微控制器在汽車(chē)驅動(dòng)中的分析

今天競爭激烈的汽車(chē)市場(chǎng)要求車(chē)輛能夠提供卓越的駕駛特性，吝嗇的油耗以及最新的舒適功能和便利性，例如帶記憶功能的座椅系統，無(wú)鑰匙進(jìn)入，集成導航以及駕駛員輔助。幸運的是，制造商可以滿(mǎn)足那些由嵌入式微控制器（MCU）提供的智能提供的需求，這使他們能夠在中檔甚至經(jīng)濟模型中提供先進(jìn)的功能。

汽車(chē)環(huán)境帶來(lái)了許多挑戰。設備必須滿(mǎn)足嚴格的安全性和可靠性標準。它們必須在很寬的溫度范圍內（通常為-40°C至125°C）保持穩定，提供靜電放電（ESD）保護和低電磁干擾（EMI）�，F代的線(xiàn)控駕駛車(chē)輛要求設備與各種協(xié)議兼容，包括控制器局域網(wǎng)（CAN）總線(xiàn)和本地互連網(wǎng)絡(luò )（LIN）標準。

汽車(chē)領(lǐng)域MCU的兩個(gè)關(guān)鍵活動(dòng)領(lǐng)域包括車(chē)身電子和網(wǎng)關(guān)模塊。車(chē)身電子設備包括HVAC，照明（內部和外部），座椅定位，鏡子調節以及安全/安全功能，如無(wú)鑰匙進(jìn)入，防盜裝置和胎壓監測系統。這些任務(wù)中的許多任務(wù)，例如在客艙中保持設定溫度，在幾分鐘而不是幾微秒的時(shí)間尺度上運行。因此，像Silicon Labs Inc.的C8051F52xA和C8051F53xA這樣的8位MCU可以提供有效而經(jīng)濟的解決方案，尤其適用于廉價(jià)車(chē)輛。

符合汽車(chē)電子協(xié)會(huì )標準AEC-Q100的汽車(chē)應用要求，C8051F5xxA系列采用25 MIPS 8051 CPU，以及可編程24.5 MHz內部振蕩器，在以下工作溫度范圍內穩定在±0.5％以?xún)?- 在40°C至+ 125°C。 （圖1）。這些器件包括8 kB的片上閃存和256字節的片上RAM。一系列集成功能，包括可編程比較器，電壓調節器和片上溫度傳感器，可降低成本和設計復雜性，同時(shí)加快產(chǎn)品上市時(shí)間。兩個(gè)芯片的I/O端口數量不同，C8051F52xA提供多達16個(gè)I/O端口，C8051F53xA提供26個(gè)。

圖1： 8位C8051F5xxA系列微控制器具有集成的可編程比較器，穩壓器和片內溫度傳感器，可簡(jiǎn)化設計。 （由Silicon Labs Inc.提供）

在當今高度網(wǎng)絡(luò )化的車(chē)輛中，系統級通信至關(guān)重要。 C8051F5xxA系列擁有專(zhuān)用的LIN 2.0控制器，可處理電源窗等功能的低優(yōu)先級單向數據傳輸。同時(shí)，控制器可以通過(guò)車(chē)輛的CAN網(wǎng)絡(luò )與其他子系統連接。

32位解決方案

傳動(dòng)控制等動(dòng)力總成應用需要更高的處理速度和更強大的功能。在這里，像Atmel公司的AT32UC3C系列這樣的32位MCU可以提供有效的解決方案。 AT32UC3C基于A(yíng)VR32UC RISC處理器，由一個(gè)完整的片上系統微控制器組成，提供1.49 DMIPS/MHz，速度高達66 MHz。它具有高達512 kB的片上閃存和高達64 kB的片上SRAM。數據接口旨在最大限度地提高速度并最大限度地減少延遲（圖2）。

圖2：AVR32UC CPU包括三個(gè)高速存儲器接口：一個(gè)高速總線(xiàn)主控器，每個(gè)用于取指令和數據訪(fǎng)問(wèn)，另外還有一個(gè)高速總線(xiàn)從器件，允許總線(xiàn)主控器訪(fǎng)問(wèn)CPU內部的RAM。片上RAM可最大限度地減少延遲。 （由Atmel公司提供）

該器件具有多種外設，包括16通道，12位模數轉換器和4通道12位數模轉換器。雖然外圍設備構成了MCU的關(guān)鍵優(yōu)勢，但管理它們可占據相當大比例的CPU，更不用說(shuō)引入抖動(dòng)和延遲。為了解決這些問(wèn)題，AT32UC3C將外圍設備與內部通信結構連接起來(lái)。該方法允許芯片將事件從一個(gè)外設重定向到另一個(gè)外設或從輸入引腳重定向到外設。因此，它可以觸發(fā)基于脈沖寬度調制（PWM）波形的ADC捕獲等操作，無(wú)需CPU干預，從而降低了計算開(kāi)銷(xiāo)并最大限度地減少了延遲。類(lèi)似地，存儲器直接存儲器存取控制器（MDMA）和外圍直接存儲器存取控制器（PDCA）控制器可以分別在存儲器位置之間或存儲器位置和外圍設備之間傳遞數據，而無(wú)需處理器的幫助。該方法釋放CPU以運行應用程序或切換到空閑模式，從而節省電力。

汽車(chē)安全的高性能

汽車(chē)應用必須達到最高的可靠性標準。為了保護車(chē)輛和操作員，AT32UC3C監控其主時(shí)鐘。如果它檢測到故障，它會(huì )切換到本地115 kHz RC振蕩器，該振蕩器既可以作為常規操作的備份，也可以支持關(guān)機過(guò)程。看門(mén)狗定時(shí)器提供額外的安全級別，允許系統在啟動(dòng)期間監控性能以確保正常運行。這些定時(shí)器通常通過(guò)軟件運行，這會(huì )增加在應用程序代碼損壞的情況下它們可能無(wú)法提供故障安全中斷的威脅。為了防止這種類(lèi)型的故障，例如檢測系統是否陷入循環(huán)，AT32UC3C包含一個(gè)窗口看門(mén)狗定時(shí)器 - 如果在用戶(hù)定義的窗口內沒(méi)有發(fā)生操作，它會(huì )觸發(fā)中斷。

驅動(dòng)程序輔助功能需要多核MCU最佳支持的高速運行（參見(jiàn)之前的TechZone SM 文章“多核MCU提供新功能嵌入式選項。“）。多核MCU可用于同構（多個(gè)相同內核）或異構（多個(gè)不同內核）架構，允許用戶(hù)劃分和征服處理任務(wù)。這些器件具有更高的計算密度和靈活性。每個(gè)核心可以執行不同的操作，同時(shí)共享內存并與其他核心交換數據。核心甚至可以在不同的操作系統上運行。也許最重要的是，多核MCU支持多線(xiàn)程進(jìn)行并行處理;讓設計師自由地管理他們認為合適的任務(wù)。容－源－電－子－網(wǎng)－為你提供技術(shù)支持