應(yīng)用于儀表板控制及車(chē)身控制的新一代MCU技術(shù)

　　在汽車(chē)電子的各個(gè)系統(tǒng)當(dāng)中，往往需要采用微控制器(MCU)做為運(yùn)作控制的核心，而汽車(chē)對(duì)電子系統(tǒng)的倚重，也刺激車(chē)用微控制器市場(chǎng)的快速成長(zhǎng)。車(chē)用微控器涵蓋8位、16位、32位等低、中、高階產(chǎn)品等級(jí)，各有其適合的應(yīng)用系統(tǒng)，大致如下：

　　8位MCU：主要應(yīng)用于車(chē)體的各個(gè)次系統(tǒng)，包括風(fēng)扇控制、空調(diào)控制、雨刷、天窗、車(chē)窗升降、低階儀表板、集線盒、座椅控制、門(mén)控模塊等較低階的控制功能。

　　16位MCU：主要應(yīng)用為動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)，如引擎控制、齒輪與離合器控制，和電子式渦輪系統(tǒng)等;也適合用于底盤(pán)機(jī)構(gòu)上，如懸吊系統(tǒng)、電子式動(dòng)力方向盤(pán)、扭力分散控制，和電子幫浦、電子剎車(chē)等。

　　32位MCU：主要應(yīng)用包括儀表板控制、車(chē)身控制、多媒體信息系統(tǒng)(Telematics)、引擎控制，以及新興的智能性和實(shí)時(shí)性的安全系統(tǒng)及動(dòng)力系統(tǒng)，如預(yù)碰撞(Pre-crash)、自適應(yīng)巡航控制(ACC)、駕駛輔助系統(tǒng)、電子穩(wěn)定程序等安全功能，以及復(fù)雜的X-by-wire等傳動(dòng)功能。

　　車(chē)用MCU常見(jiàn)接口：CAN & LIN

　　隨著今日汽車(chē)對(duì)應(yīng)用功能的要求愈來(lái)愈高，需整合的系統(tǒng)也愈來(lái)愈復(fù)雜，使得汽車(chē)電子系統(tǒng)對(duì)于高階32位MCU的需求不斷提升。這類(lèi)車(chē)用MCU往往被置放在高熱、多塵、劇震、電子干擾嚴(yán)重的運(yùn)作環(huán)境，因此對(duì)耐受性的要求遠(yuǎn)高于一般用途的MCU。此外，在汽車(chē)的應(yīng)用環(huán)境中，車(chē)用MCU必須與多個(gè)車(chē)用電子控制裝置(ECU)相連結(jié)，其中最常見(jiàn)的傳輸接口為CAN和LIN。

　　CAN又分為高速CAN和低速CAN，高速CAN的傳輸率可以達(dá)到1 Mbps，適用于ABS、EMS等強(qiáng)調(diào)實(shí)時(shí)反應(yīng)的應(yīng)用;低速CAN則可達(dá)到125 Kbps，適合較低速的車(chē)體零件控制。此外，CAN控制器的型式可分為舊型的1.x、標(biāo)準(zhǔn)型的2.0A和延伸型的2.0B，愈新的規(guī)格效能自然愈好，其中2.0B又可分為被動(dòng)(passive)型式和主動(dòng)(active)型式。

　　LIN則是較CAN更為低速且低成本的通訊方案，采用一個(gè)主節(jié)點(diǎn)、多個(gè)從節(jié)點(diǎn)的概念(最多支持16個(gè)節(jié)點(diǎn))，可達(dá) 20 kbps數(shù)據(jù)傳輸率，總線電纜的長(zhǎng)度最多可以擴(kuò)展到40公尺。它很適合做為空調(diào)控制(Climate Control)、后照鏡(Mirrors)、車(chē)門(mén)模塊(Door Modules)、座椅(Seats)、智能性交換器(Smart Switches)、低成本傳感器(Low-cost Sensors)等較單純系統(tǒng)的分布式通訊解決方案。

　　以下將介紹應(yīng)用于儀表板控制及車(chē)身控制的新一代MCU技術(shù)，并以富士通新一代的MB91770 系列和 MB91725 系列新型微控制器做為設(shè)計(jì)參考。請(qǐng)參考(圖一)。

　　圖一　儀表盤(pán)控制及車(chē)身控制MCU在汽車(chē)中的應(yīng)用(以MB91770 系列和 MB91725 系列為例)

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　　汽車(chē)儀表板及車(chē)身控制設(shè)計(jì)要領(lǐng)

　　汽車(chē)的儀表板為駕駛提供各種實(shí)時(shí)的視覺(jué)信息，這些信息是輔助決策的重要參考，必須快速且準(zhǔn)確無(wú)誤的傳遞給駕駛員知道。此外，汽車(chē)中的空調(diào)及車(chē)身控制模塊(BCM)系統(tǒng)，負(fù)責(zé)為駕駛及乘客提供舒適的乘車(chē)環(huán)境。其中空調(diào)系統(tǒng)過(guò)執(zhí)行最佳控制將汽車(chē)內(nèi)部的溫度迅速降至較為舒適的水平，并根據(jù)來(lái)自于各個(gè)傳感器的信息保持舒適的車(chē)內(nèi)溫度。BCM系統(tǒng)則可以集中控制多個(gè)ECU，如車(chē)門(mén)、座椅和組合開(kāi)關(guān)等。

　　不論是儀表盤(pán)控制或車(chē)身控制的MCU，都必須提供更高的處理性能、處理大量網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的能力、支持多種外圍連接的接口功能、可擴(kuò)展電路板布局范圍的功能、先進(jìn)的內(nèi)存架構(gòu)，以及更便利的開(kāi)發(fā)環(huán)境。這些設(shè)計(jì)需求分析如下：

　　高處理性能：

　　MCU要提升處理性能，必須從其核心及軟、硬件系統(tǒng)架構(gòu)下手以富士通新一代MCU的FR81S CPU核心為例，它的工作性能達(dá)到1.3MIPS/MHz，比上一代FR60核心高出30%的處理效能;因具有內(nèi)置式單精度浮點(diǎn)運(yùn)算單元(FPU)，能夠滿足圖像處理系統(tǒng)和那些需要浮點(diǎn)操作功能的系統(tǒng)(如制動(dòng)器控制)要求。此外，透過(guò)硬件式的FPU支持，能夠簡(jiǎn)化軟件程序并提升運(yùn)算性能。