基于Fujitsu內(nèi)置FR81S內(nèi)核的高性能32位微控制器方案設(shè)計

近年來，在汽車性能方面，除了要求對諸如駕駛、轉(zhuǎn)向和停車等駕駛功能加以改進外，還要求對安全性、舒適性和環(huán)保性等相關(guān)性能加以提高。雖然內(nèi)置式微控制器最近為眾多汽車系統(tǒng)所用，但是為了將來能夠?qū)崿F(xiàn)更安全、更舒適和更環(huán)保的系統(tǒng)，對它們進行性能和功能的改進將至關(guān)重要。

簡介/產(chǎn)品特性

■ 面向更安全、更舒適且更環(huán)保的系統(tǒng)

我們開發(fā)了內(nèi)置“FR81S”專用32位高性能 CPU 內(nèi)核的 MB91770 系列和 MB91725 系列新型微控制器，能夠控制新一代汽車系統(tǒng)。儀表盤控制是 MB91770 系列的主要應(yīng)用領(lǐng)域，而車身控制（空調(diào)、BCM等）則是 MB91725 系列的主要應(yīng)用領(lǐng)域。

■ 新型內(nèi)置式高性能32位 CPU 內(nèi)核“FR81S”

本產(chǎn)品采用 FR81S 內(nèi)核，提供了比傳統(tǒng)32位“FR60”CPU 內(nèi)核高30%或以上的處理性能。FR81S 的工作性能為 1.3MIPS/MHz，作為面向汽車應(yīng)用的微控制器，它提供了極高的處理性能。它還具有內(nèi)置式單精度浮點運算單元（FPU），能夠滿足圖像處理系統(tǒng)和那些需要浮點操作功能的系統(tǒng)（如制動器控制）的要求。雖然時至今日不帶 FPU 的傳統(tǒng)產(chǎn)品仍然需要定點運算之類的運算方法，但是本產(chǎn)品具有硬件支持，因此能夠簡化軟件程序并提升運算性能。

照片1：外觀圖



■ 帶有64個內(nèi)置式消息緩沖器的 CAN 控制器

最近，在汽車的 CAN 網(wǎng)絡(luò)中存在著大量內(nèi)置式 ECU；它們的規(guī)模隨著節(jié)點數(shù)量的增加而不斷擴大。雖然傳統(tǒng)32位 CAN 微控制器主要具有32個內(nèi)置式消息緩沖器，但是這款產(chǎn)品具有64個內(nèi)置式消息緩沖器，從而能夠支持帶有大量節(jié)點的系統(tǒng)。并且，它還支持 ver.2.0A/B 充當(dāng) CAN 協(xié)議和高達 1Mb/s 的比特率。

■ 能夠通過可切換串行接口和 LIN-UART 連接多種外設(shè)功能

本產(chǎn)品將內(nèi)置式多功能串行接口用作串行通信接口（MB91770 系列內(nèi)的2條通道和 MB91725 系列內(nèi)的4條通道）。該多功能串行接口可以通過軟件切換為各條通道選擇 UART、時鐘同步串行、LIN-UART 和 I2C。這樣就可以靈活支持外部器件的通信規(guī)范和提高系統(tǒng)設(shè)計的自由度。除了該多功能串行接口以外，本產(chǎn)品還具有 LIN-UART 的6條通道，從而能夠與更多控制單元進行通信。

■ 可以擴展電路板布局范圍的功能

● 外部總線接口終端專用的電源

本產(chǎn)品為外部總線接口終端配備了獨立電源。因此，無需在 ECU 板上安裝電平轉(zhuǎn)換器（先前連接那些在采用單個電源的傳統(tǒng)產(chǎn)品內(nèi)、具有不同工作電壓的外部器件時，必須具有電平轉(zhuǎn)換器）。并且，該外部總線接口終端的電源電壓范圍為 3.0V 至 5.5V，因此它可以靈活地連接單元存儲器、圖像用 ASIC 等。

● I/O 再分配功能

微控制器的外設(shè)單元的分配和接線方式在很大程度上取決于微控制器的引腳分配。為了減少引腳分配給電路板布局帶來的物理約束，本產(chǎn)品提供了內(nèi)置式 I/O 再分配功能，可以通過軟件設(shè)置來改變 I/O 端口分配。由于 I/O 再分配功能允許我們從分配的終端中選擇需要用到的外設(shè)終端，所以可以大幅提高電路板布局的自由度。

從外設(shè)和分支數(shù)量（可以再分配的終端數(shù)量）如下所示。

圖2展示了 I/O 再分配功能略圖。

[從外設(shè)和分支數(shù)量]

● PPG：11通道 × 3分支

● 輸入采集：6通道 × 3分支

● LIN-UART：4通道 × 2分支

● 重加載定時器：4通道 × 3分支

圖1：MB91770 系列/MB91725 系列在汽車中的應(yīng)用視圖



圖2：I/O 再分配功能示意圖

應(yīng)用實例

■ MB91770 系列（面向儀表盤應(yīng)用）

雖然最近的汽車中存在著多種不同類型的儀表盤指示，但是那些處理視覺信息的儀表盤系統(tǒng)都需要將必要的駕駛信息在很短的時間內(nèi)準(zhǔn)確無誤地傳遞給駕駛員。MB91770 系列實現(xiàn)了系統(tǒng)的實時處理，并且具有 FR81S 內(nèi)核的高處理性能；它內(nèi)置有外設(shè)功能，是采用 STN 法和 LCD 面板的儀表盤控制的最佳選擇。

它具有內(nèi)置式步進馬達控制器的6條通道，能夠控制速度計、轉(zhuǎn)速計等的指針。它還具有用于里程表指示的段式 LCD 控制器（32段 x 4com）和用于生成充當(dāng)轉(zhuǎn)向信號聲源的波形的發(fā)聲器。和傳統(tǒng)產(chǎn)品相比，該發(fā)聲器的功能得到了大幅提高。盡管傳統(tǒng)發(fā)聲器只具有能夠在音量改變的情況下逐漸降低音量的淡出效應(yīng)功能，但是 MB91770 系列除了具有淡出效應(yīng)以外，還能夠按照規(guī)定的速度降低或提高音量。并且，可以利用16位分辨率實現(xiàn)音量微調(diào)，從而實現(xiàn)更平滑的音變。

MB91770 系列的應(yīng)用實例如圖3所示。

圖3：MB91770 系列的應(yīng)用實例



■ MB91725 系列（面向車體控制應(yīng)用）

通過汽車內(nèi)的各種開關(guān)輸入以及來自于內(nèi)置式汽車傳感器的信息控制汽車內(nèi)的空調(diào)和 BCM 系統(tǒng)。無論外界的天氣狀況和行車條件如何，必須具有空調(diào)才能保持舒適的車內(nèi)條件。在汽車停放在炎熱的太陽光下時，通過執(zhí)行最佳控制將汽車內(nèi)部的溫度迅速降至較為舒適的水平，并根據(jù)來自于各個傳感器的信息保持舒適的車內(nèi)溫度。BCM 系統(tǒng)可以在多個車體系統(tǒng) ECU（如車門、座椅和組合開關(guān)）上實現(xiàn)集中控制。制造商也在考慮整合無鑰匙進入的 ECU 功能等。

MB91725 系列具有大量內(nèi)置式串行接口，因此能夠利用 CAN/LIN 網(wǎng)絡(luò)連接到多個 ECU 上。它還具有定時器功能的多條通道和 A/D 轉(zhuǎn)換器，從而實現(xiàn)了各種功能整合。

并且，除了面向程序的主 Flash 存儲器以外，MB91725 系列還具有面向數(shù)據(jù)的內(nèi)置式 Flash 存儲器。這可以在從面向程序的主 Flash 存儲器中執(zhí)行程序的過程中在面向數(shù)據(jù)的 Flash 存儲器內(nèi)進行寫入/擦除操作；這樣就可以替代 E2PROM。這就有助于減少 ECU 電路板上的元件數(shù)量。

[數(shù)據(jù) Flash 的優(yōu)勢]

● 不再需要 E2PROM，并且可以縮小電路板面積

● 提高數(shù)據(jù)寫入速度

● 數(shù)據(jù)、程序等存儲在微控制器中的 Flash 存儲器內(nèi)，這樣有助于防止信息泄漏。

圖4展示了 MB91725 系列的應(yīng)用實例。

產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)

表1展示了本產(chǎn)品的主要技術(shù)指標(biāo)。

開發(fā)環(huán)境

本產(chǎn)品采用片上調(diào)試方法。在傳統(tǒng)產(chǎn)品中，必須利用 ICE 主單元和驗證用評估芯片實現(xiàn)調(diào)試，然后通過利用汽車上的器件實現(xiàn)系統(tǒng)評估。本產(chǎn)品允許利用實際器件進行單元系統(tǒng)評估和汽車評估。并且，它采用單線調(diào)試接口，可以實現(xiàn)汽車評估或一致性測試，并且能夠利用通用同軸電纜、在高達10米的范圍內(nèi)實現(xiàn)小型 ICE 主單元和目標(biāo)電路板之間的通信。這可以簡化按照常規(guī)難以實現(xiàn)的汽車評估。

圖5展示了開發(fā)環(huán)境視圖，表2展示了開發(fā)環(huán)境配置。

未來開發(fā)

開發(fā)了面向儀表盤控制和車身控制應(yīng)用的產(chǎn)品之后，我們會繼續(xù)開發(fā)內(nèi)置 FR81S CPU 內(nèi)核的微控制器系列產(chǎn)品，包括面向馬達控制應(yīng)用的產(chǎn)品。

圖4：MB91725 系列的應(yīng)用實例

圖5：開發(fā)環(huán)境視圖



表1：本產(chǎn)品的主要技術(shù)指標(biāo)

表2：開發(fā)環(huán)境配置