汽车领域嵌入式微控制器 (MCU) 的解决方案.docx

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1、汽车领域嵌入式微控制器（MCU）的解决方案当今竞争激烈的汽车市场要求车辆能够提供卓越的驾驶特性、低油耗以及最新的舒适功能和便利性,例如带记忆功能的座椅系统、无钥匙进入、集成导航以及驾驶员辅助。幸运的是，制造商可以通过嵌入式微控制器（MCU）提供的曾能来满足这些需求，这使他们能够在中端甚至经济模型中提供高级功能。汽车环境带来了许多挑战。设备必须满足严格的安全性和可靠性标准。它们必须在很宽的温度范围内（通常为-40。C至125。C）保持稳健，提供静电放电（鸵）保护和低电磁干扰（EMI）。现代线控车辆要求设备与各种协议兼容，包括控制器局域网（四）总线和本地互连网络（1IN）标准。汽车领域MCU的两个

2、关键活动领域包括车身蚯和网关模块。车身电子设备包括HVAC,照明（内部和外部）、座椅定位、后视镜调节和安全/安全功能，例如无钥匙进入、防盗锁和轮胎压力监测系统。其中许多任务，例如保持客舱内的设定温度，都在几分钟而不是微秒的时间尺度上运行。因此，Si1icon1absInc.的C8051F52xA和C8051F53xA等8位MCU可以提供有效且经济的解决方案，尤其是对于廉价汽车而言。C8051F5xx系列符合汽至电壬委员会标准AEC-Q1OO的汽车应用要求，配备25MIPS8051CPU,以及可编程24.5MHz内部振荡器,在-40oC的工作温度范围内稳定在0.5%以内至+125oC0（图1）。

3、这些器件包括8kB片上闪存和256字节片上RAMo一系列集成功能，包括可编程比较器、稳压器和片上温度传感器,可降低成本和设计复杂性，同时加快产品上市时间。这两款芯片的I/O端口数量不同,C8051F52xA提供多达16个1/0端口，而C8051F53xA提供26个。图1：8位C8051F5xxA系列微控制器具有集成的可编程比较器、稳压器和片上温度传感器，可简化设计。（由Si1icon1absInc.提供）在当今高度网络化的车辆中，系统级通信至关重要。C8051F5xxA系列拥有专用的1IN2.0控制器，可处理电动车窗等功能的低优先级单向数据传输。同时，控制器可以通过车辆的CAN网络与其他子系统

4、连接。32位解决方案传动控制等动力总成应用需要更高的处理速度和更强大的功能。在这里，像AT32UC3C这样的32位MCUAtme1Corp.的家族可以提供有效的解决方案。T32UC3C基于VR32UCRISC处理器,由一个完整的片上系统微控制器组成，在高达66MHz的速度下提供1.49DMIPSMHz0它具有高达512kB的片上闪存和高达64kB的片上SRAMo数据接旦旨在最大限度地提高速度并最大限度地减少延迟（图2）。图2：VR32UCCPU包括三个高速存储器接口：一个高速总线主控器，每个用于指令获取和数据访问，加上一个高速总线从属器，允许总线主控器访问CPU内部的RAM0片上RAM可以最大

5、限度地减少延迟。(由爱特梅尔公司提供)该器件具有多种外设，包括一个16通道、12位模数转换器和一个四通道、12位数模转换器。尽管外设构成了MCU的主要优势，但管理它们会占用很大比例的CPU,更不用说引入抖动和延迟。为了解决这些问题，AT32UC3C将外围设备与内部通信结构连接起来。该方法允许芯片将事件从一个外设重定向到另一个外设或从输入引脚重定向到外设。因此，它可以触发诸如基于脉宽调制(PwM)波形的ADC捕获等动作，而无需CPU干预，从而减少计算开销并最大限度地减少延迟。类似地，存储器直接存储器访问控制器(MDMA)和外围直接存储器访问控制器(PDCA)控制器可以分别在存储器位置之间或存储器

6、位置与外围设备之间传递数据，而无需处理器的帮助。该方法释放CPU以运行应用程序或切换到空闲模式，从而节省电力。高性能汽车安全汽车应用必须达到最高的可靠性标准。为了保护车辆和操作员，AT32UC3C监控其主时钟。如果检测到故障，它会切换到本地115kHzRC振荡器，该振荡器既可以作为常规操作的备份，也可以支持关闭过程。看门狗定时器提供了额外的安全级别，允许系统在启动期间监控性能以确保正常运行。此类计时器通常通过软件运行，这带来了在应用程序代码损坏的情况下它们可能无法提供故障安全中断的威胁。为了防止这种类型的故障，例如检测系统是否陷入循环，AT32UC3C集成了一个窗口看门狗定时器一一如果操作不在

7、用户定义的窗口内发生，驾驶员辅助功能需要多核MCU可能最好支持的高速操作（请参阅之前的TechZoneSM文章“多核MCU提供新的嵌入式选项。”）。多核MCU可用于同构（多个相同的内核）或异构（多个不同的内核）架构，允许用户分而治之的处理任务。这些设备提供更高的计算密度和灵活性。每个内核可以执行不同的操作，同时共享内存并与其他内核交换数据。内核甚至可以在不同的圜隹统上运行。也许最重要的是，多核MCU支持多线程进行并行处理；让设计师可以自由地管理他们认为合适的任务。与多核计算平台一样，多核MCU可以使用管理程序进行虚拟化，以允许动态分配内存和处理能力。与使用管理程序在给定内核上提供多个服务器的计

8、算环境不同，嵌入式系统可能会虚拟化单个硬件,例如，允许多个系统组件通过它进行通信。如果使用得当，多核MCU可以整合多个单控制器的操作，降低成本和尺寸，同时最大限度地提高功率和效率。德州仪器的TMS570为用户提供了具有同步运行的双ARMCortexR4内核的同质平台或集成CortexR4和CortexARMM3内核的异构平台的选择（图3a）o该异步设备符合IEC61508安全完整性等级3（SI13）（危险故障概率低于每小时10-3）,专为安全关键型汽车应用而设计，例如驾驶员辅助。内核以160MHz的最高速度运行，提供优于250DMIPS的性能。高可靠性功能包括CPU逻辑和内存的内置自检（BIS

9、T）,循环冗余检查器模块和错误值号模块（图3b）。图3a：TMS570具有锁步内核、内置自检和循环冗余检查器模块，符合IEC61508安全完整性等级30（德州仪器公司提供）图3b：为了消除潜在的常见故障模式，该设计在其中一个处理器中引入了延迟，然后比较输出信号。（由TexasInstruments提供）这些设备提供高达2MB的片上闪存和高达160KB的RAMo外设包括32个nHET定时器通道和一对支持多达24个输入的12位A/D转换器。MCU还包括一个两通道F1exRay接口和最多三个CAN接口。尽管我们还没有实现专家们在1990年代中期预测的完全自动驾驶体验,但即使是今天的低成本汽车也具有令人印象深刻的智能和功能程度。明天的汽车肯定会更加先进，汽车理匝不会很快摆脱相互冲突的设计需求的挤压。然而，凭借单核和多核MCU提供的功能，它们能够应对挑战。