藍牙技術在汽車中的應用

        基于微控制器的系統(tǒng)發(fā)展日趨精密,給汽車應用帶來了新功能,同時也給這些產品認證工程帶來了新挑戰(zhàn)。

        隨著 RF 技術（如藍牙和 Wi-Fi）應用越來越廣泛,在解決管理條例遵守和法律責任問題方面帶來更高的要求。這些問題包括新技術之間的兼容性、新技術與舊技術之間的沖突以及對安全臨界系統(tǒng)安全性的影響。

　　藍牙為客戶提供了高度透明的附加值,不僅可影響購買決策,而且還可以發(fā)揮高成本效率以及為進入汽車行業(yè)作好鋪墊。這種挑戰(zhàn)將以客戶為本的技術帶入對于可靠性、電磁兼容性／敏感性 (EMC/EMS) 及高品質設計／制造方法要求越來越高的行業(yè)。

　　新技術的出現(xiàn)要求對潛在的產品故障模式進行嚴密的勘查,這可能涉及到系統(tǒng)間復雜的交互。產品設計工程師現(xiàn)在意識到從產品開發(fā)周期一開始乃至安裝和使用階段,務必確定潛在的不遵守管理條例的問題和風險,務必應用有計劃的設計和檢驗措施。在汽車應用中與美國聯(lián)邦通訊委員會 (FCC)、藍牙認證組織 (BQB)、美國保險商實驗室 (UL) 和歐洲組織等制定了相關的管理條例要求,這些要求與汽車行業(yè)中微控制器應用的硬件和軟件功能有關。而影響選擇合適的微控制器可幫助設計工程師避免過重的開發(fā)成本和在產品開發(fā)后期糾正錯誤選擇所帶來的上市時間影響。最后,本文提供了一項認證檢測總結而不是每一機身的單一檢測數(shù)據,以便避免為了符合汽車應用、FCC 和 BQB 的重復要求而帶來的冗余任務。

　　2.0 微控制器應用中的管理條例要求　　

　　在討論藍牙特定要求的詳細情況之前,先回顧一下汽車行業(yè)中對微控制器的一般要求。這些要求包括：　　
　　·對汽車和 FCC/CE 認證的 EMC/EMS 要求　　
　　·美國保險商實驗室 (UL) 規(guī)定的電氣安全　　
　　·汽車特有的品質／安全性檢測

　　2.1 EMC/EMS 要求　　

　　自FCC 宣布不得制造更多的電磁波頻譜污染后,人們對電氣系統(tǒng)中電磁兼容性的關心一直日漸增加。芯片和系統(tǒng)的設計工程師已遵從汽車／FCC 認證準則,在不降低工作性能的前提下減少了電子系統(tǒng)的電磁輻射。

　　2.2 數(shù)字產品的 EMC 檢測要求　　

　　在美國和歐洲銷售的電氣產品的最常見電磁兼容性 (EMC) 檢測要求對使用藍牙連接的產品和不使用藍牙連接的產品通常都是一致的。此外,基于微控制器的汽車應用和非汽車應用也遵守同樣的要求。該檢測級別視產品的類型而有所變化。

　　2.3 EMC 檢測軟件　　

　　美國汽車工程師學會 (SAE) 制訂了一種檢測方法,它使用標準檢測板來測量板卡上安裝的芯片的電磁輻射。EMC 檢測板和檢測軟件的組合還可用于執(zhí)行 FCC 檢測。

　　3.0 美國保險商實驗室要求 (UL)　　

　　UL 1998 標準是作為一項軍事或汽車品質／可靠性文檔頒布的?！　?/p>

　　它的一項重要要求是分析潛在風險并實施跟蹤過程,該過程可全程跟蹤軟件開發(fā)周期以便采取措施來處理這些風險。UL 1998 的另一項重要要求是全程對軟件開發(fā)周期進行檢測。除了一般用于軟件開發(fā)和發(fā)行后檢測的檢測外,該標準還要求進行故障模式和壓力檢測。當復核產品以驗證是否符合標準時,提交檢測方案和檢測結果以證明與標準相符。

　　當微控制器成為電氣系統(tǒng)的關鍵控制元素時,它應包括關鍵架構、硬件／軟件特征以便符合管理機構提出的安全性／檢測要求。這些要求務必符合軟件／硬件的最小開銷要求。

　　對微控制器的要求包括：

　　設備架構務必保證所有指令在程序存儲器之外執(zhí)行;該程序存儲器包含應用軟件和安全／診斷軟件。對這些指令的任何修改務必要求具有有計劃的外部工作。

　　由于微控制器程序存儲器中的軟件在設備運行中扮演重要的角色,因此指令集中務必包含某一指令以允許在運行時期間執(zhí)行檢驗和及CRC 計算。

　　單芯片硬件管理功能如 監(jiān)視器 (看門狗)和“電力減弱”探測提供額外級別的保護。

　　端口結構應在不需要進行特殊編程的情況下能夠探測端口打開和端口不足。每個 I/O 引腳可同時設定為輸出和輸入的地址,以提供有效而快捷的診斷能力。 

圖 1. I/O 圖

　　4.0 汽車品質／安全性要求

　　現(xiàn)有的非藍牙微控制器正在大量出貨,以供應要求高安全性和品質的安全臨界汽車應用。

　　此外,汽車制造商對微控制器供應商提出了一些品質／可靠性要求。這些重要范圍包括：

　　掃描檢測 － 保證所有晶體管工作正常（達到 99% 以上）。

　　電氣應力檢測 － 在電壓高于指定最大工作電壓、但低于設備擊穿電壓下檢測設備。

　　內置自檢 (BIST) － 對編碼進行反

復試驗,以進行不同的單芯片功能檢測和客戶特定檢測。

　　Maverick 部件檢測 － 消除變形的設備。因此,在出貨時應保證每個設備工作性能是一致的。

　　5.0 在汽車應用中增加藍牙連接

　　5.1 藍牙軟件

　　藍牙規(guī)范定義了在設備未有效通信時可能會涉及到的電源管理模式。這些模式可用于實施各種功率減少策略,如減少或暫停 CPU 時鐘、關閉外部設備或關閉無線電收發(fā)器。這些機制減少內部開關電流,效果是減少功耗和減少EMI。藍牙無線設備的功耗是藍牙芯片集整體功耗的主要組成部分。電源管理模式還可用于僅在需要時才保持無線設備處于全功率狀態(tài)。（802.11b 系統(tǒng)與其相比較則有些不同,該系統(tǒng)中的無線設備始終保持加電狀態(tài),接近已連接的局域網的功耗。）

　　5.2 藍牙硬件

　　汽車應用中鑒定合格的微控制器現(xiàn)在可提供集成的藍牙支持（指藍牙基帶硬件和協(xié)議堆棧軟件）。 這為開發(fā)符合汽車行業(yè)標準的產品提供了低風險、快通道的好處。

　　5.3 內置 RF 檢測模式

　　藍牙協(xié)議堆棧為 RF 檢測提供內置檢測模式。有兩種方法可進入藍牙檢測模式：

　　靜態(tài)方法 － 藍牙核心在啟用檢測模式選項時已初始化,因此在啟動時就已進入檢測模式。

　　動態(tài)方法 － 應用軟件發(fā)送命令,該命令導致藍牙堆棧進入檢測模式。最終應用產品可觸發(fā)此模式。例如,應用軟件可讀取開關或按鈕。

　　5.4 檢測／鑒定

　　要幫助嵌入式藍牙產品通過鑒定檢測,藍牙解決方案的供應商有望提供在基帶處理器和藍牙無線設備上運行的全套嵌入式藍牙堆棧,作為預檢測／預鑒定組件。

　　要使鑒定合格,必須將組件整合到最終產品或參考設計中,然后通過一組最少的檢測（如藍牙的《鑒定程序參考文檔》中所述）。

　　此外,此參考設計板還需要進行改進,以便符合 FCC 和汽車 EMC/EMS 要求。這意味著最終產品的開發(fā)人員不必執(zhí)行所有檢測過程,而預檢測組件和最終產品鑒定通常會進行此類檢測過程。鑒定／檢測單獨的藍牙組件及整合這些組件的參考設計對產品開發(fā)人員很有幫助,為他們提供了產品開發(fā)和鑒定的可靠起始點。

　　6.0 管理機構間的重復要求

        表 1. EMC 檢測要求 　

      表 2. RF 檢測要求 　

     表 3. 檢測硬件／軟件 　  

     表 4. 軟件質量、錯誤恢復和診斷  

        7.0 藍牙處理器（微控制器）示例

　　美國國家半導體公司推出的 CP3BT1x 設備是使用藍牙連接的汽車級微控制器示例。該 CPU 采用最新版本的 CompactRISC 處理器核心 － 一種高性能的16 位處理器,為嵌入式控制和連接應用設計了 32 位擴展。此外,CP3BT1x 設備提供以下功能：　　
　　

       256KB 閃存程序存儲器
　　
        8KB 閃存數(shù)據存儲器
　　10KB SRAM
　　USB 1.1 (CP3BT10) 或 CAN 2.0B (CP3BT13) 接口
　　UART
　　SPI/Microwire 接口
　　ACCESS 總線接口（I2C 兼容）
　　編解碼器接口
　　具有控制和捕獲寄存器的定時器
　　37 (CP3BT10) 或 40 (CP3BT13) GPIO 引腳
　　100 引腳 LQFP 和 48引腳芯片比例（7 × 7 毫米）封裝
　　功率／性能比是 0.5 mA/MHz。
　　非常低的功耗（頻率 12 MHz,電流在 2.5V 條件下僅為 6 mA）
　　12 MHz 運行頻率（在單芯片上增大為 24 MHz）提供足夠的 CPU 帶寬,來運行藍牙協(xié)議堆棧和應用程序任務。

　　美國國家半導體公司提供了完整的預檢測／預鑒定藍牙堆棧,其中包括低級別和高級別協(xié)議層。這套完整的堆棧執(zhí)行為應用代碼提供了充足的芯片程序存儲器。美國國家半導體公司為該技術的各方面提供一站式應用支持,這些方面包括：芯片、開發(fā)工具、嵌入式藍牙軟件和 µC/OS-II 操作系統(tǒng)。　

　　8.0 小結 　　　

　　將汽車電子儀器連接到本地藍牙網絡的好處日益明顯,并且很快成為有購買意向的客戶所青睞的標準特征。但是,汽車行業(yè)對可靠性和兼容性有特殊的要求,超出了正常的家庭和辦公標準。新無線技術的引進為復雜的系統(tǒng)進行交互創(chuàng)造了新的可能性,因此用于保證無干擾的檢測標準的重要性日益突出。汽車應用中鑒定合格的微控制器現(xiàn)在可提供集成的藍牙硬件和無線產品,它們?yōu)殚_發(fā)符合汽車行業(yè)標準的產品提供了低風險、快通道的好處。