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工程師在選擇汽車(chē)合格的MCU時(shí)需要知道什么
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隨著(zhù)平均新的車(chē)輛包含50到100個(gè)或更多的電子控制單元(ECU)-需要多達一英里的電線(xiàn)連接他們在幾個(gè)不同的網(wǎng)絡(luò )，難怪半導體公司競爭激烈的地方在你的車(chē)。
面向汽車(chē)應用的汽車(chē)合格MCU圖像
在動(dòng)力傳動(dòng)系統中有單獨的控制系統用于燃料噴射、點(diǎn)火、節流、冷卻、自動(dòng)變速器和車(chē)載診斷。有動(dòng)力轉向、剎車(chē)和安全氣囊的底盤(pán)控制系統。先進(jìn)的駕駛員輔助系統(ADAS)涉及四個(gè)獨立的MCU。有獨立的車(chē)身控制系統用于前照燈、雨刷、電源門(mén)、電動(dòng)車(chē)窗和暖通空調。
除了技術(shù)復雜性之外，還存在嚴重的技術(shù)和監管障礙。在發(fā)動(dòng)機控制、駕駛員輔助、傳動(dòng)系監控、乘客舒適度、信息娛樂(lè )等方面的電子產(chǎn)品中，有許多獨立的汽車(chē)工程師協(xié)會(huì )(SAE)標準。任何“汽車(chē)合格”的MCU都保證滿(mǎn)足一些很高的標準，之后的選擇主要取決于應用程序。
最大限度地利用車(chē)輛聯(lián)網(wǎng)
正如詩(shī)人觀(guān)察到“沒(méi)有人是一個(gè)島”一樣，汽車(chē)里也沒(méi)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(chē)網(wǎng)絡(luò )在機艙，動(dòng)力總成，底盤(pán)和車(chē)身系統。
主動(dòng)安全可以控制毫米波雷達，它可以感知迎面而來(lái)的車(chē)輛并發(fā)出警告聲音、剎車(chē)、甚至轉向控制。
汽車(chē)儀表，響應于CAN總線(xiàn)上雷達的警告，可以啟動(dòng)警報，無(wú)論是聲波警報，口頭警告，和/或抬頭顯示。
響應于雷達的警告，制動(dòng)控制可以啟動(dòng)弱或強制動(dòng)控制，這取決于車(chē)輪速度和接近另一輛車(chē)。
同時(shí)，對于可能發(fā)生碰撞的警告，連接到安全帶的MCU可以預先拉緊安全帶;首先，如果碰撞看起來(lái)迫在眉睫，則要輕一些。
瑞薩車(chē)輛網(wǎng)絡(luò )形象
圖1：車(chē)輛網(wǎng)絡(luò )(由瑞薩提供)。
本地互連網(wǎng)絡(luò )(LIN)是一種低數據速率主從網(wǎng)絡(luò )，它控制諸如遠程無(wú)鑰匙進(jìn)入、照明、反射鏡和門(mén)之類(lèi)的東西。通過(guò)LIN網(wǎng)絡(luò )，當汽車(chē)開(kāi)始移動(dòng)時(shí)，車(chē)門(mén)會(huì )自動(dòng)鎖上;當安全帶不系上時(shí)，警報器發(fā)出聲音，當燈仍亮時(shí)，轎廂被關(guān)閉;或后視鏡和座位自動(dòng)重新調整到先前的設置，這取決于誰(shuí)在駕駛汽車(chē)。
與LIN相比，FlexRay是下一代應用的一種高速可靠的協(xié)議，如線(xiàn)控驅動(dòng)。FLASRIX系統在接近警報時(shí)提供更高的準確性，增加了考慮加速度角的能力來(lái)主動(dòng)駕駛和制動(dòng)汽車(chē)以避免掛起的碰撞。當剎車(chē)車(chē)開(kāi)始在一條下雨的街道上滑動(dòng)和滑動(dòng)時(shí)，這尤其有用。
面向媒體的系統傳輸(多數)網(wǎng)絡(luò )處理車(chē)載多媒體，在車(chē)輛內路由高質(zhì)量的視頻、音頻和數據。他們負責免提電話(huà)，在汽車(chē)音響系統上播放手機音樂(lè )。
以太網(wǎng)是太好建立和信任不使它進(jìn)入汽車(chē)，在那里它通常提供的骨干輪詢(xún)ECU在發(fā)動(dòng)機，底盤(pán)和身體系統的故障。以太網(wǎng)音頻視頻橋接(AVB)與大多數競爭，為乘客提供高保真數字音頻。
哪種單片機?
在選擇適合汽車(chē)應用的MCU之間，瀏覽它們的數據表往往會(huì )揭示它們最適合哪些應用。一個(gè)或多個(gè)CAN端口是常見(jiàn)的，如以太網(wǎng)端口;雖然Ethernet
AVB(IEEE
802.1Q)更難得到。FlexRay和大多數網(wǎng)絡(luò )要求MCU能夠處理高速分組處理;LIN更簡(jiǎn)單。后一種協(xié)議通常不直接支持，但只要硬件足夠能力，這不應該出現問(wèn)題。
瑞薩V850ES/JG-3H是為實(shí)時(shí)控制應用開(kāi)發(fā)的低功耗48 MHz 32位RISC MCU。原NEC
V850汽車(chē)應用歷史悠久，瑞薩汽車(chē)進(jìn)一步完善了它。V850ES外圍設備包括DMA、LVD、PWM、WDT、A/D轉換器、D/A轉換器、DMA、CAN和USB控制器。V850ES
CPU使用一個(gè)五級流水線(xiàn)執行幾乎所有的指令，例如地址計算、算術(shù)運算、邏輯運算和數據傳輸。在汽車(chē)應用中，V850ES以發(fā)動(dòng)機控制和防抱死制動(dòng)系統為目標。
飛思卡爾為汽車(chē)動(dòng)力傳動(dòng)系、底盤(pán)、先進(jìn)的駕駛員輔助、車(chē)身、儀表組和信息娛樂(lè )應用提供了廣泛的MCU。飛思卡爾QRIVVA MPC55
54(圖2)是一個(gè)132 MHz
32位MCU，用于動(dòng)力系統應用，包括多點(diǎn)燃料噴射控制、電控變速器和直接燃料噴射(燃氣和柴油)。除了眾多高速I(mǎi)/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(chē)應用領(lǐng)域包括工業(yè)控制、高端電機控制、航空電子設備和軍用部件。
飛思卡爾MPC 5554圖像
圖2：飛思卡爾MPC 5554用于動(dòng)力傳動(dòng)系應用(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(xiàn)CAN總線(xiàn)之間的接口。該裝置滿(mǎn)足高速(高達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(chē)要求。
MCP2021A是帶電壓調節器的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(mǎn)足LIN總線(xiàn)規范修訂版2.1和SAE
J2602-2。該裝置采用5 V或3.3 V 70毫安穩壓電源輸出電壓調節器。
ATMEL AT90CAN32是基于A(yíng)VR RISC架構的16 MHz 8位MCU。該芯片結合了32 KB的閃存，2K×8的RAM，一個(gè)8通道/
10位A/D轉換器，一個(gè)面向字節的兩線(xiàn)串行接口，以及ISO 16484認證CAN控制器。通過(guò)在一個(gè)時(shí)鐘周期中執行大多數指令，該裝置實(shí)現接近每MHz 1
MIPS的吞吐量，平衡功耗和處理速度。AT90CAN32符合汽車(chē)用ISO-TS16949等級1的要求，是合格的AEC-Q100。
意法半導體SPC564 A80L7CFAR是為汽車(chē)動(dòng)力傳動(dòng)系應用而設計的150 MHz
32位微控制器。該芯片的超標量SIMD架構和DSP和浮點(diǎn)指令的支持使得高速數據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L(cháng)IN網(wǎng)絡(luò )設計的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位計數器/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)鍵應用而設計的高性能汽車(chē)級MCU。它的180兆赫ARM CORTEX-R4F 32位RISC
CPU使用八級流水線(xiàn)實(shí)現1.66
dMIPS/MHz。特別是對汽車(chē)設計者來(lái)說(shuō)，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(zhuān)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I。內層面(MiBSPI)。目標汽車(chē)應用包括制動(dòng)系統、動(dòng)力轉向、主動(dòng)駕駛員輔助和HEV/EV逆變器和電池管理系統。
總結
雖然汽車(chē)半導體市場(chǎng)是巨大的和快速增長(cháng)，獲得一個(gè)合格的MCU在這個(gè)苛刻的環(huán)境下運行是一個(gè)具有挑戰性的過(guò)程，嚴格的要求取決于應用程序將是多么的關(guān)鍵。在注意到你正在考慮的MCU是汽車(chē)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(méi)有，請確保它具有足夠的速度、通信能力和I/OS來(lái)處理您所想到的應用程序。
設計用于其他具有挑戰性的環(huán)境的設備的設計者將很好地考慮使用MCU，這些MCU已經(jīng)滿(mǎn)足了汽車(chē)應用典型的惡劣環(huán)境條件。
