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瑞薩的汽車用MCU 瑞薩的汽車用MCU已有25年以上的歷史，在世界汽車用MCU中占有20%以上的市場份額。瑞薩的汽車用MCU被Bosch、Continental、Delphi、TRW、Aisin和Denso等世界主要的汽車電子制造商所采用。這些汽車電子制造商的產品又被世界上的眾多汽車制造商所采用。對汽車來說，質量和性能最為重要，汽車制造商、汽車電子制造商對瑞薩的汽車用MCU所具備的高質量、高性能給予了很高的評價。由于取得了這些實際成績，瑞薩又從當時尚未使用瑞薩產品的汽車電子制造商那里獲得了許多貿易合同，這些汽車電子制造商正在使用瑞薩的汽車用MCU進行汽車電子產品的開發。下面將介紹應用于32位MCU的新產品的解決方案。 多核技術 最終決定汽車“智能”的是MCU和MPU的基本性能。PC和服務器的MPU的消耗功率隨著CPU的高速化而增加并達到極限，雖然向多核化發展的向量變了，但這對于汽車用的高端MCU和MPU還是一樣的。汽車用MCU的使用環境很嚴苛，需要在高溫下工作。例如，發動機ECU當初置于車廂內，而現在被安裝到發動機艙中，要在溫度為125 ℃的環境下工作。所以，必須把它的發熱量控制到比PC等小得多。頻率自然是有上限的，在壓低頻率的同時又使性能提高的方法就是多核技術。瑞薩對控制器和處理器分別采用SH-2A和SH-4A兩個多核化方法來開發新產品。 圖1 Multi-Core在汽車電子中的應用形式 另一個與PC的不同之處是在汽車用MCU和MPU中，PC那樣的對稱多處理SMP（Symmetric Multi-Processing)還不能滿足全部的必要條件。圖1是多核技術在汽車電子中的一般應用形式。發動機和變速箱控制、剎車和轉向控制、車輛協調、多媒體等各自所需的多核形式和處理方式與圖1所示的有所不同。例如，發動機和變速箱控制采取雙核方式時，要作為兩個互不干預的實時控制系統進行工作，就應當采用不對稱多處理AMP(Asymmetric Multi-Processing)。任務的分配采取程序指定方式。另外，趨向于by-wire方式的剎車和轉向控制要使二個內核完全相同地工作，以保證系統的冗余性。這就必需采取能夠對二個內核的工作狀況進行比較監視的結構形式。為此，瑞薩在剎車和轉向控制用MCU的SH-2A內增添了Lock-Step Dual功能。這種功能如圖2所示，它在經常對2個CPU的工作狀況進行比較的同時，還雙工地對DMA控制器和外圍用總線橋的工作狀況進行比較監視。 圖2 SH-2A Lock-Step Dual功能 發動機和變速箱控制 汽車的尾氣排放是造成空氣污染和地球變暖等的原因之一。因此，汽車產業一直在為盡量減少并凈化所排放的尾氣而努力。減少尾氣排放的最主要方法是使燃料高效地轉化為旋轉動力，傳送給車輪。用更少的燃料得到更大的旋轉動力，就可以節省燃料費用。為了實現這一目標，必須要有精度高的動力系。動力系由發動機、離合器、變速箱、差動齒輪和驅動軸等構成，發動機和變速箱用ECU進行電子式的控制。為了進行復雜的控制需要高速執行大規模的控制算法，ECU必需能夠高速工作，并且內置大容量快速擦寫存儲器的微型計算機。而且，近來要求ECU在用于發動機控制時，要安裝到高溫的發動機艙內；而在用于變速箱控制時，要安裝到高溫的潤滑油中。都必須能夠在125℃條件下穩定工作。 瑞薩以前供應的內置有SH-2E的SH705x系列已被許多汽車制造商使用。 現在則供應內置有SH-2A(是比SH-2E更高檔次的內核)的SH725xx系列，正被許多汽車電子制造商用于新產品開發，預計今年到明年就會開始應用于實際運行的汽車上。現在檔次最高的是SH72544R型產品，它的工作頻率為200 MHｚ，內置有2.5 MB的Flash存儲器、具備128 KB數據保存用EEPROM功能的Flash存儲器、128 KB SRAM、用于實現發動機控制的高性能定時器ATU-III、3通道CAN，可應用于未來的發動機和變速箱的電子控制。Flash MCU首次采用90 nm工藝，提高了工作頻率，并且擴大了內置Flash存儲器的容量。 今后，動力系電子控制的復雜性將提高得越來越快。為了適應這一趨勢，可以采用安裝有2個SH-2A的多核SH-2A-Dual 來實現高性能化。 圖形儀表板 汽車的儀表板上安裝有各種儀表和顯示器，還有對駕駛員起警示作用的警示燈和報警蜂鳴器。以前是使用機械式的速度計、燃料存量表和里程表，而現在的儀表板大都是用步進馬達和LCD構成。最近，更有中、高檔車裝上了在大型LCD上顯示汽車診斷信息、安全信息等內容的儀表板。 現在人們關注的是能夠顯示更多信息的圖形儀表板。圖形儀表板可以分為兩類，一類是在原有采用步進馬達驅動的儀表上增加TFT-LCD圖形顯示的儀表板，另一類是不使用儀表那樣的可動零部件，而所有內容都用大型TFT-LCD圖形儀表板顯示。 同時使用儀表和TFT-LCD的圖形儀表板應選擇價格不太高的中型QVGA或WQVGA尺寸的TFT-LCD。TFT-LCD上顯示駕駛員容易看清的汽車診斷信息、安全信息的同時，又可以利用軟件切換顯示汽車倒退時拍攝到的后方圖像，還可以用箭頭表示目的地的方向，提供簡易型導航功能，所以它可以提高駕駛員的辨別能力，明顯改善安全性。在歐洲，各汽車制造商已經做了計劃，不僅僅限于高檔車，中檔車也要使用這種儀表板。制造這種儀表板必需采用高速處理技術，要使用速度為100 MHz以上的32位微型機。瑞薩為該應用提供了32位微型機SH7262和SH7264，現在正在供應樣品，并且將于今年5月開始生產。由于內置有144 MHｚ 32位SH-2A CPU、圖形與視頻顯示用的視頻顯示控制器和視頻輸入端口、能夠雙面保持WVGA（480×240像素）TFT-LCD用幀緩沖器的1 MB SRAM等，因此可以大大減少外接元器件。SH7262雖然沒有內置控制步進電機的PWM定時器，但與驅動步進電機的廉價儀表板用MCU組合，就可以構成多種功能各異的儀表板。SH7264內置有4個控制步進電機的PWM定時器，所以用一個就能構成完整的儀表板。 使用SH7264的圖形儀表板的一個構想如圖3所示，可以看到它的外接元器件很少。還有使用SH7264的儀表板演示系統，為了便于用戶進行開發，提供儀表板演示軟件、圖像資料庫，將位映像數據變換為RGB輸出的轉換器等的軟件。 圖3 使用SH7264的圖形儀表板的一個構想 完整的圖形儀表板的TFT-LCD和控制電路價格高昂，估計還要過一些時候才會有更多的汽車安裝使用它。 網間連接器 現在的汽車有車身控制、安全（氣囊）、動力系、多媒體子系統及多個用于故障診斷的網絡在工作，目前這些子系統主要使用CAN連接。而且，今后隨著通信量的不斷增加，要采取既能提高CAN的波特率又可以增加通道數的辦法。 因此，向更高速的10 Mb/s FlexRay演進是汽車網絡未來的主要發展方向。但是，汽車網絡要有極高的可靠性，必需進行各種各樣的技術評價。就目前來說，實際應用到汽車中的還非常有限。所以，在FlexRay普及之前，CAN將唱主角，現在的問題是如何增加它的通道數以適應需要。實際上，高檔車所使用的CAN，通道數約5條。另一方面，如果從拓撲學的觀點來看CAN，主要瓶頸就在于各通路交叉點的網間連接器的處理能力。 為了適應這一狀況，瑞薩提供R32C/145組作為CAN的網間連接器用MCU。如圖4所示，R32C/145使接收部分硬件化，進行6通道CAN的路由選擇。1～2通道CAN通常用軟件來處理網間連接器，但是，一旦通信量增加，就不能用軟件處理而必需要用硬件。利用硬件化的方法能夠在20 μs之內實現消息中繼，與此同時就可使軟件負擔減少70 %以上。R32C/145也符合汽車用標準軟件開發聯盟AUTOSAR規定的網間連接器的軟件規格。 圖4 采用R32C/145的CAN網絡微控制器 今后，瑞薩還打算開發能與FlexRay和MOST等兼容的網間連接器用的MCU。 數字式汽車音響 多核SH-2A-Dual正被逐步推廣應用于高端數字汽車音響。SH7265安裝有2個工作頻率為200 MHz的SH-2A，具備480MIPS×2的處理能力。如圖5所示，其中的一個CPU用來處理硬盤，與此同時另一個CPU用來處理媒體系統，就是所設想的不對稱并行處理(AMP)。SH7265除了安裝USB2.0(高速)主機外，還內置有能適應各種格式的聲音軟資料庫和AAC編碼器。編碼器因為其所使用的規格種類和內容包含有變化的部分，所以用軟件來完成；從工作效率的角度考慮，編碼器還是用硬件構成才是上策。 圖5 SH726功能概述 如上所述，瑞薩可為汽車電子的許多方面提供理想的MCU和技術支持。 |
