電動(dòng)汽車（電動(dòng)汽車）也許是近年來(lái)科技公司和消費(fèi)者必須面對(duì)的最重大挑戰(zhàn)之一。雖然越來(lái)越需要找到可以徹底改變我們前進(jìn)方式的環(huán)保系統(tǒng)，但也需要確保新的綠色技術(shù)在價(jià)格和性能方面盡可能高效。
車輛OEM必須滿足日益嚴(yán)格的CO 2排放標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)提高車輛性能以保持競(jìng)爭(zhēng)力。純電動(dòng)汽車（EV），混合電動(dòng)汽車（HEV）和內(nèi)燃機(jī)汽車（ICE）的電氣化解決了這一重大挑戰(zhàn)。增加諸如48V，400V和800V之類的高壓電池以滿足不斷增長(zhǎng)的功率需求，反過(guò)來(lái)又增加了功率傳輸架構(gòu)的復(fù)雜性，并且在尺寸和效率方面提出了新的要求。
“來(lái)電了，來(lái)電了，起來(lái)干活了”，一大早，我還在睡夢(mèng)中就被吵醒了。
我是CPU一號(hào)車間的阿Q，好久不見(jiàn)，不知道大家有沒(méi)有想我呢？
輕度混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（MHEV）系統(tǒng)是電氣化的門戶。也被認(rèn)為是輕型混合動(dòng)力，它們將為混合動(dòng)力模型的指數(shù)增長(zhǎng)做出貢獻(xiàn)。MHEV系統(tǒng)能夠在制動(dòng)過(guò)程中回收車輛能量，并在車輛重新啟動(dòng)過(guò)程中提供能量，從而減少了汽油消耗和二氧化碳排放量。
“今天不是星期六嗎？怎么還要工作”，我有些不開心，本以為能睡一個(gè)懶覺(jué)，誰(shuí)知道大周末的程序員還開機(jī)，這是來(lái)加班了嗎。
一邊抱怨，一邊還得趕緊起來(lái)干活。
來(lái)到我所在的工作車間，提取指令的小A、分析指令的小胖和負(fù)責(zé)結(jié)果回寫的老K都已經(jīng)到了，就差執(zhí)行指令的我了。
HEV模型的第二種電氣化方法包括與ICE一起工作的電動(dòng)機(jī)，使車輛在電動(dòng)模式下可以100％行駛幾公里。另一個(gè)流行的替代方法是插電式混合動(dòng)力汽車（PHEV），其中電池可以由電網(wǎng)充電，零排放時(shí)的續(xù)航里程增加到約50公里。在這種情況下，電氣化程度明顯高于MHEV和混合動(dòng)力技術(shù)（購(gòu)置成本也更高），市場(chǎng)上有數(shù)十種PHEV車型。
我們幾個(gè)各就各位，做起了準(zhǔn)備工作。
“小A，報(bào)告一下各個(gè)寄存器的值”，我囑咐小A，這是我們每天開始工作前必做的檢查項(xiàng)。
每次一通電，咱們的電路就會(huì)啟動(dòng)自檢工作，把所有的寄存器全部重置，如果哪里有異常的話，就會(huì)把錯(cuò)誤記錄到EAX寄存器中，如果發(fā)現(xiàn)EAX的值不是0，那可就大事不好了。
“報(bào)告，寄存器已確認(rèn)：”
電動(dòng)汽車（BEV）缺少ICE，而是由逆變器和電動(dòng)機(jī)的組合提供動(dòng)力。BEV可通過(guò)電網(wǎng)和制動(dòng)再生過(guò)程中充電。在電動(dòng)汽車中，我們還發(fā)現(xiàn)帶有小型內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的增程電動(dòng)汽車（EREV）專門用作電流發(fā)生器，以在電量不足時(shí)為電池充電。最后一個(gè)類別是由氫燃料電池驅(qū)動(dòng)的燃料電池電動(dòng)汽車（FCEV）。
看起來(lái)沒(méi)什么問(wèn)題，尤其是CS和IP這兩個(gè)寄存器，決定著一會(huì)兒該從哪里開始執(zhí)行代碼呢。
該解決方案不僅可以用于固態(tài)電池或氫燃料電池等新能源存儲(chǔ)技術(shù)，還可以通過(guò)減輕重量和采用新的電氣架構(gòu)來(lái)提高汽車效率。
我們是一個(gè)64位的CPU，平時(shí)都是工作在保護(hù)模式下，使用虛擬地址來(lái)訪問(wèn)內(nèi)存，由廠里的內(nèi)存管理單元MMU負(fù)責(zé)給轉(zhuǎn)換成真實(shí)的物理地址。
不過(guò)在剛剛開機(jī)的這會(huì)兒功夫，虛擬地址翻譯所需要的頁(yè)目錄、頁(yè)表這些信息都還沒(méi)準(zhǔn)備好，MMU還沒(méi)法工作，這時(shí)候我們只能使用16位的寄存器，工作在實(shí)地址模式下，使用段+基址的方式來(lái)跟內(nèi)存打交道，最多只能使用1MB的內(nèi)存空間，實(shí)在是有點(diǎn)局促。
當(dāng)今的電氣化挑戰(zhàn)
“如今，電氣化面臨的挑戰(zhàn)包括：降低成本，實(shí)現(xiàn)積極的CO 2排放目標(biāo)，管理電源要求的變化，為舊的12V負(fù)載供電，交付更輕，性能更高的車輛，增加功率水平，更快的充電時(shí)間以及管理更高的電壓800V和400V電池系統(tǒng)，” Vicor Corporation汽車業(yè)務(wù)發(fā)展全球副總裁Patrick Wadden說(shuō)。
汽車，卡車，公共汽車和摩托車的制造商正在迅速使他們的車輛電氣化，以提高內(nèi)燃機(jī)的燃油效率并減少CO 2排放量。電氣化選擇很多，但是大多數(shù)制造商都選擇48伏輕度混合動(dòng)力系統(tǒng)，而不是全混合動(dòng)力總成。在輕度混合動(dòng)力系統(tǒng)中，除了傳統(tǒng)的12V電池外，還增加了48V電池。
“車輛中裝有800伏或400伏電池。Vicor從電池中獲取800或400伏特的電壓，并將功率轉(zhuǎn)換為48伏特，以為諸如電動(dòng)渦輪增壓器，前擋風(fēng)玻璃和冷卻泵之類的負(fù)載供電。由800或400伏電池供電的系統(tǒng)可以選擇完全省去48V電池并創(chuàng)建虛擬48V電池。消除了48V電池，為OEM提供了更高的功率密度，減輕了重量和尺寸，所有這些都使車輛的行駛范圍得以擴(kuò)展。這些解決方案具有可擴(kuò)展性，因此可以滿足豪華車的入門級(jí)需求�！� Wadden說(shuō)。
48V技術(shù)可有效分配電源
48V技術(shù)將電源能力提高了4倍（P = V•I），可用于較重的負(fù)載，例如空調(diào)和啟動(dòng)時(shí)的催化轉(zhuǎn)化器。為了提高車輛性能，該48V系統(tǒng)可以為混合動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力，該混合動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)可實(shí)現(xiàn)更快，更平穩(wěn)的加速，同時(shí)節(jié)省燃油。
開始執(zhí)行
“大家都準(zhǔn)備好了嗎，打起精神來(lái)，要準(zhǔn)備開始今天的工作了哦！”
“Q哥，這剛剛通電，內(nèi)存條那家伙應(yīng)該還是一片空白吧，咱們要去執(zhí)行哪里的指令�。俊�，小A問(wèn)到。
“這你不用擔(dān)心，在主板上，咱們CPU隔壁不遠(yuǎn)處有個(gè)叫BIOS的伙計(jì)，是一個(gè)ROM芯片，咱們已經(jīng)跟他約定好了，一通電他就映射到地址空間中，你盡管按照CS:IP（0xF000:0xFFF0）指向的地方開始取指令就對(duì)了，他會(huì)安排好的”
Wadden說(shuō)：“克服對(duì)修改長(zhǎng)期成本優(yōu)化的12伏輸電網(wǎng)絡(luò)（PDN）的猶豫可能是最大的挑戰(zhàn)�！� 他繼續(xù)說(shuō)：“對(duì)于汽車行業(yè)而言，48V輕度混合動(dòng)力系統(tǒng)提供了一種方法，可以快速引入排放量更低，續(xù)航里程更長(zhǎng)，油耗更高的新車，并且具有實(shí)用性。它還提供了令人興奮的新設(shè)計(jì)選項(xiàng)，以實(shí)現(xiàn)更高的性能和功能，同時(shí)仍減少CO 2排放。
所使用的絕大多數(shù)集中式DC-DC轉(zhuǎn)換器體積大而笨重，因?yàn)樗鼈兪褂昧伺f的PWM低頻開關(guān)拓?fù)�。要考慮的最新架構(gòu)是使用電源模塊的分散式電源傳輸。
“使用分散模型的好處甚至可以在車輛周圍較輕的電纜布線的系統(tǒng)級(jí)實(shí)現(xiàn)。在使阻抗和電阻最小化方面，將轉(zhuǎn)換器放置在距離負(fù)載最近的位置有一些好處�？梢院�(jiǎn)化冷卻方法，在某些情況下可以消除冷卻板或液體冷卻。Wadden說(shuō)：“通過(guò)更多選擇來(lái)實(shí)現(xiàn)功能安全的選擇以及靈活性都將發(fā)揮作用。”
“原來(lái)是這樣”，小A點(diǎn)了點(diǎn)頭，似懂非懂的樣子。
正式開始干活了，小A熟練的從F000:FFF0處，也就是0xFFFF0處取到了第一條指令：jmp xxxx
好家伙，上來(lái)就是一個(gè)大跳轉(zhuǎn)，我們一下來(lái)到了BIOS那家伙地盤的中央，開始執(zhí)行他準(zhǔn)備的程序了。
接下來(lái)執(zhí)行的這一堆指令我已經(jīng)做過(guò)無(wú)數(shù)次了，對(duì)主板上各單位進(jìn)行檢測(cè)，看看有沒(méi)有異常情況，還有初始化我們工作需要的中斷向量表等等，我早已經(jīng)輕車熟路了。
“哥幾個(gè)忙著吶”，我們正忙的熱火朝天，發(fā)現(xiàn)有人在門口圍觀，回頭看去，原來(lái)是隔壁二號(hào)車間、五號(hào)車間、八號(hào)車間的幾個(gè)家伙。
這種電源傳輸架構(gòu)使用較小的低功耗48V至12V轉(zhuǎn)換器。分散式電源架構(gòu)在電源系統(tǒng)中提供了顯著的熱管理優(yōu)勢(shì)。
“讓我們看一下集中式系統(tǒng)與分散式系統(tǒng)的高級(jí)示意圖。在左側(cè)，我們有一個(gè)傳統(tǒng)的3kW銀盒，傳統(tǒng)上帶有400V輸入到12V輸出，可為汽車中的12V負(fù)載供電。右邊是一個(gè)如何在汽車周圍使用48V的示例：轉(zhuǎn)換器被放置在負(fù)載點(diǎn)的右邊，分散模型消除了大銀盒，并根據(jù)需要在車輛周圍分配了電源。這也允許實(shí)施帶有備用耗材的ASIL FUSA。隨著功率需求的增加，管理變得越來(lái)越困難，并且不能繼續(xù)添加這些較舊的傳統(tǒng)銀盒，” Wadden說(shuō)。
“你們幾個(gè)這么閑，要不來(lái)幫我們干會(huì)兒活？”
“哎，你想得美，你們一號(hào)核是引導(dǎo)處理器（BSP），待遇比我們好，這開機(jī)啟動(dòng)的活兒我們?cè)趺茨軗屇�？”，二�?hào)車間的虎子陰陽(yáng)怪氣的說(shuō)到。
真是羨慕他們，比我們1號(hào)車間上班時(shí)間晚，每次都可以多睡會(huì)兒。
新的48V PDN必須支持具有更高功率要求的傳統(tǒng)12V負(fù)載，以及使用電纜的新大功率驅(qū)動(dòng)，轉(zhuǎn)向和制動(dòng)系統(tǒng)。與更大，更笨重的分立解決方案相比，要在越來(lái)越多的負(fù)載下提供更多的48V電源，就需要高密度的模塊。Vicor提供了多個(gè)用于從48V供電的模塊。這些器件包括固定比率和穩(wěn)壓轉(zhuǎn)換解決方案，它們?cè)诮祲夯蛏龎耗Ｊ较戮С?8V和12V負(fù)載。這些轉(zhuǎn)換器可以包含在單個(gè)外殼中，也可以使用更小，更輕的48V PDN分布在整個(gè)車輛中。
當(dāng)OEM需要在車輛附近最靠近負(fù)載的地方放置電壓轉(zhuǎn)換級(jí)，或者將48V降壓至12V或?qū)?2V升高至48V時(shí)，Vicor NBM可用于分散式架構(gòu)。
我繼續(xù)執(zhí)行BIOS中的代碼，一切檢查完畢，沒(méi)什么異常，要準(zhǔn)備啟動(dòng)操作系統(tǒng)大佬了。
接下來(lái)，我檢查了BIOS中配置的啟動(dòng)順序，排在第一位的是硬盤兄弟。
于是我把硬盤老哥第0盤第0道第1扇區(qū)的內(nèi)容讀取到了內(nèi)存中的0x7C00位置，他們把這玩意叫做主引導(dǎo)記錄MBR，一共512個(gè)字節(jié)。
聽(tīng)硬盤那哥們說(shuō)，這是操作系統(tǒng)老大在安裝的時(shí)候，寫到他那里的。
他還告訴我，這個(gè)位置很重要，曾經(jīng)就有病毒占據(jù)了這個(gè)位置，最后沒(méi)辦法只好重裝系統(tǒng)。
讀取到了MBR后，還得檢查最后兩個(gè)字節(jié)必須是0x55和0xAA，看起來(lái)沒(méi)什么問(wèn)題，是一個(gè)合法的MBR，我們又跳到了0x7C00的位置開始執(zhí)行。
通過(guò)使用400V和800V充電站，車輛與任何充電站的兼容性都需要盡可能簡(jiǎn)單但最有效的轉(zhuǎn)換解決方案。NBM6123采用61 x 23mm CM-ChiP封裝提供6.4kW固定比率的400V和800V轉(zhuǎn)換，從而實(shí)現(xiàn)了可擴(kuò)展的，高效率，高密度的解決方案，以實(shí)現(xiàn)路邊充電站與不同車輛之間的兼容性。Vicor解決方案的雙向功能允許同一模塊用于升壓或降壓轉(zhuǎn)換。NBM6123還可以用于在充電過(guò)程中將能量輸送到車輛以進(jìn)行空調(diào)，從而最大程度地減少了電池平衡電路。
操作系統(tǒng)
終于來(lái)到操作系統(tǒng)的地盤兒了，在操作系統(tǒng)的指示下，我們切換了工作模式，開始在保護(hù)模式下工作了！
剛剛切換到保護(hù)模式下，MMU仍然沒(méi)法做地址翻譯工作，我們還是只有直接使用物理地址跟內(nèi)存聯(lián)系，所以得趕緊把頁(yè)目錄和頁(yè)表準(zhǔn)備妥當(dāng)才行。
忙活了一陣子之后，總算把需要的東西都弄好了，我激動(dòng)的打開了內(nèi)存分頁(yè)的開關(guān)，通知MMU部門開始工作，現(xiàn)在我們可以使用虛擬地址訪問(wèn)內(nèi)存了，這感覺(jué)棒多了！
這時(shí)，一旁圍觀的二號(hào)車間、五號(hào)車間、八號(hào)車間那幾個(gè)家伙見(jiàn)狀趕緊遛了回去，因?yàn)樗麄冎溃R上就該他們工作了。
我們繼續(xù)執(zhí)行操作系統(tǒng)的代碼，給咱們CPU其他所有核都準(zhǔn)備好了數(shù)據(jù)和指令，創(chuàng)建了多個(gè)線程出來(lái)，把他們也叫起來(lái)一起工作，咱們這個(gè)八核CPU終于全面開動(dòng)起來(lái)，一下子熱鬧了不少。
如今，汽車電氣化已采取多種形式，而為它們提供動(dòng)力非常復(fù)雜。車輛具有許多不同的系統(tǒng)，每個(gè)系統(tǒng)可能具有不同的功率要求。模塊化電源方法本質(zhì)上具有更大的靈活性和可擴(kuò)展性，能夠應(yīng)對(duì)眾多挑戰(zhàn)。Vicor的高性能解決方案體積小，重量輕，旨在解決任何系統(tǒng)的電源轉(zhuǎn)換，充電和傳輸問(wèn)題。
再后來(lái)，不知執(zhí)行了多少指令，創(chuàng)建了多少線程，才把操作系統(tǒng)老大完整的運(yùn)行了起來(lái)，成功完成了這一次的啟動(dòng)。
這就是通電后，我們CPU開始工作的日常，我已經(jīng)記不清這是第多少次啟動(dòng)了，也不知道，我們還能啟動(dòng)多少次··· | 
