應(yīng)用于儀表板控制及車身控制的新一MCU技術(shù)

不論是儀表盤控制或車身控制的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。

2. 大量網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)處理能力：

今日汽車中的CAN網(wǎng)絡(luò)內(nèi)存在著大量的內(nèi)置式ECU，它們的規(guī)模隨著節(jié)點(diǎn)數(shù)量的增加而不斷擴(kuò)大，因此車用MCU必須支持更多的訊息緩沖器(message buffer)。上一代的32位CAN微控制器能提供達(dá)32個(gè)內(nèi)置式訊息緩沖器，但現(xiàn)在已顯得不敷使用，以新一代富士通MCU來(lái)說(shuō)，已能支持達(dá)64個(gè)內(nèi)置式訊息緩沖器，而且支持CAN 2.0A/B規(guī)格及提供1Mbps的高傳輸率。

3. 廣泛接口支持能力：

車用MCU連接的外圍相當(dāng)多樣，而連接的接口可能是UART、頻率同步串行、LIN-UART 和 I2C，因此必須具備彈性的接口連接能力。為了滿足此需求，富士通將內(nèi)置式多功能串行接口用作串行通信接口，并透過(guò)軟件方式來(lái)切換上述各種接口，以靈活支持外部組件的通信規(guī)范，并提高系統(tǒng)設(shè)計(jì)的自由度。新系列MCU還提供LIN-UART 的6條通道，從而能夠與更多控制單元進(jìn)行通信;其中MB91725系列因具有定時(shí)器功能的多條信道和 A/D 轉(zhuǎn)換器，更容易達(dá)成各種功能的整合。請(qǐng)參考(圖二)。

圖二　使用序列接口達(dá)成彈性的通信接口功能整合

可擴(kuò)展電路板布局范圍的功能：

由于車用電路板系統(tǒng)的布局設(shè)計(jì)方式相當(dāng)多樣，車用MCU必須能滿足這些設(shè)計(jì)的需求。一些可行的作法包括為外部總線接口終端配置獨(dú)立電源，使得ECU板上無(wú)需再安裝電平轉(zhuǎn)換器。此一外部總線接口終端的電源范圍要廣(如涵蓋3.0V至5.5V)，進(jìn)而能彈性地和單元內(nèi)存或圖像用ASIC相連。

另一個(gè)作法是讓MCU具備內(nèi)置式I/O再分配的功能，透過(guò)軟件設(shè)置即可改變I/O連接埠的分配。如此一來(lái)，設(shè)計(jì)者可以更彈性地與特定外圍相連結(jié)，進(jìn)而大幅提升電路板布局的自由度。

5. 先進(jìn)的內(nèi)存架構(gòu)：

為了提升工作處理彈性，今日車用微控制器的系統(tǒng)中往往會(huì)內(nèi)置嵌入式內(nèi)存(Flash)。過(guò)去只將Flash用于程序儲(chǔ)存，新一代MCU的架構(gòu)中也加入數(shù)據(jù)用的Flash。此架構(gòu)不僅能提高數(shù)據(jù)寫入速度，因不再需要E2PROM，也能縮小電路板的面積。此外，將數(shù)據(jù)與程序同時(shí)儲(chǔ)存于微控制器的Flash內(nèi)存中，也有助于防止信息的泄露。

6. 更便利的開發(fā)環(huán)境：

一般產(chǎn)品必須利用ICE主單元和驗(yàn)證用評(píng)估芯片來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)檢驗(yàn)，為了降低驗(yàn)證的復(fù)雜度，我們?yōu)樾乱淮鶰CU產(chǎn)品提供芯片上(on-chip)的偵錯(cuò)方式。它采用單線調(diào)試接口，可以實(shí)現(xiàn)汽車評(píng)估或一致性測(cè)試，并且能夠利用通用同軸電纜、在高達(dá)10米的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)小型 ICE 主單元和目標(biāo)電路板之間的通信。這可以簡(jiǎn)化按照常規(guī)難以實(shí)現(xiàn)的汽車評(píng)估。

圖三　運(yùn)用芯片上偵錯(cuò)實(shí)現(xiàn)汽車評(píng)估

結(jié)論

一輛汽車中的電子系統(tǒng)愈來(lái)愈復(fù)雜，對(duì)于車用MCU的仰賴也愈來(lái)愈深。針對(duì)汽車儀表板及車身控制設(shè)計(jì)，必須為駕駛提供精準(zhǔn)迅速的輔助信息，以及便利舒適的乘車空間，因此相關(guān)的MCU也必須滿足更高的性能及更彈性的設(shè)計(jì)需求，才能為應(yīng)用功能的開發(fā)帶來(lái)幫助。