基于單片機(jī)MC9S12XS128的車身控制模塊設(shè)計(jì)

Freescale的S12系列16位MCU在車身控制系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛，用于車身控制器BCM、門鎖模塊、RKE接收器、智能執(zhí)行器、燈光模塊等車身ECU中。在某整車廠開發(fā)的車身控制模塊中，采用MC9S12XS128做為中央處理器，實(shí)現(xiàn)了車身控制的大部分功能，包括門鎖控制、燈光控制、雨刷控制、車窗控制和防盜報(bào)警，還實(shí)現(xiàn)了CAN／LIN網(wǎng)關(guān)功能，通過CAN總線接收車速和碰撞信號，從而實(shí)現(xiàn)安全駕駛和緊急操作，通過LIN總線接收來自雨量傳感器的信號，控制雨刷的快速、慢速或間歇操作。下面從硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵技術(shù)方面介紹MC9S12XS128在BCM中的應(yīng)用。

1 硬件設(shè)計(jì)

1.1 MC9S12XS128簡介

MC9S12XS128是一款針對汽車電子市場的高性能16位單片機(jī)，具有速度快、功能強(qiáng)、成本低、功耗低等特點(diǎn)。其芯片資源及特性如下：

1）總線速度高達(dá)40 MHz；

2）128 KB程序Flash和8 KB DataFlash，用于實(shí)現(xiàn)程序和數(shù)據(jù)存儲，均帶有錯誤校正碼（ECC）；

3）可配置8位、10位或12位ADC，3μs的轉(zhuǎn)換時(shí)間；

4）內(nèi)嵌MSCAN模塊用于CAN節(jié)點(diǎn)應(yīng)用，內(nèi)嵌支持LIN協(xié)議的增強(qiáng)型SCI模塊及SPI模塊；

5）4通道16位計(jì)數(shù)器；

6）出色的低功耗特性，帶有中斷喚醒功能的10，實(shí)現(xiàn)喚醒休眠系統(tǒng)的功能；

7）8通道PWM，易于實(shí)現(xiàn)電機(jī)控制。

1.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

基于S12XS128實(shí)現(xiàn)的BCM硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。由圖可見，BCM硬件電路包括開關(guān)信號檢測、CAN／LIN通訊、負(fù)載控制及監(jiān)控幾部分。其中開關(guān)信號檢測通過多路開關(guān)檢測芯片MC33993實(shí)現(xiàn)，LIN通訊通過UART模塊和LIN總線物理層收發(fā)器TJA1021共同實(shí)現(xiàn)，CAN通訊通過CAN模塊和CAN總線物理層收發(fā)器TJA1055共同實(shí)現(xiàn)，負(fù)載控制通過智能功率器件實(shí)現(xiàn)，智能功率器件除了實(shí)現(xiàn)對負(fù)載的功率驅(qū)動，還可以提供鏡像工作電流，這樣通過對其鏡像工作電流取樣ADC轉(zhuǎn)換便可以監(jiān)測負(fù)載的工作狀況。

圖1 基于S12XS128實(shí)現(xiàn)的BCM硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1.3 開關(guān)信號檢測

在BCM的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)中，由開關(guān)狀態(tài)及其狀態(tài)變化觸發(fā)對控制負(fù)載的控制是最常見也是最重要的一種控制方式，由于開關(guān)信號繁多，而且BCM的控制負(fù)載多采用10的方式進(jìn)行控制，這樣在XS128的IO引腳有限的情況下，怎樣完成對多個(gè)開關(guān)狀態(tài)的監(jiān)測成為設(shè)計(jì)中的一大挑戰(zhàn)。同時(shí)對于電池供電的汽車電子應(yīng)用而言，BCM本身有低功耗的需求，當(dāng)滿足低功耗條件時(shí)，進(jìn)入低功耗模式，系統(tǒng)關(guān)斷不必要的模塊，降低功耗；當(dāng)若干特定開關(guān)的狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，系統(tǒng)需要啟動相關(guān)模塊，進(jìn)入正常工作模式，這樣不僅要實(shí)現(xiàn)正常工作模式下的開關(guān)狀態(tài)采集及其狀態(tài)變化的捕捉，還需要實(shí)現(xiàn)低功耗模式下的喚醒功能。

對部分開關(guān)信號采用分立的方式進(jìn)行采集，其余則采用Freescale可編程多路開關(guān)檢測接口芯片MC33993實(shí)現(xiàn)，其硬件電路如圖2所示。

圖2 硬件電路圖

MC33993通過SPI和處理器通信，可檢測22路開關(guān)量輸入信號，并可以設(shè)置哪些開關(guān)通道可以觸發(fā)中斷。首先XS128通過SPI向MC33993發(fā)送控制命令字，進(jìn)行初始化設(shè)置，設(shè)定MC33993的工作方式，并使能那些中斷喚醒的開關(guān)通道的可觸發(fā)中斷功能。在正常工作模式下XS128通過SPI接口周期讀取MC33993的開關(guān)狀態(tài)，在低功耗模式下可觸發(fā)中斷的開關(guān)通道狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，便可以喚醒XS128，進(jìn)入正常工作模式。

2 軟件設(shè)計(jì)

2.1 軟件流程設(shè)計(jì)

BCM的軟件設(shè)計(jì)采用初始化+循環(huán)體的軟件結(jié)構(gòu)，軟件流程圖如圖3所示。首先進(jìn)行全局變量和所用外設(shè)（包括IO、ADC、SPI、PWM、TIME-R、SCI）的初始化，然后在循環(huán)體內(nèi)依次進(jìn)行開關(guān)信號檢測、LIN通信、RKE通信以及負(fù)載控制。對負(fù)載控制邏輯而言，開關(guān)信號、LIN信號和RKE信號都是觸發(fā)其控制操作的輸入信號，而且由于需要把若干開關(guān)信號填充到LIN幀中，所以把負(fù)載控制放在循環(huán)體的最后，各軟件模塊次序如圖3所示。

圖3 軟件流程圖

2.2 開關(guān)信號檢測軟件設(shè)計(jì)

在BCM的開關(guān)控制邏輯中，開關(guān)信號的狀態(tài)及其變化經(jīng)常作為某個(gè)控制邏輯的背景條件和激勵信號，所以在程序設(shè)計(jì)時(shí)，對單個(gè)物理開關(guān)信號需要確定其當(dāng)前狀態(tài)及狀態(tài)跳變（包括開關(guān)閉合到斷開和開關(guān)斷開到閉合的變化）。由于BCM需要采集的開關(guān)信號比較多，為了程序的簡潔和邏輯的清晰，定義一個(gè)結(jié)構(gòu)體將各路開關(guān)信號統(tǒng)一起來，利用結(jié)構(gòu)體的位變量特性節(jié)約變量空間，利用結(jié)構(gòu)的統(tǒng)一性節(jié)約開關(guān)信號檢測函數(shù)的代碼空間。設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)體如下：

在上述結(jié)構(gòu)體中Switch表示開關(guān)信號的當(dāng)前狀態(tài)，Swon_event和Swoff_event分別表示開關(guān)從斷開到閉合和從閉合到斷開的變化，CurSw和Detect_cnt用于開關(guān)信號采集、的軟件消抖功能。設(shè)計(jì)一10 ms的定時(shí)器，周期讀取開關(guān)當(dāng)前狀態(tài)，3次確認(rèn)以判斷Switch、Swon_event、Swoff_event。其代碼實(shí)現(xiàn)如下：

3 結(jié)束語

采用MC9S12XS128設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一款車身中央控制器BCM，從處理器特性、硬件結(jié)構(gòu)、多路開關(guān)擴(kuò)展及開關(guān)信號檢測等方面描述了BCM的硬件設(shè)計(jì)，從軟件流程設(shè)計(jì)，開關(guān)信號狀態(tài)監(jiān)測及變化捕捉的軟件實(shí)現(xiàn)上描述了BCM的軟件設(shè)計(jì)。該BCM經(jīng)裝車試驗(yàn)，運(yùn)行穩(wěn)定，功能可靠，已經(jīng)進(jìn)入小批量預(yù)生產(chǎn)階段，具有很高的實(shí)用價(jià)值。