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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?cè)趲讉�(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(dòng)力傳動(dòng)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(dòng)變速器和車載診斷。有動(dòng)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(dòng)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(dòng)機(jī)控制、駕駛員輔助、傳動(dòng)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(huì)(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(dòng)力總成，底盤和車身系統(tǒng)。
主動(dòng)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(dòng)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(dòng)控制可以啟動(dòng)弱或強(qiáng)制動(dòng)控制，這取決于車輪速度和接近另一輛車。
同時(shí)，對(duì)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(dòng)時(shí)，車門會(huì)自動(dòng)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(dòng)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(dòng)。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(dòng)駕駛和制動(dòng)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(dòng)和滑動(dòng)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(dòng)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(huì)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(jí)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(dòng)機(jī)控制和防抱死制動(dòng)系統(tǒng)為目標(biāo)。
飛思卡爾為汽車動(dòng)力傳動(dòng)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(dòng)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(dòng)力傳動(dòng)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(jí)1的要求，是合格的AEC-Q100。
意法半導(dǎo)體SPC564 A80L7CFAR是為汽車動(dòng)力傳動(dòng)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(duì)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(jí)MCU。它的180兆赫ARM CORTEX-R4F 32位RISC
CPU使用八級(jí)流水線實(shí)現(xiàn)1.66
dMIPS/MHz。特別是對(duì)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(dòng)系統(tǒng)、動(dòng)力轉(zhuǎn)向、主動(dòng)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(qǐng)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。
