飛思卡爾微處理器幫助實(shí)現(xiàn)汽車(chē)網(wǎng)絡(luò)高速通信

　　近年來(lái)，隨著微控制器進(jìn)入汽車(chē)控制領(lǐng)域，汽車(chē)發(fā)展產(chǎn)生了劃時(shí)代的變化，汽車(chē)的動(dòng)力性、操作穩(wěn)定性、安全性、燃油經(jīng)濟(jì)性、對(duì)環(huán)境的友好性都得到了大幅提升。然而，任何技術(shù)都具有局限性，電子設(shè)備的大量應(yīng)用，必然導(dǎo)致車(chē)身布線愈長(zhǎng)愈復(fù)雜、運(yùn)行可靠性降低、故障維修難度增大。特別是電子控制單元的大量引入，為了提高信號(hào)的利用率，要求大批的數(shù)據(jù)信息能在不同的電子單元中共享，汽車(chē)綜合控制系統(tǒng)中大量的控制信號(hào)也需要實(shí)時(shí)交換，傳統(tǒng)線束已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足這種需求，于是在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和現(xiàn)場(chǎng)控制技術(shù)的基礎(chǔ)上，出現(xiàn)了各種適用于汽車(chē)環(huán)境的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。

應(yīng)對(duì)汽車(chē)網(wǎng)絡(luò)的挑戰(zhàn)

　　和其它控制現(xiàn)場(chǎng)相比，汽車(chē)內(nèi)溫度變化范圍大(?45℃~100℃)，電磁干擾和其它電子噪聲強(qiáng)，環(huán)境惡劣，因此網(wǎng)絡(luò)在車(chē)內(nèi)的運(yùn)行可靠性尤為重要，這不但體現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)自身的容錯(cuò)能力和抗干擾能力上，而且也體現(xiàn)在信號(hào)的編碼方式和傳輸方式上。為了應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)，汽車(chē)半導(dǎo)體供應(yīng)商 —— 飛思卡爾聯(lián)合業(yè)務(wù)伙伴一起力 推FlexRay——一種用于汽車(chē) 的高速可確定性的，具備故障容錯(cuò)的總線系統(tǒng)。

　　RlexRay是一個(gè)確定性的、具有容錯(cuò) 功能的通信協(xié)議，通過(guò)在確定的時(shí)間槽中傳遞信息，以及在兩個(gè)通道上的故障容錯(cuò)和冗余信息的傳送，能為高級(jí)控制應(yīng)用提供高達(dá)10Mbps的數(shù)據(jù)速率。這種高速通信技術(shù)可以提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量，減少用于消除帶寬瓶頸的并行控制器局域網(wǎng)(CAN)的數(shù)量，從而幫助降低系統(tǒng)成本。憑借其高帶寬優(yōu)勢(shì)，F(xiàn)lexRay技術(shù)已經(jīng)成為汽車(chē)網(wǎng)絡(luò)骨干的理想?yún)f(xié)議。此外，其雙通道架構(gòu)也可以滿(mǎn)足高級(jí)安全系統(tǒng)的冗余要求。FlexRay集諸多優(yōu)點(diǎn)于一身，能幫助開(kāi)發(fā)更為安全、更具響應(yīng)性、更加可靠和環(huán)保的下一代汽車(chē)產(chǎn)品。

S12XF提供更多設(shè)計(jì)自由

　　隨著FlexRay技術(shù)首次在2007年新模型車(chē)中的應(yīng)用，高速通信網(wǎng)絡(luò)正在重新定義汽車(chē)的安全和性能。為了幫助推廣這種創(chuàng)新技術(shù)，近期，飛思卡爾擴(kuò)展了公司的16位汽車(chē)微控制器(MCU)系列，其新產(chǎn)品MC9S12XF系列采用了FlexRay技術(shù)，并將閃存擴(kuò)展到512K。該系列基于飛思卡爾廣泛使用的高容量S12架構(gòu)，為FlexRay網(wǎng)絡(luò)上的嵌入式節(jié)點(diǎn)提供高性能的分布式控制解決方案。S12XF系列共有4種高集成度的MCU，提供不同的存儲(chǔ)器配置，并 配備了高性能的XGATE RISC協(xié)處理器。該系列還提供多種封裝選擇，從112針腳的小外形四方扁平封裝(LQFP)設(shè)備，到10毫米 x 10毫米的64針腳LQFP，這是目前市場(chǎng)上體積最小的FlexRay控制器。體積小巧的S12XF MCU非常適合于一些空間受到嚴(yán)格限制的應(yīng)用，例如與FlexRay網(wǎng)絡(luò)上的32位中心控制器通信的分布式執(zhí)行器和傳感器控制模塊。16位S12XF設(shè)備可以作為各種高級(jí)安全應(yīng)用和主動(dòng)駕駛應(yīng)用的終端節(jié)點(diǎn)，這些應(yīng)用包括：懸架控制、主動(dòng)防側(cè)翻、主動(dòng)制動(dòng)、車(chē)道偏離告警系統(tǒng)、停車(chē)調(diào)度協(xié)作和電子式駐車(chē)系統(tǒng)。(圖1：S12XF芯片)

圖1 (略)

MC9S12XF系列的特性：

. 50MHz S12X 內(nèi)核，基于高效的16位CISC架構(gòu)；

. 集成的單/雙通道FlexRay v2.1，每通道支持2.5、5、8和10 Mb/s的數(shù)據(jù)速率；

. FlexRay時(shí)鐘，采用頻率從4MHz到40MHz不等的晶體振蕩器，使用PLL(鎖相環(huán))實(shí)現(xiàn)成本和EMC的優(yōu)化；

. 集成XGATE RISC協(xié)處理器，提供高達(dá)100 MIPS的額外處理能力；

. 512KB、384KB、256KB和128KB的汽車(chē)質(zhì)量閃存選擇，帶有糾錯(cuò)碼(ECC)；

. 1 6通道的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，可配置的8/10/12位分辨率，只需3μs的轉(zhuǎn)換時(shí)間；

. 集成的電機(jī)控制模塊，使用6通道脈沖寬度調(diào)制器(PWM)，具有故障保護(hù)和電流感應(yīng)輸入；

. 支持控制器局域網(wǎng)(CAN)、本地互連網(wǎng)絡(luò)LIN和串行外圍設(shè)備接口(SPI)協(xié)議；

. 增強(qiáng)型周期中斷定時(shí)器，具有3個(gè)同步源(ADC、PMF觸發(fā)器功能，增強(qiáng)電機(jī)控制算法)；

. 小型封裝選擇，根據(jù)I/O的需要進(jìn)行擴(kuò)展；

    作為FlexRay Consortium的創(chuàng)始成員之一，飛思卡爾是第一家將基于FlexRay控制器的16位架構(gòu)推向汽車(chē)市場(chǎng)的半導(dǎo)體公司。飛思卡爾提供了廣泛的基于FlexRay的產(chǎn)品，并且飛思卡爾是目前唯一的其所提供的FlexRay 控制器在即將投產(chǎn)的汽車(chē)中采用的半導(dǎo)體供應(yīng)商。此外，飛思卡爾還為其FlexRay 解決方案提供廣泛的生態(tài)系統(tǒng)支持，包括開(kāi)發(fā)軟件和入門(mén)工具箱。

XGATE協(xié)處理器優(yōu)勢(shì)盡顯

    除了提供FlexRay技術(shù)外，S12XF系列還集成了飛思卡爾的XGATE協(xié)處理器，該處理器的功能類(lèi)似于主CPU的專(zhuān)用協(xié)處理器?；赗ISC的XGATE協(xié)處理器于2004年推出，基 于S12X架構(gòu)，克服了實(shí)現(xiàn)更高M(jìn)CU性能的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)，并且不會(huì)增加成本，也沒(méi)有因增加獨(dú)立處理器而產(chǎn)生的復(fù)雜性。XGATE協(xié)處理器的運(yùn)行速度是主CPU的兩倍，并且沒(méi)有任何CPU處理開(kāi)銷(xiāo)，能夠提高系統(tǒng)性能，最高運(yùn)行性能達(dá)到100MIPS。借助該協(xié)處理器架構(gòu)，S12XF設(shè)備能夠提供毫不遜色于很多32位MCU的性能，同時(shí)保持了飛思卡爾S12X架構(gòu)的優(yōu)勢(shì)，如低系統(tǒng)成本和高編碼效率。

　　XGate具有眾多優(yōu)勢(shì)，例如可將其應(yīng)用在提高汽車(chē)效能中。目前，大多數(shù)汽車(chē)應(yīng)用對(duì)實(shí)時(shí)效能的要求都很高，通常超過(guò)模塊的實(shí)際功能。例如汽車(chē)的儀表板必須可以顯示車(chē)輛目前的狀態(tài)，同時(shí)可接收并處理從傳感器傳來(lái)的實(shí)時(shí)信息。由于XGate不僅可以接收這項(xiàng)信息，還可予以格式化并儲(chǔ)存，因此CPU可用來(lái)響應(yīng)駕駛?cè)嘶?dòng)的時(shí)間便大量增加，更可減少顯示器可能出現(xiàn)的噪聲干擾。根據(jù)廣泛使用的S12架構(gòu)，這種雙重方法的好處就非常明顯了。大多數(shù)現(xiàn)代化汽車(chē)都是利用通信網(wǎng)關(guān)來(lái)允許不同的通信網(wǎng)路互傳信息。此外，網(wǎng)關(guān)還可以執(zhí)行 其它功能。

　　XGate可以在大約4μs內(nèi)執(zhí)行一 個(gè)典型的網(wǎng)關(guān)工作(檢查CAN ID，儲(chǔ)存 于內(nèi)存，然后復(fù)制到傳送緩沖器(transmit buffer)中)，而S12需9μs。這表示使用XGate，CPU可儲(chǔ)存高于9μs的中斷。對(duì)一個(gè)具有5個(gè)CAN網(wǎng)絡(luò)完全滿(mǎn)載的非常忙碌連接網(wǎng) 關(guān)而言，它可節(jié)省超過(guò)20%的CPU處理能力，卻僅用到XGate的10%。對(duì)于一個(gè)更復(fù)雜的網(wǎng)關(guān)而言，要將個(gè)別位字段或信號(hào)在多個(gè)CAN上進(jìn)行路由傳送，XGate的處理速度通?？筛哂诿棵胩幚?5000 則信息。

　　另外，除了提供改善的實(shí)時(shí)效能，這種雙重架構(gòu)途徑也可為實(shí)時(shí)軟件設(shè)計(jì)者帶來(lái)意想不到的好處。許多架構(gòu)式分析及設(shè)計(jì)工具依賴(lài)設(shè)計(jì)者將資料流處理與實(shí)時(shí)或控制處理分開(kāi)。這個(gè)方法可以簡(jiǎn)化高階設(shè)計(jì)，但卻隱藏了在建置時(shí)潛藏的效能問(wèn)題。有了S12X，設(shè)計(jì)者可輕易確保實(shí)時(shí)處理不會(huì)互相沖突，因?yàn)橹鰿PU可以完全將重心放在主要資料的處理。

　　為了推動(dòng)下一代汽車(chē)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的發(fā)展，飛思卡爾致力于以其高度成熟的技術(shù)來(lái)滿(mǎn)足市場(chǎng)需求，幫助設(shè)計(jì)人員產(chǎn)生更多靈感。其提供的以MC9S12XF為代表的一系列的FlexRay控制器，因?yàn)榫哂兄T多優(yōu)點(diǎn)，也一定會(huì)幫助設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)出更具有前瞻性的應(yīng)用。