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工程師在選擇汽車合格的MCU時(shí)需要知道什么
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隨著平均新的車輛包含50到100個(gè)或更多的電子控制單元(ECU)-需要多達(dá)一英里的電線連接他們在幾個(gè)不同的網(wǎng)絡(luò)，難怪半導(dǎo)體公司競爭激烈的地方在你的車。
面向汽車應(yīng)用的汽車合格MCU圖像
在動力傳動系統(tǒng)中有單獨(dú)的控制系統(tǒng)用于燃料噴射、點(diǎn)火、節(jié)流、冷卻、自動變速器和車載診斷。有動力轉(zhuǎn)向、剎車和安全氣囊的底盤控制系統(tǒng)。先進(jìn)的駕駛員輔助系統(tǒng)(ADAS)涉及四個(gè)獨(dú)立的MCU。有獨(dú)立的車身控制系統(tǒng)用于前照燈、雨刷、電源門、電動車窗和暖通空調(diào)。
除了技術(shù)復(fù)雜性之外，還存在嚴(yán)重的技術(shù)和監(jiān)管障礙。在發(fā)動機(jī)控制、駕駛員輔助、傳動系監(jiān)控、乘客舒適度、信息娛樂等方面的電子產(chǎn)品中，有許多獨(dú)立的汽車工程師協(xié)會(SAE)標(biāo)準(zhǔn)。任何“汽車合格”的MCU都保證滿足一些很高的標(biāo)準(zhǔn)，之后的選擇主要取決于應(yīng)用程序。
最大限度地利用車輛聯(lián)網(wǎng)
正如詩人觀察到“沒有人是一個(gè)島”一樣，汽車?yán)镆矝]有一個(gè)孤立的MCU，它們都是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)或另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的一部分，取決于它們的功能。主要網(wǎng)絡(luò)是CAN、LIN、FlexRay、MOST和Ethernet
AVB(圖1)。
控制器局域網(wǎng)(CAN)是目前主要的汽車網(wǎng)絡(luò)在機(jī)艙，動力總成，底盤和車身系統(tǒng)。
主動安全可以控制毫米波雷達(dá)，它可以感知迎面而來的車輛并發(fā)出警告聲音、剎車、甚至轉(zhuǎn)向控制。
汽車儀表，響應(yīng)于CAN總線上雷達(dá)的警告，可以啟動警報(bào)，無論是聲波警報(bào)，口頭警告，和/或抬頭顯示。
響應(yīng)于雷達(dá)的警告，制動控制可以啟動弱或強(qiáng)制動控制，這取決于車輪速度和接近另一輛車。
同時(shí)，對于可能發(fā)生碰撞的警告，連接到安全帶的MCU可以預(yù)先拉緊安全帶;首先，如果碰撞看起來迫在眉睫，則要輕一些。
瑞薩車輛網(wǎng)絡(luò)形象
圖1：車輛網(wǎng)絡(luò)(由瑞薩提供)。
本地互連網(wǎng)絡(luò)(LIN)是一種低數(shù)據(jù)速率主從網(wǎng)絡(luò)，它控制諸如遠(yuǎn)程無鑰匙進(jìn)入、照明、反射鏡和門之類的東西。通過LIN網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)汽車開始移動時(shí)，車門會自動鎖上;當(dāng)安全帶不系上時(shí)，警報(bào)器發(fā)出聲音，當(dāng)燈仍亮?xí)r，轎廂被關(guān)閉;或后視鏡和座位自動重新調(diào)整到先前的設(shè)置，這取決于誰在駕駛汽車。
與LIN相比，F(xiàn)lexRay是下一代應(yīng)用的一種高速可靠的協(xié)議，如線控驅(qū)動。FLASRIX系統(tǒng)在接近警報(bào)時(shí)提供更高的準(zhǔn)確性，增加了考慮加速度角的能力來主動駕駛和制動汽車以避免掛起的碰撞。當(dāng)剎車車開始在一條下雨的街道上滑動和滑動時(shí)，這尤其有用。
面向媒體的系統(tǒng)傳輸(多數(shù))網(wǎng)絡(luò)處理車載多媒體，在車輛內(nèi)路由高質(zhì)量的視頻、音頻和數(shù)據(jù)。他們負(fù)責(zé)免提電話，在汽車音響系統(tǒng)上播放手機(jī)音樂。
以太網(wǎng)是太好建立和信任不使它進(jìn)入汽車，在那里它通常提供的骨干輪詢ECU在發(fā)動機(jī)，底盤和身體系統(tǒng)的故障。以太網(wǎng)音頻視頻橋接(AVB)與大多數(shù)競爭，為乘客提供高保真數(shù)字音頻。
哪種單片機(jī)?
在選擇適合汽車應(yīng)用的MCU之間，瀏覽它們的數(shù)據(jù)表往往會揭示它們最適合哪些應(yīng)用。一個(gè)或多個(gè)CAN端口是常見的，如以太網(wǎng)端口;雖然Ethernet
AVB(IEEE
802.1Q)更難得到。FlexRay和大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)要求MCU能夠處理高速分組處理;LIN更簡單。后一種協(xié)議通常不直接支持，但只要硬件足夠能力，這不應(yīng)該出現(xiàn)問題。
瑞薩V850ES/JG-3H是為實(shí)時(shí)控制應(yīng)用開發(fā)的低功耗48 MHz 32位RISC MCU。原NEC
V850汽車應(yīng)用歷史悠久，瑞薩汽車進(jìn)一步完善了它。V850ES外圍設(shè)備包括DMA、LVD、PWM、WDT、A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器、DMA、CAN和USB控制器。V850ES
CPU使用一個(gè)五級流水線執(zhí)行幾乎所有的指令，例如地址計(jì)算、算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算和數(shù)據(jù)傳輸。在汽車應(yīng)用中，V850ES以發(fā)動機(jī)控制和防抱死制動系統(tǒng)為目標(biāo)。
飛思卡爾為汽車動力傳動系、底盤、先進(jìn)的駕駛員輔助、車身、儀表組和信息娛樂應(yīng)用提供了廣泛的MCU。飛思卡爾QRIVVA MPC55
54(圖2)是一個(gè)132 MHz
32位MCU，用于動力系統(tǒng)應(yīng)用，包括多點(diǎn)燃料噴射控制、電控變速器和直接燃料噴射(燃?xì)夂筒裼?。除了眾多高速I/O通道之外，芯片還包括三個(gè)CAN模塊，每個(gè)模塊具有64個(gè)緩沖器。非汽車應(yīng)用領(lǐng)域包括工業(yè)控制、高端電機(jī)控制、航空電子設(shè)備和軍用部件。
飛思卡爾MPC 5554圖像
圖2：飛思卡爾MPC 5554用于動力傳動系應(yīng)用(飛思卡爾)。
微芯片MCP2561和MCP2021A分別為CAN和LIN收發(fā)器。MCP2661是一種高速CAN收發(fā)器，用作CAN協(xié)議控制器和物理雙線CAN總線之間的接口。該裝置滿足高速(高達(dá)1
Mb/s)、低靜態(tài)電流(典型的5μA)、電磁兼容性(EMC)和靜電放電(ESD)的汽車要求。
MCP2021A是帶電壓調(diào)節(jié)器的LIN收發(fā)器。MCP2021A/2A提供了一種雙向半雙工通信物理接口，以滿足LIN總線規(guī)范修訂版2.1和SAE
J2602-2。該裝置采用5 V或3.3 V 70毫安穩(wěn)壓電源輸出電壓調(diào)節(jié)器。
ATMEL AT90CAN32是基于AVR RISC架構(gòu)的16 MHz 8位MCU。該芯片結(jié)合了32 KB的閃存，2K×8的RAM，一個(gè)8通道/
10位A/D轉(zhuǎn)換器，一個(gè)面向字節(jié)的兩線串行接口，以及ISO 16484認(rèn)證CAN控制器。通過在一個(gè)時(shí)鐘周期中執(zhí)行大多數(shù)指令，該裝置實(shí)現(xiàn)接近每MHz 1
MIPS的吞吐量，平衡功耗和處理速度。AT90CAN32符合汽車用ISO-TS16949等級1的要求，是合格的AEC-Q100。
意法半導(dǎo)體SPC564 A80L7CFAR是為汽車動力傳動系應(yīng)用而設(shè)計(jì)的150 MHz
32位微控制器。該芯片的超標(biāo)量SIMD架構(gòu)和DSP和浮點(diǎn)指令的支持使得高速數(shù)據(jù)處理和吞吐量成為可能。串行信道包括三個(gè)ESCI;三個(gè)DSPI;三個(gè)FLASCAN，每個(gè)64個(gè)消息;一個(gè)FRISK模塊，具有10個(gè)Mbps，具有雙單通道和128個(gè)ECC的消息對象。
Silicon Labs C8051 F530A是為LIN網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的25兆赫C8051 MCU。它包括一個(gè)可編程的12位200 kSPS
ADC;可編程的16位計(jì)數(shù)器/定時(shí)器陣列;以及硬件SPI和UART串行端口。C8051
F530A的溫度范圍為-40至+125°C，是AEC-Q100合格的。
德克薩斯儀器TMS570LS31370是為安全關(guān)鍵應(yīng)用而設(shè)計(jì)的高性能汽車級MCU。它的180兆赫ARM CORTEX-R4F 32位RISC
CPU使用八級流水線實(shí)現(xiàn)1.66
dMIPS/MHz。特別是對汽車設(shè)計(jì)者來說，該芯片包括三個(gè)CAN控制器(64個(gè)郵箱);一個(gè)具有兩個(gè)通道和專用傳輸單元的FlurRix控制器;一個(gè)LIN接口控制器;一個(gè)10/100
Mbps以太網(wǎng)MAC;加上SCI，Ii
C，SPI(2)和三個(gè)多緩沖串行外設(shè)I。內(nèi)層面(MiBSPI)。目標(biāo)汽車應(yīng)用包括制動系統(tǒng)、動力轉(zhuǎn)向、主動駕駛員輔助和HEV/EV逆變器和電池管理系統(tǒng)。
總結(jié)
雖然汽車半導(dǎo)體市場是巨大的和快速增長，獲得一個(gè)合格的MCU在這個(gè)苛刻的環(huán)境下運(yùn)行是一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的過程，嚴(yán)格的要求取決于應(yīng)用程序?qū)⑹嵌嗝吹年P(guān)鍵。在注意到你正在考慮的MCU是汽車合格的，看看它是否直接支持它將被連接的網(wǎng)絡(luò)。如果沒有，請確保它具有足夠的速度、通信能力和I/OS來處理您所想到的應(yīng)用程序。
設(shè)計(jì)用于其他具有挑戰(zhàn)性的環(huán)境的設(shè)備的設(shè)計(jì)者將很好地考慮使用MCU，這些MCU已經(jīng)滿足了汽車應(yīng)用典型的惡劣環(huán)境條件。
