汽車計算模塊的製作方法

2023-05-28 13:43:36 2

專利名稱：汽車計算模塊的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種汽車計算模塊以及一種包括這樣的汽車計算模塊的汽車計算系 統。本發明還涉及這樣的汽車計算模塊在汽車計算系統中的使用。
背景技術：
在現代汽車中，許多功能通常是由計算機控制的。例如，汽車信息娛樂系統可以包 括讓使用者可以利用眾多的信息和娛樂功能的計算機界面。這樣的功能可包括例如從CD 或DVD播放聲音或圖像文件，運行導航軟體以便為車上的司機提供指引或計算語音識別。 隨著近年來新處理器和新系統結構的發展，系統的處理能力已經在相對很短的時間間隔內 得到引人注目的提高並且還將這樣提高下去。性能的顯著提高通常可在一到三年內實現， 而適合於這些系統的媒體與軟體往往不能在較老系統上播放或執行。汽車計算機系統通常為特定類型的汽車配置，並且固定不動地安裝在汽車的內 部。由於汽車使用期限的範圍長達15年甚至超過15年，汽車的計算系統將在僅僅經過汽 車壽命的一小部分後就變得過時。一旦產品生產線(model line)不再繼續生產，通常將不 再能夠得到適合於特定汽車的新計算機系統。因此汽車使用者受到他們過時的計算機系統 的約束，並可能不能從計算系統的近期發展和改進中受益。現代CPU的技術周期通常在1-1. 5年的範圍內，相比之下，機動車前端單元 (automotive head unit)的標準開發周期從最初概念到形成系列產品是在3年的範圍內。 這承受了新前端單元在開始其生命周期時所使用的處理單元已經過時的風險。進一步的問題是，在機動車環境下必須滿足特殊要求。可通過比如更換處理器來 升級的普通計算機系統，通常不能在機動車環境中使用。首先，計算系統需要為特定類型 的汽車定製。系統的幾何形狀需要適應可利用的安裝空間，並且比如在要交換汽車專用的 信息的情況下，接口需要適應特定的應用。其次，汽車計算系統需要滿足非常嚴格的操作要 求。計算系統需要在較寬的環境條件範圍內，比如較寬的溫度和溼度範圍內，確保故障-安 全操作。由於安裝空間的限制，散熱是另一個重要問題，其妨礙了常規計算系統在汽車上的 使用。連接器和安裝器件也必須進一步滿足關於抗振的要求。

發明內容
因此，需要能消除至少一部分以上提到的缺點的改進汽車計算系統。這種需求通過獨立權利要求描述的特徵來滿足，從屬權利要求則描述了本發明的 優選實施方案。依據本發明的第一個方面，提供了適於連接到汽車計算系統主板的汽車計算模 塊。汽車計算模塊包括具有導電通路的電路板、安裝到電路板並至少包括了中央處理單元 (CPU)和主存儲器的計算組件、設置在電路板邊緣並適於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於連接計算模塊的多個接口。汽車 計算模塊適於在汽車中作為所述汽車計算系統的主計算單元操作，並適於為汽車計算系統執行數據處理，這些數據由汽車計算模塊通過接口接收。數據處理可由汽車計算模塊獨立執行，S卩，汽車計算模塊可相當於全功能計算機。 作為主計算單元，模塊可以為汽車計算系統執行大部分的數據處理。例如它可以為汽車計 算系統執行至少50%的處理或甚至75%以上的處理，或甚至所有的處理。因此汽車計算系 統在其主板上可以不包含額外的中央處理單元。汽車計算系統也可以配備多個汽車計算模 塊，來分擔處理工作量。由於模塊為汽車計算系統執行主要處理，計算系統的餘下部分可僅 僅執行輔助處理功能，這可適用於特殊的機動車環境。由於使用了邊緣連接器，模塊可很容易安裝到汽車計算系統的主板。因此，汽車計 算模塊可替代過時的汽車計算模塊，從而升級汽車的計算系統。而可能適用於被安裝到的 特定類型汽車的計算系統，不需要更換。因此在汽車的整個壽命期內、甚至在新技術發展期 內，適於汽車的計算系統的處理能力可一直跟得上時代。由於汽車計算模塊適於在汽車中 操作，它可以滿足為機動車組件設置的嚴格要求。依據本發明的實施方案，接口包括快速外設組件互連(PCIe)接口、通用串行總線 (USB)接口、串行高級技術附件(SATA)接口、安全數字輸入/輸出(SDIO)接口、低電壓差 分信號(LVDS)以及供電控制接口中的至少一個。接口還可包括通用異步收發器(UART)接 口。汽車計算模塊還可以包括這些接口的組合或者全部。因此汽車計算模塊可具有以許多 不同方式接收數據的能力，並可以作為全功能計算機工作。這些接口的規範可使同種類型 的汽車計算模塊能夠與不同的適於汽車的計算系統一起使用。此外，這些接口提供了快速 且可靠的數據交換，並確保了與多種外設組件的兼容性。接口可進一步包括調試與引導(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 的操作並可調整操作軟體。該DBP接口可以為調試、軟體升級和產品測試提供便利的工具。 由邊緣連接器提供的調試與引導埠可直接連接到由中央處理單元提供的相應接口。因此 可通過邊緣連接器直接訪問處理單元的DBP接口。例如，DBP接口可使用邊緣連接器的至 少四個管腳。在其他的實施方案中，DBP接口可使用兩個或者三個管腳，這取決於所使用的 處理單元。計算系統可將DBP接口引入到技術人員可訪問的維護埠，使得可以在汽車計 算系統和汽車計算模塊安裝到汽車內部之後執行維護。計算組件以及包括導電通路的電路板可被適配成滿足汽車內部工作的預定技術 要求。這樣，可在汽車內部工作期間預防計算模塊發生劣化，比如導電通路的腐蝕。預定技 術要求可包括例如關於溫度和/或溼度的技術要求。電路板可包括一個或多個球柵區域(ball grid areas)，其中電路板可被配置成 使得在電路板的與球柵區域不同的區域中，走線到焊盤、過孔到焊盤以及焊盤到焊盤的距 離大於200 μ m。此外，電路板可包括線寬(string width)至少為IOOym的阻焊層。關於溼熱的機動車技術要求可被滿足。通過這樣的布置，可以避免導電通路發生 腐蝕或導電通路之間發生不希望的連接，比如由冷凝(condensation)導致的這些情況。計算組件和電路板可適於使計算模塊能夠工作在-40°C到70°C的溫度範圍內，優 選在-40°C到85°C之間(環境溫度模塊)。為了實現這樣的操作，可能需要限制計算組件的 放熱。模塊可包括模塊蓋子，並且至少一部分計算組件可通過熱電橋耦合到模塊蓋子，使得模塊蓋子對於連接到其上的計算組件起到散熱器的作用。模塊蓋子可適於連接到計算 系統的外殼或者機械框架。它也可以作為計算系統的機械部件。可因此消除由計算組件產 生的一部分熱量。作為熱橋，可使用熱傳導墊(pad)或者熱傳導膏(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，並且這些組件可連接到模塊蓋子。可為熱功率損耗超出預定閾值的計算組件配備適於耦合到汽車計算系統的外殼 的熱橋。通過耦合到外殼，對於這些器件的散熱可更為有效。預定閾值可位於例如3W到6W 的範圍內。還可採納用於消除產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可提供一個大的表面用來散熱。各個計算組件可被適配成在操作中具有小於7W的熱功率損耗。因此，可限制由汽 車計算模塊產生的熱量。邊緣連接器可包括用於至少兩個不同工作電壓的連接，第一工作電壓位於2. 5和 3. 5V之間的範圍內，且第二工作電壓位於4. 5和5. 5V之間的範圍內。例如可提供3. 3V和 5V的電壓。在汽車計算模塊上可由工作電壓產生更多的電壓，例如在0. 1-2. 5V之間範圍內 的核心電壓(core voltages)。計算組件可進一步包括北橋和南橋或者組合的南/北橋、時鐘發生器，以及本地 電壓轉換器。時鐘發生器和電壓轉換器可通過單晶片方案組合起來。計算組件可進一步 包括快閃記憶體。北橋也可以集成在中央處理單元內。當然也可以提供更多組件，例如圖形晶片 (graphics chip)，和類似組件，或者功能單元可組合到例如一個晶片中，諸如專用集成電 路(ASIC)或系統控制器。電路板可以是高密度互連(HDI)板或插入式封裝技術(THT)板，具有至少六層，優 選地具有八到十層。汽車計算模塊可具有的尺寸在80X80mm到120X 120mm之間，具有的 高度取決於計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，該接口適於特定類型的汽車計算 模塊或汽車計算系統。可為這些接口分配不同功能，這取決於例如汽車計算模塊是被用於 新近的還是較老的汽車計算系統、或汽車計算模塊配備的是哪種類型的處理器或晶片組。汽車計算模塊可包括用於將計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算模塊電路板的螺孔，以及用於在計算模塊與邊緣連接器插口和/ 或汽車計算系統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，以增加機械強度。這些措施對於機動車應用 是特別有利的，在機動車應用中計算模塊易遭受很高的加速度和振動。依據本發明的另一方面，提供了一種汽車計算系統，其包括具有面向汽車組件的 接口和用於接收邊緣連接器的邊緣連接器插口的主板，並進一步包括上面提及的汽車計算 模塊，其中汽車計算模塊適於通過邊緣連接器連接到所述主板。利用這樣的汽車計算系統， 可實現與以上描述相類似的優點。依據實施方案，汽車計算系統是一種適用於被安裝到特定類型的汽車上的與汽車 有關的系統，而汽車計算模塊是一種標準化汽車計算模塊，這種標準化汽車計算模塊適合 用於適合不同類型汽車的多個不同汽車計算系統。這樣的汽車計算系統具有以下優點，即 能針對特定類型的汽車被優化，同時通過使用標準化計算模塊仍可以相對較低的成本生產。此外，汽車計算系統的計算模塊可簡便地升級。特別是，形狀因素、汽車計算系統的連 接器和/或接口可被適配成適應特定類型的汽車。主板可進一步包括現場可編程門陣列(FPGA)、專用集成電路(ASIC)或用於控制 汽車計算模塊的啟動和/或通信的微控制器。FPGA或ASIC可例如對面向汽車計算模塊的 GPIO接口進行適配和配置。可將邊緣連接器插口形成為使得主板與汽車計算模塊的電路板的距離在2mm到 9mm之間範圍內，優選地在6到8mm。這樣汽車計算模塊可在兩側都裝備有計算組件。汽車計算系統可選自包括汽車信息娛樂系統、汽車多媒體系統、汽車導航系統、汽 車控制系統和集成汽車計算系統的組，其中集成汽車計算系統合併了以上提及的兩個或更 多個系統。主板面向汽車的接口可包括控制器區域網(CAN)接口、本地網際網路(LIN)接口， 和媒體導向系統傳輸(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 數據傳送到汽車計算模塊，以便進行處理。本發明的再一個方面涉及在汽車中使用以上提及的其中一個汽車計算模塊來執 行汽車計算系統的處理功能。如上所述，在汽車上使用這樣的汽車計算模塊是有益的，因為 該汽車計算模塊允許汽車計算系統升級。此外，僅需要為適用於不同類型的汽車的一系列 計算系統提供一種類型的汽車計算模塊。可以理解，在不偏離本發明的範圍的情況下，以上所提到的和那些將在後續解釋 的特徵不僅可以以已指出的各組合方式來使用，還可以以其他組合方式使用或單獨使用。


通過結合附圖閱讀以下對所示實施方案的詳細描述，本發明前述的和其他的特點 及優點將變得更加顯而易見。附圖中同樣的附圖標記指示同樣的元件。圖1是說明依據本發明實施方案的汽車計算模塊的示意性框圖；圖2是說明依據本發明實施方案的汽車計算系統的示意性框圖；圖3是依據本發明實施方案的汽車計算系統的示意性側視剖面圖。
具體實施例方式以下對實施方案的描述僅為了說明的目的而給出，而不應以限制的意思來理解。 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於本領域技術人員來說變得顯而易見。各實施方案 中對圖中所示的功能塊或單元的劃分並不要解釋為表示這些單元必須作為物理上分離的 單元來實施，而所示出或描述的功能塊或單元都可實施為分離的單元、電路、晶片或電路元 件，但一個或多個功能塊或單元也可在共同的電路、晶片、電路元件或單元中實施。圖1示出了依據本發明實施方案的汽車計算模塊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包括許多個管腳109，並適於裝入邊緣連接器 插槽中，該邊緣連接器插槽安裝在汽車計算系統的主板上。邊緣連接器包括200-250個管 腳，比如230個管腳，當模塊被插入邊緣連接器插槽中時這些管腳接觸相應的導電元件。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生不希望的接觸。因此可以滿足關於汽車計算模塊可以工作時的溼度的要求。邊緣連接器101提供了許多面向汽車計算模塊100的接口 105。接口 105包括快 速外設部件互連(PCIe)接口、通用串行總線(USB)接口、串行高級技術附件(SATA)接口、 安全數字輸入/輸出(SDIO)接口、低壓差分信號(LVDS)接口、通用異步收發器(UART)接 口、乙太網接口和兩個為模塊供電的接口(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和乙太網接口，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示出了依據本發明實施方案的汽車計算模塊的接口配置的 例子，並在表的第二列中指出了所提供的各個接口的個數。
供電控制5RESET IN/0UT#, WAKE#，SUS_STAT#， P0WER_0N其他10VER_TEMP可為每個接口分配邊緣連接器的一個或多個管腳。例如，可為調試和引導埠 (debut/boot port,DBP)接口 108分配五到十個管腳。GPIO接口可例如用於使模塊適應於 在模塊100上使用的特定中央處理單元(CPU) 102。通過提供以上提到的接口，即使生產出 包括了新一代處理器或來自不同供貨商的處理器/晶片組的模塊，仍可保持接口配置，因 此確保了汽車計算模塊100與汽車上安裝的汽車計算系統的兼容性。因此，在汽車整個壽 命期間，汽車上安裝的模塊都可升級為新版本的模塊。汽車計算模塊100可進一步包括北橋(northbridge)以及南橋(southbridge)，北 橋通常提供存儲控制器，南橋通常為餘下接口提供輸入/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 以單晶片形式的解決方案來提供，比如系統控制器，它也可包括圖形處理功能。其他的配置 當然也同樣有可能，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與主存儲器103相連，主存儲器103可以是隨機存取存儲器 (RAM)。時鐘發生器107與南/北橋104相連，也可與CPU 102相連。需要清楚的是，可提 供若干分離的時鐘發生器來為汽車計算模塊100的不同組件產生時鐘信號。CPU 102可以 是單核或多核的處理器。模塊100進一步包括電壓轉換器106，電壓轉換器106由通過邊緣連接器提供的 電壓生成核心電壓，比如用於CPU 102的工作電壓。應該清楚的是，電壓轉換器106可包括 分布在模塊100上的物理上分離的多個單元。模塊100配備了 5V和3. 3V的電源軌系統 (powerrail system)，以便實現優化的負載分布。單電源軌系統也有可能被採用。可選地， 3. 3V備用電源軌同樣是可用的。電壓轉換器106可產生一系列核心電壓，例如1V、1.5V、 1. 8V......以及2. 5V的電壓。調試/引導埠(DBP)接口 108是位於模塊100上的晶片組的專用調試和引導端 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所附著的汽車計算系 統的主板的調試邊緣連接器。該連接可以不改變管腳分配並獨立於模塊上使用的CPU而發 生。通過主板上的調試邊緣連接器和模塊100的邊緣連接器101，可直接訪問CPU 102的 DBP0與CPU專用接口的適配可以用板外工具(off-board tools)來執行，板外工具可連接 到調試邊緣連接器。例如，對於intel晶片組，LPC總線可被分配給DBP，而對於Renesas芯 片組，可使用與HUDI接口相同的信號。利用DBP概念，可以在支持具有不同調試接口的不 同處理單元/晶片組的同時提供標準化的接口管腳的分配。即使模塊100被安裝到汽車計算系統，通過DBP接口可以簡便地執行軟體調試和 固件升級。由於汽車計算系統通常安裝在狹小有限的空間內，最有利的方法是通過邊緣連 接器101和主板的調試邊緣連接器將模塊晶片組的調試和引導埠直接引出，使得不必卸 下計算系統便可以從外部訪問該調試和引導埠。當然，汽車計算模塊100可包括未在圖1中示出的其他組件。例如，可包括用於執行圖形處理的附加的圖形晶片、用於存儲數據的快閃記憶體或NAND快閃記憶體，以及類似的組件。快閃記憶體 或NAND快閃記憶體也可以置於主板上並通過邊緣連接器101來訪問。其他存儲介質，例如硬碟驅 動及類似介質也可以被置於或連接到計算系統的主板，並通過邊緣連接器101來訪問，例 如使用SATA接口。由於可用來安裝汽車計算系統的空間有限，模塊100的維度也受到限制。模塊的 長度和寬度可在80 X 80mm到120 X 120mm的範圍內，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(through hole technology)來製造。多層電路板可具有多於六層，優選地具有八到十 層。使用HDI電路板，可實現尺寸上的縮小，並可更容易滿足對於快速總線系統的關於信號 完整性的要求。汽車計算模塊100被特別地適配成適於在機動車環境中使用。具體而言，將汽車 計算模塊適配成適於在不同溼度程度下在-40°C到85°C之間的溫度範圍內工作。為實現在 這樣的高溫下工作，將模塊100的每個組件適配成產生的功率損耗小於7W。模塊100被配 置為具有的總功率損耗小於30W，優選地配置為具有的功率損耗小於20W或甚至小於15W。 模塊100的具有大於0. 5W小於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算系統的外殼(直接熱橋)。組件可配備以高熱傳導的材料，例 如熱傳導塾(heat conducting pad)或熱傳導膏(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，來為熱交換提供大 的表面。直接耦合或附加散熱器可用於例如熱功率損耗大於3W到5W的組件。模塊100進一步被適配成適於在溼熱條件下工作。在這樣的條件下，可能發生冷 凝，導致例如由於電路走線(circuit trace)或類似物之間的不希望的連接而使模塊發生 故障。電路板配置成使得在非球柵區域(non-ball gridarea)中，走線到焊盤(pad)、過孔 (via)到焊盤及焊盤到焊盤的距離大於200 μ m。球柵區域(ball grid area, BGA)是例如 在通過使用球柵被安裝到電路板的一個或多個計算組件的下面的區域，例如在諸如處理單 元、主存儲器、控制器、ASIC或其他晶片或集成電路(ICs)這樣的組件的下面。焊盤通常用 於建立到組件的電觸點，同時過孔或微過孔(microvia)用於比如當使用多層板時在電路 板不同層上的走線之間提供電連接。可使用某些類型的漆或抗蝕劑，例如阻焊劑，覆蓋電路板外層上的導電通路。電路 板包括線寬(string width)至少為100 μ m的阻焊層(solder mask)。因此可避免在溼熱條件下發生電流洩漏及其他類型的故障。應該清楚的是，圖中 示出的將計算組件連接起來的實線只是連接的示意性代表，而並不代表實際的走線。CPU 102和南/北橋104可例如具有多條將它們連起來的走線，這些走線可分布在板120的不同 層上。通過使用用於除去器件產生的熱量的上述布局和大致配置，可滿足在汽車內部操 作汽車計算模塊100的嚴格要求。應該清楚的是，計算組件本身，諸如CPU 102和南/北橋 104被適配成適於在上面指出的溫度範圍內工作。圖2示出了汽車計算系統200的示意圖。系統200可以是信息娛樂系統、汽車導 航系統、汽車多媒體系統或汽車控制系統，或者是上面幾種的組合。該汽車計算系統可以例 如被安裝到汽車的單DIN或雙DIN尺寸的插槽。汽車計算系統200包括邊緣連接器插口(socket) 201，計算模塊100經由該邊緣連接器插口 201連接到主板204。根據配置，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包括與汽車計算模塊 100的邊緣連接器上的管腳相對應的觸點。計算模塊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動車環境中使用的要求，比如關于振動的要求。這可以通過選擇 或適配插槽201以便滿足這些要求來實現，比如通過確保用於接觸邊緣連接器101管腳的 接觸力足夠高來實現。此外，計算模塊100可例如通過使用螺栓或類似固件來機械地固定 到計算系統200的主板204。因此可以獲得堅固的、可分開的連接，使汽車計算模塊100能 夠被簡單地拆下或更換。主板204適合於配置了計算系統200的特定類型的汽車。根據特定的應用，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聲器的接口，以及面向 諸如GPS、藍牙天線或者無線電這樣的天線的接口，或者面向安裝到汽車儀錶盤上 或計算系統面板上的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/模或模/數轉換器，和類似器件。計算模塊100的某些接口可直接連接到計算 系統200的相應接口，比如USB接口，或可通過控制器或其他器件連接。主板204進一步包 括主板調試邊緣連接器形式的DBP接口，其直接連接到模塊100相應的DBP接口。於是可 將適配器連接到主板調試邊緣連接器，使得能夠訪問模塊100使用的特定類型的CPU。儘管在機械外型、連接器和接口方面汽車計算系統200適用於特定類型的汽車， 但汽車計算模塊100是一種可連接到一系列不同類型的系統200的標準化模塊。為提供這 樣的互操作性，模塊100和主板204之間的接口被標準化，即，模塊100的接口由邊緣連接 器的預定管腳提供。當為汽車適配系統200時，不需要改變對於模塊100的接口，且可採用 標準化的模塊。當新一代的處理器和晶片組可用時，在汽車計算模塊100上可提供接口轉 換器，以便確保與較老的汽車計算系統的兼容性。DBP的概念提供了可支持來自不同供貨商 的幾代處理單元的標準接口所需要的靈活性。汽車計算系統200不僅具有可以相對低的成 本生產汽車計算模塊100的優點，因為汽車計算模塊100可在大範圍的計算系統中使用因 此可以被大規模生產，還具有計算系統200可簡便地升級到最新可用的處理器和晶片組的 優點。系統200進一步包括控制器202，控制器202可以是FPGA、ASIC或微控制器。控 制器202可用來使通用輸入/輸出接口適應所用的特殊類型的模塊100。在示例的配置中 提供了 16個GPIO埠，其中13個埠為了可選的例如被動並行模式的FPGA編程而保留。 被動串行模塊的編程同樣可行。通過經由GPIO接口對控制器202編程，使計算系統200適 應所用模塊100的某些調整變為可能。控制器202可進一步執行對於計算模塊100與主板 204之間的接口的控制功能。控制器202還可以包括對於計算系統200的啟動或引導機制。 應該清楚的是，控制器202可包括多個ASIC、FPGA、微控制器或它們的組合，來提供以上提 到的不同功能。圖3是汽車計算系統200的側視剖面圖。該圖示出了當模塊被插入邊緣連接器插 口 201中時，主板204與模塊100之間的距離。優選地，距離選擇成使得模塊100的兩側上都 可以裝配計算組件。例如，計算模塊100的電路板120與主板204之間的距離可調整到6至8mm之間。計算組件在圖3中用黑色矩形顯示。如圖所示，模塊100可通過管腳、嵌釘(stud) 或螺栓或類似固件被機械地附著到主板204上。模塊100進一步包括蓋子(cover) 110。為 了除去來自計算組件的熱量，一些組件利用熱傳導墊111或類似裝置熱耦合到蓋子110。其 他計算組件再次通過使用熱傳導墊或散熱器112直接耦合到計算系統200的外殼205。蓋 子110當然也可以被熱耦合到外殼205。因此能夠實現對計算組件的熱功率消耗產生的熱 量的有效去除。 綜上所述，本發明提供了一種汽車適用的計算系統，其具有可用於不同的適用系 統的標準化汽車計算模塊。通過使用這樣的標準化計算模塊，節省了汽車適用的計算系統 的開發和生產的成本。由於可通過更換模塊簡便地升級汽車計算系統，使用者可在汽車壽 命期間從處理能力的最新改進中受益。
權利要求
一種汽車計算模塊，用於連接到汽車計算系統的主板，包括 電路板，其具有導電通路， 計算組件，其安裝到電路板上，並至少包括中央處理單元和主存儲器， 邊緣連接器，其設置在電路板的邊緣，並用於將電路板連接到所述主板的邊緣連接器插口，以及 多個接口，其由所述邊緣連接器提供，用於連接計算模塊，其中，所述汽車計算模塊用於在汽車內作為所述汽車計算系統的主計算單元進行操作，並用於為所述汽車計算系統執行數據處理，該數據由汽車計算模塊通過所述接口接收。
2.如權利要求1所述的汽車計算模塊，其中所述接口包括快速外設組件互連接口、通 用串行總線接口、串行高級技術附件接口、安全數字輸入輸出接口、低壓差分信號接口、通 用異步收發器接口，以及供電控制接口中的至少一個。
3.如權利要求1所述的汽車計算模塊，其中所述接口包括調試及引導埠接口。
4.如權利要求3所述的汽車計算模塊，其中調試及引導埠接口由邊緣連接器提供， 並直接連接到所述中央處理單元提供的相應的接口。
5.如權利要求3所述的汽車計算模塊，其中調試及引導埠接口使用了所述邊緣連接 器的至少四個管腳。
6.如權利要求1所述的汽車計算模塊，其中所述計算組件和包括所述導電通路的所述 電路板用於滿足汽車內部工作的預定技術要求。
7.如權利要求1所述的汽車計算模塊，其中電路板包括一個或多個球柵區域，且其中 電路板配置成在電路板的與球柵區域不同的區域中走線到焊盤、過孔到焊盤以及焊盤到焊 盤的距離大於200 μ m。
8.如權利要求1所述的汽車計算模塊，其中電路板包括線寬為至少100μ m的阻焊層。
9.如權利要求1所述的汽車計算模塊，其中所述計算組件和所述電路板用於使計算模 塊工作在-400C到700C的溫度範圍內，優選地在-400C到85°C的溫度之間。
10.如權利要求1所述的汽車計算模塊，其中汽車計算模塊包括模塊蓋子，該模塊蓋子 用於連接到計算系統的外殼，並且其中所述計算組件的至少一部分通過熱橋耦合到所述模 塊蓋子，使得模塊蓋子對於與它連接的計算組件起到散熱器的作用。
11.如權利要求1所述的汽車計算模塊，其中熱功率損耗高於預定閾值的計算組件配 備了熱橋，該熱橋用於耦合到所述汽車計算系統的外殼。
12.如權利要求1所述的汽車計算模塊，其中各個所述計算組件在工作中具有小於7W 的熱功率損耗。
13.如權利要求1所述的汽車計算模塊，其中所述邊緣連接器包括用於至少兩個不同 的工作電壓的連接，第一個所述工作電壓位於2. 5到3. 5V之間的範圍內，且第二個所述工 作電壓位於4. 5到5. 5V之間的範圍內。
14.如權利要求1所述的汽車計算模塊，其中計算組件進一步包括北橋和南橋或組合 的南/北橋、時鐘發生器和電壓轉換器。
15.如權利要求1所述的汽車計算模塊，其中汽車計算模塊包括用於將計算模塊牢固 地附著到邊緣連接器插口和/或主板的固件。
16.一種汽車計算系統，包括主板，其具有面向汽車的組件的接口以及用於接收邊緣連接器的邊緣連接器插口，以 及用於通過所述邊緣連接器連接到所述主板的汽車計算模塊，汽車計算模塊包括_電路板，其具有導電通路，「計算組件，其安裝到電路板，並至少包括中央處理單元和主存儲器，-邊緣連接器，其設置在電路板的邊緣，並用於將電路板連接到所述主板的所述邊緣連 接器插口，以及「多個接口，其由所述邊緣連接器提供，用於連接計算模塊，其中汽車計算模塊用於在所述汽車中作為所述汽車計算系統的主計算單元操作，並用 於為所述汽車計算系統執行數據處理，該數據由汽車計算模塊通過所述接口接收。
17.如權利要求16所述的汽車計算系統，其中汽車計算系統是被安裝到特定類型汽車 上的汽車專用系統，且其中汽車計算模塊是標準化汽車計算模塊，該標準化汽車計算模塊 用於與適合不同類型汽車的多種不同汽車計算系統一起使用。
18.如權利要求16所述的汽車計算系統，其中主板包括現場可編程門陣列、專用集成 電路、或用於控制汽車計算模塊的啟動和/或與汽車計算模塊的通信的微控制器。
19.如權利要求16所述的汽車計算系統，其中邊緣連接器插口被形成為使得所述汽車 計算模塊的電路板與所述主板的距離在2到9mm之間的範圍內，優選地在6到8mm之間。
20.如權利要求16所述的汽車計算系統，進一步包括固件，所述固件被適配並布置成 使得計算模塊被牢固地附著到邊緣連接器插口和/或主板。
21.如權利要求16所述的汽車計算系統，其中汽車計算系統選自於包括汽車信息娛樂 系統、汽車多媒體系統、汽車導航系統、汽車控制系統，以及合併了兩個或更多個這些系統 的集成汽車計算系統的組。
22.如權利要求16所述的汽車計算系統，其中主板面向汽車的接口包括控制器區域網 接口、本地網際網路接口和媒體導向系統傳輸接口中的至少一個，主板配置成將在這些接 口的其中之一接收的數據傳送到汽車計算模塊以便進行處理。
23.在汽車上使用如權利要求1所述的汽車計算模塊，用於為所述汽車的計算系統執 行處理功能。
24.一種汽車計算模塊，用於連接到汽車計算系統的主板，包括_電路板，其具有導電通路；-計算組件，其安裝到電路板，並至少包括中央處理單元和主存儲器；-邊緣連接器，其設置在電路板的邊緣，並用於將電路板連接到所述主板的邊緣連接器 插口，以及-多個接口，其由所述邊緣連接器提供，用於連接計算模塊，其中汽車計算模塊用於在汽車內作為所述汽車計算系統的主計算單元操作，並為所述 汽車計算系統執行數據處理，該數據由汽車計算模塊通過所述接口接收，其中接口至少包 括通用串行總線接口、安全數字輸入輸出接口和低壓差分信號接口。
25.一種汽車計算模塊，用於連接到汽車計算系統的主板，包括-電路板，其具有導電通路，該電路板包括一個或多個球柵區域，並被配置成在電路板 的與球柵區域不同的區域中，走線到焊盤、過孔到焊盤以及焊盤到焊盤的距離大於200 μ m，_計算組件，其安裝到電路板，並至少包括中央處理單元和主存儲器，-邊緣連接器，其設置在電路板的邊緣，並用於將電路板連接到所述主板的邊緣連接器 插口，以及「多個接口，其由所述邊緣連接器提供，用於連接計算模塊，其中汽車計算模塊用於在汽車中作為所述汽車計算系統的主計算單元來操作，並且用 於為所述汽車計算系統執行數據處理，該數據由汽車計算模塊通過所述接口接收，且其中 所述計算組件和包括所述導電通路的所述電路板滿足在汽車內工作的預定技術要求。
全文摘要
本發明涉及一種汽車計算模塊，其適於連接到汽車計算系統的主板，包括電路板，其具有導電通路；計算組件，其安裝到電路板，並至少包括中央處理單元和主存儲器；邊緣連接器，其設置在電路板的邊緣，並適於將電路板連接到所述主板的邊緣連接器插口，以及多個接口，其由所述邊緣連接器提供，用於連接計算模塊，其中汽車計算模塊適於在汽車內作為所述汽車計算系統的主計算單元操作，並為所述汽車計算系統執行數據處理，該數據由汽車計算模塊通過所述接口接收。
文檔編號G06F1/16GK101923376SQ20101020101
公開日2010年12月22日 申請日期2010年6月9日 優先權日2009年6月9日
發明者岡瑟·克拉夫特, 託馬斯·厄福思 申請人:哈曼貝克自動系統股份有限公司