DBP接口，其直接連接到模塊100相應(yīng)的DBP接口。于是可 將適配器連接到主板調(diào)試邊緣連接器，使得能夠訪問(wèn)模塊100使用的特定類型的CPU。盡管在機(jī)械外型、連接器和接口方面汽車計(jì)算系統(tǒng)200適用于特定類型的汽車， 但汽車計(jì)算模塊100是一種可連接到一系列不同類型的系統(tǒng)200的標(biāo)準(zhǔn)化模塊。為提供這 樣的互操作性，模塊100和主板204之間的接口被標(biāo)準(zhǔn)化，即，模塊100的接口由邊緣連接 器的預(yù)定管腳提供。當(dāng)為汽車適配系統(tǒng)200時(shí)，不需要改變對(duì)于模塊100的接口，且可采用 標(biāo)準(zhǔn)化的模塊。當(dāng)新一代的處理器和芯片組可用時(shí)，在汽車計(jì)算模塊100上可提供接口轉(zhuǎn) 換器，以便確保與較老的汽車計(jì)算系統(tǒng)的兼容性。DBP的概念提供了可支持來(lái)自不同供貨商 的幾代處理單元的標(biāo)準(zhǔn)接口所需要的靈活性。汽車計(jì)算系統(tǒng)200不僅具有可以相對(duì)低的成 本生產(chǎn)汽車計(jì)算模塊100的優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)槠囉?jì)算模塊100可在大范圍的計(jì)算系統(tǒng)中使用因 此可以被大規(guī)模生產(chǎn)，還具有計(jì)算系統(tǒng)200可簡(jiǎn)便地升級(jí)到最新可用的處理器和芯片組的 優(yōu)點(diǎn)。系統(tǒng)200進(jìn)一步包括控制器202，控制器202可以是FPGA、ASIC或微控制器?？?制器202可用來(lái)使通用輸入/輸出接口適應(yīng)所用的特殊類型的模塊100。在示例的配置中 提供了 16個(gè)GPIO端口，其中13個(gè)端口為了可選的例如被動(dòng)并行模式的FPGA編程而保留。 被動(dòng)串行模塊的編程同樣可行。通過(guò)經(jīng)由GPIO接口對(duì)控制器202編程，使計(jì)算系統(tǒng)200適 應(yīng)所用模塊100的某些調(diào)整變?yōu)榭赡??？刂破?02可進(jìn)一步執(zhí)行對(duì)于計(jì)算模塊100與主板 204之間的接口的控制功能?？刂破?02還可以包括對(duì)于計(jì)算系統(tǒng)200的啟動(dòng)或引導(dǎo)機(jī)制。 應(yīng)該清楚的是，控制器202可包括多個(gè)ASIC、FPGA、微控制器或它們的組合，來(lái)提供以上提 到的不同功能。圖3是汽車計(jì)算系統(tǒng)200的側(cè)視剖面圖。該圖示出了當(dāng)模塊被插入邊緣連接器插 口 201中時(shí)，主板204與模塊100之間的距離。優(yōu)選地，距離選擇成使得模塊100的兩側(cè)上都 可以裝配計(jì)算組件。例如，計(jì)算模塊100的電路板120與主板204之間的距離可調(diào)整到6至8mm之間。計(jì)算組件在圖3中用黑色矩形顯示。如圖所示，模塊100可通過(guò)管腳、嵌釘(stud) 或螺栓或類似固件被機(jī)械地附著到主板204上。模塊100進(jìn)一步包括蓋子(cover) 110。為 了除去來(lái)自計(jì)算組件的熱量，一些組件利用熱傳導(dǎo)墊111或類似裝置熱耦合到蓋子110。其 他計(jì)算組件再次通過(guò)使用熱傳導(dǎo)墊或散熱器112直接耦合到計(jì)算系統(tǒng)200的外殼205。蓋 子110當(dāng)然也可以被熱耦合到外殼205。因此能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)計(jì)算組件的熱功率消耗產(chǎn)生的熱 量的有效去除。 綜上所述，本發(fā)明提供了一種汽車適用的計(jì)算系統(tǒng)，其具有可用于不同的適用系 統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化汽車計(jì)算模塊。通過(guò)使用這樣的標(biāo)準(zhǔn)化計(jì)算模塊，節(jié)省了汽車適用的計(jì)算系統(tǒng) 的開發(fā)和生產(chǎn)的成本。由于可通過(guò)更換模塊簡(jiǎn)便地升級(jí)汽車計(jì)算系統(tǒng)，使用者可在汽車壽 命期間從處理能力的最新改進(jìn)中受益。
權(quán)利要求
一種汽車計(jì)算模塊，用于連接到汽車計(jì)算系統(tǒng)的主板，包括 電路板，其具有導(dǎo)電通路， 計(jì)算組件，其安裝到電路板上，并至少包括中央處理單元和主存儲(chǔ)器， 邊緣連接器，其設(shè)置在電路板的邊緣，并用于將電路板連接到所述主板的邊緣連接器插口，以及 多個(gè)接口，其由所述邊緣連接器提供，用于連接計(jì)算模塊，其中，所述汽車計(jì)算模塊用于在汽車內(nèi)作為所述汽車計(jì)算系統(tǒng)的主計(jì)算單元進(jìn)行操作，并用于為所述汽車計(jì)算系統(tǒng)執(zhí)行數(shù)據(jù)處理，該數(shù)據(jù)由汽車計(jì)算模塊通過(guò)所述接口接收。
2.如權(quán)利要求1所述的汽車計(jì)算模塊，其中所述接口包括快速外設(shè)組件互連接口、通 用串行總線接口、串行高級(jí)技術(shù)附件接口、安全數(shù)字輸入輸出接口、低壓差分信號(hào)接口、通 用異步收發(fā)器接口，以及供電控制接口中的至少一個(gè)。
3.如權(quán)利要求1所述的汽車計(jì)算模塊，其中所述接口包括調(diào)試及引導(dǎo)端口接口。
4.如權(quán)利要求3所述的汽車計(jì)算模塊，其中調(diào)試及引導(dǎo)端口接口由邊緣連接器提供， 并直接連接到所述中央處理單元提供的相應(yīng)的接口。
5.如權(quán)利要求3所述的汽車計(jì)算模塊，其中調(diào)試及引導(dǎo)端口接口使用了所述邊緣連接 器的至少四個(gè)管腳。
6.如權(quán)利要求1所述的汽車計(jì)算模塊，其中所述計(jì)算組件和包括所述導(dǎo)電通路的所述 電路板用于滿足汽車內(nèi)部工作的預(yù)定技術(shù)要求。
7.如權(quán)利要求1所述的汽車計(jì)算模塊，其中電路板包括一個(gè)或多個(gè)球柵區(qū)域，且其中 電路板配置成在電路板的與球柵區(qū)域不同的區(qū)域中走線到焊盤、過(guò)孔到焊盤以及焊盤到焊 盤的距離大于200 μ m。
8.如權(quán)利要求1所述的汽車計(jì)算模塊，其中電路板包括線寬為至少100μ m的阻焊層。
9.如權(quán)利要求1所述的汽車計(jì)算模塊，其中所述計(jì)算組件和所述電路板用于使計(jì)算模 塊工作在-400C到700C的溫度范圍內(nèi)，優(yōu)選地在-400C到85°C的溫度之間。
10.如權(quán)利要求1所述的汽車計(jì)算模塊，其中汽車計(jì)算模塊包括模塊蓋子，該模塊蓋子 用于連接到計(jì)算系統(tǒng)的外殼，并且其中所述計(jì)算組件的至少一部分通過(guò)熱橋耦合到所述模 塊蓋子，使得模塊蓋子對(duì)于與它連接的計(jì)算組件起到散熱器的作用。
11.如權(quán)利要求1所述的汽車計(jì)算模塊，其中熱功率損耗高于預(yù)定閾值的計(jì)算組件配 備了熱橋，該熱橋用于耦合到所述汽車計(jì)算系統(tǒng)的外殼。
12.如權(quán)利要求1所述的汽車計(jì)算模塊，其中各個(gè)所述計(jì)算組件在工作中具有小于7W 的熱功率損耗。
13.如權(quán)利要求1所述的汽車計(jì)算模塊，其中所述邊緣連接器包括用于至少兩個(gè)不同 的工作電壓的連接，第一個(gè)所述工作電壓位于2. 5到3. 5V之間的范圍內(nèi)，且第二個(gè)所述工 作電壓位于4. 5到5. 5V之間的范圍內(nèi)。
14.如權(quán)利要求1所述的汽車計(jì)算模塊，其中計(jì)算組件進(jìn)一步包括北橋和南橋或組合 的南/北橋、時(shí)鐘發(fā)生器和電壓轉(zhuǎn)換器。
15.如權(quán)利要求1所述的汽車計(jì)算模塊，其中汽車計(jì)算模塊包括用于將計(jì)算模塊牢固 地附著到邊緣連接器插口和/或主板的固件。
16.一種汽車計(jì)算系統(tǒng)，包括主板，其具有面向汽車的組件的接口以及用于接收邊緣連接器的邊緣連接器插口，以 及用于通過(guò)所述邊緣連接器連接到所述主板的汽車計(jì)算模塊，汽車計(jì)算模塊包括_電路板，其具有導(dǎo)電通路，“計(jì)算組件，其安裝到電路板，并至少包括中央處理單元和主存儲(chǔ)器，-邊緣連接器，其設(shè)置在電路板的邊緣，并用于將電路板連接到所述主板的所述邊緣連 接器插口，以及“多個(gè)接口，其由所述邊緣連接器提供，用于連接計(jì)算模塊，其中汽車計(jì)算模塊用于在所述汽車中作為所述汽車計(jì)算系統(tǒng)的主計(jì)算單元操作，并用 于為所述汽車計(jì)算系統(tǒng)執(zhí)行數(shù)據(jù)處理，該數(shù)據(jù)由汽車計(jì)算模塊通過(guò)所述接口接收。
17.如權(quán)利要求16所述的汽車計(jì)算系統(tǒng)，其中汽車計(jì)算系統(tǒng)是被安裝到特定類型汽車 上的汽車專用系統(tǒng)，且其中汽車計(jì)算模塊是標(biāo)準(zhǔn)化汽車計(jì)算模塊，該標(biāo)準(zhǔn)化汽車計(jì)算模塊 用于與適合不同類型汽車的多種不同汽車計(jì)算系統(tǒng)一起使用。
18.如權(quán)利要求16所述的汽車計(jì)算系統(tǒng)，其中主板包括現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列、專用集成 電路、或用于控制汽車計(jì)算模塊的啟動(dòng)和/或與汽車計(jì)算模塊的通信的微控制器。
19.如權(quán)利要求16所述的汽車計(jì)算系統(tǒng)，其中邊緣連接器插口被形成為使得所述汽車 計(jì)算模塊的電路板與所述主板的距離在2到9mm之間的范圍內(nèi)，優(yōu)選地在6到8mm之間。
20.如權(quán)利要求16所述的汽車計(jì)算系統(tǒng)，進(jìn)一步包括固件，所述固件被適配并布置成 使得計(jì)算模塊被牢固地附著到邊緣連接器插口和/或主板。
21.如權(quán)利要求16所述的汽車計(jì)算系統(tǒng)，其中汽車計(jì)算系統(tǒng)選自于包括汽車信息娛樂(lè) 系統(tǒng)、汽車多媒體系統(tǒng)、汽車導(dǎo)航系統(tǒng)、汽車控制系統(tǒng)，以及合并了兩個(gè)或更多個(gè)這些系統(tǒng) 的集成汽車計(jì)算系統(tǒng)的組。
22.如權(quán)利要求16所述的汽車計(jì)算系統(tǒng)，其中主板面向汽車的接口包括控制器局域網(wǎng) 接口、本地互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)接口和媒體導(dǎo)向系統(tǒng)傳輸接口中的至少一個(gè)，主板配置成將在這些接 口的其中之一接收的數(shù)據(jù)傳送到汽車計(jì)算模塊以便進(jìn)行處理。
23.在汽車上使用如權(quán)利要求1所述的汽車計(jì)算模塊，用于為所述汽車的計(jì)算系統(tǒng)執(zhí) 行處理功能。
24.一種汽車計(jì)算模塊，用于連接到汽車計(jì)算系統(tǒng)的主板，包括_電路板，其具有導(dǎo)電通路；-計(jì)算組件，其安裝到電路板，并至少包括中央處理單元和主存儲(chǔ)器；-邊緣連接器，其設(shè)置在電路板的邊緣，并用于將電路板連接到所述主板的邊緣連接器 插口，以及-多個(gè)接口，其由所述邊緣連接器提供，用于連接計(jì)算模塊，其中汽車計(jì)算模塊用于在汽車內(nèi)作為所述汽車計(jì)算系統(tǒng)的主計(jì)算單元操作，并為所述 汽車計(jì)算系統(tǒng)執(zhí)行數(shù)據(jù)處理，該數(shù)據(jù)由汽車計(jì)算模塊通過(guò)所述接口接收，其中接口至少包 括通用串行總線接口、安全數(shù)字輸入輸出接口和低壓差分信號(hào)接口。
25.一種汽車計(jì)算模塊，用于連接到汽車計(jì)算系統(tǒng)的主板，包括-電路板，其具有導(dǎo)電通路，該電路板包括一個(gè)或多個(gè)球柵區(qū)域，并被配置成在電路板 的與球柵區(qū)域不同的區(qū)域中，走線到焊盤、過(guò)孔到焊盤以及焊盤到焊盤的距離大于200 μ m，_計(jì)算組件，其安裝到電路板，并至少包括中央處理單元和主存儲(chǔ)器，-邊緣連接器，其設(shè)置在電路板的邊緣，并用于將電路板連接到所述主板的邊緣連接器 插口，以及“多個(gè)接口，其由所述邊緣連接器提供，用于連接計(jì)算模塊，其中汽車計(jì)算模塊用于在汽車中作為所述汽車計(jì)算系統(tǒng)的主計(jì)算單元來(lái)操作，并且用 于為所述汽車計(jì)算系統(tǒng)執(zhí)行數(shù)據(jù)處理，該數(shù)據(jù)由汽車計(jì)算模塊通過(guò)所述接口接收，且其中 所述計(jì)算組件和包括所述導(dǎo)電通路的所述電路板滿足在汽車內(nèi)工作的預(yù)定技術(shù)要求。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種汽車計(jì)算模塊，其適于連接到汽車計(jì)算系統(tǒng)的主板，包括電路板，其具有導(dǎo)電通路；計(jì)算組件，其安裝到電路板，并至少包括中央處理單元和主存儲(chǔ)器；邊緣連接器，其設(shè)置在電路板的邊緣，并適于將電路板連接到所述主板的邊緣連接器插口，以及多個(gè)接口，其由所述邊緣連接器提供，用于連接計(jì)算模塊，其中汽車計(jì)算模塊適于在汽車內(nèi)作為所述汽車計(jì)算系統(tǒng)的主計(jì)算單元操作，并為所述汽車計(jì)算系統(tǒng)執(zhí)行數(shù)據(jù)處理，該數(shù)據(jù)由汽車計(jì)算模塊通過(guò)所述接口接收。
文檔編號(hào)G06F1/16GK101923376SQ20101020101
公開日2010年12月22日 申請(qǐng)日期2010年6月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月9日
發(fā)明者岡瑟·克拉夫特, 托馬斯·厄福思 申請(qǐng)人:哈曼貝克自動(dòng)系統(tǒng)股份有限公司