車輛中微控制器的數(shù)量正在穩(wěn)步增加，其中一個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域是降低油耗。因此，一些制造商正在設(shè)計(jì)和制造針對(duì)動(dòng)力總成應(yīng)用的微控制器。這個(gè)市場(chǎng)的趨勢(shì)是在車輛周圍分配情報(bào)。這些微控制器能夠解決動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的不同方面以及分布式架構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)挑戰(zhàn)。用作發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元（ECU）的微控制器正變得越來越普遍。確認(rèn)這些將完成所需的工作并具有最高質(zhì)量，這對(duì)于促進(jìn)進(jìn)一步實(shí)施至關(guān)重要。需要使用診斷工具來分析可追溯性信息，因此這種類型的第一級(jí)診斷應(yīng)該在設(shè)計(jì)周期中盡早進(jìn)行。

動(dòng)力總成市場(chǎng)正在尋找創(chuàng)新以減少車輛的碳足跡，受歡迎方法包括減小發(fā)動(dòng)機(jī)的尺寸，減少噴射損失和提高效率。汽車制造商希望優(yōu)化齒輪比和換檔，減少摩擦和液壓損失，并繼續(xù)推動(dòng)混合動(dòng)力和全電動(dòng)汽車。在所有這些領(lǐng)域中，汽車中的電子設(shè)備發(fā)揮著越來越重要的作用。

實(shí)例和應(yīng)用

將這些想法付諸實(shí)踐的是許多設(shè)備，從STMicroelectronics SPC563M64L5COAR開始，它是SPC56x系列微控制器的一部分適用于ECU診斷應(yīng)用。英飛凌SAA-XC866-4FRA 5V BE還可用于各種動(dòng)力總成應(yīng)用（當(dāng)用作控制燃油泵的電路的一部分時(shí)，其能夠降低燃料消耗的一個(gè)例子將在后面討論）。 Atmel的AVR低功耗32位微控制器，如AT32UC3C0512C-ALUR，可為汽車應(yīng)用提供更高的功效。這些不僅限于在動(dòng)力總成中使用，因?yàn)樗鼈冞€可以用于諸如汽車音響和門控制模塊的應(yīng)用。然而，隨著汽車變得越來越多地連接，車輛中的所有裝置必須一起工作。因此，重要的是它們可以與車輛網(wǎng)絡(luò)連接。飛思卡爾半導(dǎo)體在其MPC5xx系列微控制器中提供MPC5566MVR132，可與該公司的MFR4310 FlexRay控制器配合使用。

ECU診斷

有許多不同的工具可用于STMicroelectronics SPC56x系列微控制器，用于ECU診斷，特別是SPC563Mx和SPC564Ax動(dòng)力總成設(shè)備。了解Flash何時(shí)受到保護(hù)以及如何讀取存儲(chǔ)在SPC56x Flash中的可追溯性信息將允許汽車制造商為其ECU定義和實(shí)施正確的策略。由于IP保護(hù)和引擎調(diào)整很重要，因此需要識(shí)別不需要訪問Flash密碼的配置。

當(dāng)懷疑ECU行為不正確時(shí)，需要運(yùn)行ECU級(jí)診斷。現(xiàn)場(chǎng)的ECU級(jí)診斷有兩個(gè)主要目標(biāo)。第一種是收集ECU配置的可追溯性信息，第二種是運(yùn)行ECU級(jí)別的自檢。 ECU級(jí)診斷的另一個(gè)難點(diǎn)是訪問PCB，因?yàn)樗ǔｋ[藏在ECU外殼內(nèi)。因此，有多種方法可用于ECU級(jí)診斷，無需外殼即可進(jìn)行外殼和PCB級(jí)診斷。

ECU級(jí)可追溯性涉及硬件和軟件配置信息。在硬件方面，存在ECU的關(guān)鍵部件的修訂號(hào)和可追溯性信息。軟件信息包括每個(gè)頂級(jí)軟件組件的修訂號(hào)。除此之外，有時(shí)也會(huì)收集硬件或軟件組件的日期代碼。

圖1：SPC563M64的頂級(jí)框圖。

每個(gè)SPC56x都存儲(chǔ)了可跟蹤性信息內(nèi)存位置的Flash內(nèi)部，可由應(yīng)用程序訪問，以便用戶軟件可以讀取它們并通過選定的診斷通信接口發(fā)送它們，無論是UART，LIN，CAN還是FlexRay。要發(fā)送可追溯性信息，用戶可以使用由應(yīng)用程序軟件輸入的用戶定義的診斷模式或使用串行引導(dǎo)模式。這主要是由汽車制造商的密碼策略驅(qū)動(dòng)的。

當(dāng)Flash受到保護(hù)時(shí)，應(yīng)用軟件總能讀取可追溯性信息。然后，應(yīng)用軟件可以具有特定的診斷模式，使其能夠通過預(yù)定義的通信接口（例如CAN，LIN，K-Line和FlexRay）發(fā)送該信息。此操作不需要工程師知道Flash密碼即可在現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行這些操作。但是，使用串行引導(dǎo)模式，工程師需要密碼。使用密碼的外部工具可以讀取設(shè)備內(nèi)的可跟蹤性信息。也就是說，可以僅使用串行鏈接使用串行引導(dǎo)模式，在這種情況下不需要密碼。為此，工程師需要首先在RAM中保留位置，最好使用最高地址。然后，應(yīng)用軟件可用于在上電過程中系統(tǒng)地將Flash中的位置副本復(fù)制到RAM中的選定位置。 ECU應(yīng)首先在應(yīng)用模式下啟動(dòng)，然后在沒有電源關(guān)閉的情況下應(yīng)用復(fù)位，以確保MCU處于串行啟動(dòng)模式。然后，可以使用上載到RAM中的軟件使用所選的串行鏈接導(dǎo)出可跟蹤性信息ECU級(jí)自檢可以從應(yīng)用軟件或微控制器RAM運(yùn)行。即使啟用了高保護(hù)級(jí)別，SPC563Mx和SPC564Ax也允許在RAM中上載軟件，無需向用戶分發(fā)任何私人密碼即可運(yùn)行。這允許它們執(zhí)行特定于MCU的，ASSP和功率級(jí)自檢。當(dāng)SPC563Mx或SPC564Ax進(jìn)入串行自舉模式且串行引導(dǎo)控制字與0x55AA不同時(shí)，器件的Flash被禁用， JTAG端口已啟用。要讀取可追溯性信息，工程師必須首先在RAM中保留位置。和以前一樣，應(yīng)用軟件可用于在上電過程中系統(tǒng)地將Flash中的位置副本復(fù)制到RAM中的選定位置。首先應(yīng)在應(yīng)用模式下啟動(dòng)ECU，然后在沒有電源關(guān)閉的情況下應(yīng)用復(fù)位。然后，該工具可與JTAG一起使用，以連接到設(shè)備，從RAM中加載和執(zhí)行軟件。

ECU的PCB應(yīng)準(zhǔn)備好進(jìn)行JTAG連接。在大多數(shù)情況下，JTAG測(cè)試焊盤可以靠近MCU放置以進(jìn)行PCB測(cè)試。一個(gè)很好的選擇是提供SMD JTAG連接器，因?yàn)樗梢杂糜贓CU測(cè)試和PCB級(jí)診斷。

一起工作

車輛中不同設(shè)備的一個(gè)重要方面是這些可以和車輛網(wǎng)絡(luò)一起工作。飛思卡爾半導(dǎo)體在其16位和32位MPC5xx系列微控制器中采用了MPC5566MVR132-ND和其他產(chǎn)品，這些產(chǎn)品將與該公司的MFR4310 FlexRay控制器配合使用。兩者之間的硬件接口很簡(jiǎn)單，但也需要軟件。通過應(yīng)用這些技術(shù)，用戶可以快速設(shè)計(jì)全功能FlexRay節(jié)點(diǎn)。

MPC5xx通過外部總線接口（EBI）與MFR4310連接。在MPC5xx上，EBI提供單獨(dú)的地址，數(shù)據(jù)和控制信號(hào)。必須使用MFR4310 MPC模式將MFR4310連接到MPC5xx。

圖2：將MFR4310連接到MPC5xx MCU。

操作控制器主機(jī)接口（CHI）所需的接口模式是MPC接口。 MPC模式有一個(gè)CHI和主機(jī)接口時(shí)鐘 - CHICLK_CC。這是可選的外部CHI時(shí)鐘輸入。選擇時(shí)CHICLK_CC的最小外部時(shí)鐘頻率為20 MHz，最大值為76 MHz。

在MFR4310上，D0是數(shù)據(jù)總線的最低有效位（LSB），A1是地址總線的LSB，但在MPC5xx上，ADDR0是地址的最高位。因此，數(shù)據(jù)和地址引腳必須以與MFR4310相反的順序連接，即MFR4310上的D0連接到MPC5xx上的DATA15，MFR4310上的A1連接到MPC5xx上的ADDR30。 MFR4310具有16位數(shù)據(jù)總線，但可通過BSEL0＃和BSEL1＃信號(hào)進(jìn)行8位數(shù)據(jù)訪問。 MFR4310必須配置為3.3 VI/O（通過3.3 V為VDDR供電）以允許與MPC5xx正確連接，其EBI引腳也必須由3.3 V供電。

軟件設(shè)置主要涉及初始化MPC5xx允許與MFR4310控制器主機(jī)接口成功通信。當(dāng)兩個(gè)器件都已初始化時(shí)，MPC5xx可以讀取和寫入MFR4310寄存器。

必須初始化MPC5xx存儲(chǔ)器控制器，EBI才能使用正確的片選和正確的等待狀態(tài)數(shù)，這取決于內(nèi)部總線頻率。在此序列之后，F(xiàn)lexRay塊被配置為FlexRay節(jié)點(diǎn)，并準(zhǔn)備好集成到FlexRay集群中。初始化序列的第二步是在MPC5xx上配置芯片選擇。存儲(chǔ)器控制器控制MPC5xx的芯片選擇生成。 MPC5xx上有四個(gè)芯片選擇，其中任何一個(gè)都可以選擇作為MFR4310的芯片選擇。 CS0＃是全局芯片選擇，主要用于從外部閃存引導(dǎo)。如果它用于此主要目的，則不能用于MFR4310通信，并且必須使用不同的芯片選擇。選項(xiàng)寄存器OR ［0：3］和基址寄存器BR ［0：3］用于配置芯片選擇。

MPC5xx和MFR4310之間的成功讀/寫訪問需要許多等待狀態(tài)。該數(shù)字應(yīng)在存儲(chǔ)器控制器選項(xiàng)寄存器中設(shè)置SCY位。 BSEL0＃和BSEL1＃必須分別通過MPC接口連接到WE/BE0＃和WE/BE1＃。這將允許8位和16位訪問。

這意味著MFR4310 FlexRay控制器可以成功連接到MPC5xx系列MCU，并在MPC5xx選項(xiàng)寄存器中設(shè)置正確的等待狀態(tài)數(shù)，以進(jìn)行相應(yīng)的芯片選擇。 MPC5xx通過外部總線直接連接到MFR4310控制器，無需膠水邏輯。軟件配置也很簡(jiǎn)單，外設(shè)只是內(nèi)存映射到全局地址空間。觀察到的結(jié)果驗(yàn)證了主機(jī)微控制器與獨(dú)立FlexRay通信控制器之間成功通信所需的最佳時(shí)序參數(shù)。

其他微控制器

許多其他微控制器可用于此類汽車應(yīng)用。例如，Atmel的AVR低功耗32位微控制器，如AT32UC3C0512C-ALUR，由于其更高的處理能力和精度，可以為汽車應(yīng)用提供更高的功效。這些允許實(shí)現(xiàn)諸如高級(jí)控制算法，語音控制和電容式觸摸感測(cè)之類的功能。 UC3C 32位微控制器還包括外設(shè)事件系統(tǒng)，精密時(shí)鐘和高性能外設(shè)。集成功能包括安全閃存，基于硬件的安全機(jī)制，直接與模擬傳感器連接的能力以及可配置的軟件框架。

圖3：汽車音響應(yīng)用中的UC3C 32位微控制器（頂部）和門控模塊（底部）。許多汽車設(shè)計(jì)都具有零散的功能架構(gòu);有一個(gè)單獨(dú)的USB芯片，一個(gè)用于CAN，另一個(gè)用于圖形，一個(gè)用于支持的每個(gè)音頻解碼器，等等。諸如UC3C之類的微控制器具有外設(shè)集成和擴(kuò)展處理能力，允許將整個(gè)系統(tǒng)架構(gòu)整合到單個(gè)芯片上，用于汽車音頻應(yīng)用。當(dāng)用于門控模塊時(shí)，它可以包括鏡子定位，車窗升降器操作，具有指示器調(diào)光功能的LED背光，以及用于控制車窗升降器和鏡子定位的不同類型的傳感器和開關(guān)的接口。 ?？梢酝ㄟ^LIN或CAN接口實(shí)現(xiàn)與車輛網(wǎng)絡(luò)的互連。

集成浮點(diǎn)單元（FPU）簡(jiǎn)化了應(yīng)用程序開發(fā)。特別是復(fù)雜算法的實(shí)現(xiàn)需要更少的努力，并且更寬的動(dòng)態(tài)范圍保持高精度。使用32位浮點(diǎn)指令實(shí)現(xiàn)復(fù)雜算法不僅可以提高系統(tǒng)精度和效率，還可以加速開發(fā)。許多應(yīng)用都可以從FPU的使用中受益，包括這些門控和音頻應(yīng)用。

燃油泵

英飛凌擁有一系列8位，16位和32位汽車認(rèn)證微控制器，其中包括8位SAA-XC866-4FRA 5V BE。它使用XC800內(nèi)核，與標(biāo)準(zhǔn)8051處理器兼容。它使用每機(jī)器兩個(gè)時(shí)鐘周期的架構(gòu)來進(jìn)行具有等待狀態(tài)的存儲(chǔ)器訪問。片上存儲(chǔ)器包括8 KB的引導(dǎo)ROM，256字節(jié)的RAM，512字節(jié)的XRAM，4，8或16 kbyte的閃存或8或16 kbyte的ROM以及額外的4 kbyte閃存。溫度（高達(dá)+140?C）這些設(shè)備的運(yùn)行使它們非常適用于汽車應(yīng)用，如發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉冷卻風(fēng)扇，油門控制，渦輪增壓器，水泵，油泵和照明。

圖4：燃油泵應(yīng)用中的英飛凌XC8xx 8位微控制器圖4顯示了燃油泵應(yīng)用中的這種微控制器。該電路還使用BTN89xx，Novalithic高電流PN半橋系列的一部分，以及TLEA46xx低壓差固定電壓穩(wěn)壓器。通過使用XC8xx系列中的不同產(chǎn)品，可以根據(jù)性能和預(yù)算需求定制該電路。該回路的益處包括燃料節(jié)省超過1％，例如，從160g到158.4g CO 2 /km。碳?xì)浠衔锱欧乓矞p少，壽命增加。該公司還報(bào)告燃油效率提高了約0.34英里/加侖。

結(jié)論

汽車應(yīng)用中的微控制器市場(chǎng)正在快速增長(zhǎng)。每一代車輛更多地依賴于電子設(shè)備和隨附的軟件。例如，最初的阿波羅制導(dǎo)計(jì)算機(jī)只有2000行代碼，相比之下普通汽車的代碼為1000萬行，預(yù)計(jì)在未來十年內(nèi)將增加另一個(gè)數(shù)量級(jí)。除了降低油耗外，這些微控制器還使汽車更加舒適，提高了安全性，并為駕駛員和乘客提供娛樂和信息。上述應(yīng)用只是微控制器在現(xiàn)代車輛中提供本地智能和控制的一小部分。