FR81S家族32位微控制器的車(chē)身控制應(yīng)用平臺(tái)設(shè)計(jì)

隨著全球變暖，汽車(chē)工業(yè)需要生產(chǎn)更加環(huán)保和燃料更加有效率的汽車(chē)。改進(jìn)安全和舒適性的豪華汽車(chē)需求在先進(jìn)國(guó)家不斷增加，同時(shí)在中國(guó)、印度和巴西等迅速發(fā)展中國(guó)家對(duì)有緊湊型汽車(chē)需求也有強(qiáng)烈需求。

為了響應(yīng)這些需求，很多汽車(chē)制造商都在推動(dòng)車(chē)身控制應(yīng)用平臺(tái)設(shè)計(jì)。相應(yīng)地，也需要容易集成到這些平臺(tái)中的微控制器(MCU)。為了滿(mǎn)足這些需求，富士通半導(dǎo)體推出了MB91520系列，豐富了其32位微控制器FR81S家族。新系列提供了各種引腳配置和內(nèi)存容量，為車(chē)身控制應(yīng)用提供了許多外設(shè)功能，以及作為標(biāo)準(zhǔn)特性的內(nèi)置的降低成本功能，以此提供一個(gè)最合適的平臺(tái)解決方案。針對(duì)無(wú)刷DC電機(jī)和安全功能的專(zhuān)用定時(shí)器也能夠支持AUTOSAR。

富士通半導(dǎo)體針對(duì)車(chē)身控制推出的FR81S家族陣容的MB91520系列有60款新型號(hào)器件。這個(gè)新的汽車(chē)32位微控制器產(chǎn)品線(xiàn)提供了一個(gè)最合適合的車(chē)身控制平臺(tái)。

豐富的車(chē)身控制功能

該系列的產(chǎn)品陣容非常豐富。為了滿(mǎn)足汽車(chē)工業(yè)的各種需求，富士通半導(dǎo)體的60個(gè)型號(hào)包含從64至176引腳封裝范圍，閃存從320至1,088KB，支持子時(shí)鐘(subcLOCk)。各種外設(shè)功能有助于加載主要針對(duì)車(chē)身控制模塊(BCM)的車(chē)身控制功能。該陣容比針對(duì)車(chē)身控制的FR60家族MB91460系列更為強(qiáng)大。與傳統(tǒng)FR60家族相比，由于改進(jìn)了流水線(xiàn)處理和內(nèi)部總線(xiàn)運(yùn)行，新產(chǎn)品的CPU性能增加了30%以上。

此外，新MCU能在無(wú)等待時(shí)間前提下訪(fǎng)問(wèn)閃存，甚至是在80MHz運(yùn)行時(shí)。其它高性能功能，例如專(zhuān)用的浮點(diǎn)運(yùn)算(FPU)嵌入式單元，支持模型庫(kù)設(shè)計(jì)階段的自動(dòng)創(chuàng)建代碼。完整的產(chǎn)品陣容支持各種應(yīng)用開(kāi)發(fā)。

新產(chǎn)品支持一系列適合車(chē)身控制應(yīng)用的外設(shè)功能，如多功能串行接口，可以靈活連接各種外部器件，12位A/D轉(zhuǎn)換器可實(shí)現(xiàn)先進(jìn)傳感器輸入，控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(CAN)支持多達(dá)128條信息。

器件的多功能串行接口可靈活連接各種外部器件，實(shí)現(xiàn)范圍廣泛的車(chē)身控制通信方法。為了靈活支持這些通信系統(tǒng)，該產(chǎn)品提供了一個(gè)多功能串行接口，如圖1所示。UART、SPI、LIN和I2C對(duì)每個(gè)通道是軟件可選的。在工業(yè)中可以加載多達(dá)12個(gè)通道，是業(yè)界最高級(jí)別。

A/D轉(zhuǎn)換器支持先進(jìn)傳感器輸入

加載在產(chǎn)品上的高分辨12位A/D轉(zhuǎn)換器可支持傳感器和外設(shè)元件，提供改進(jìn)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。由于加載了兩個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器單元，可實(shí)現(xiàn)同時(shí)轉(zhuǎn)換。如圖2(a)所示，范圍比較功能可檢測(cè)作為硬件功能集成的給定范圍電平。與A/D轉(zhuǎn)換值比較的最高和最低閾值可事先設(shè)置。當(dāng)電平處于預(yù)定范圍內(nèi)或超出預(yù)定范圍時(shí)，功能自動(dòng)檢測(cè)，從而減少軟件負(fù)載。而且，如圖2(b)中顯示的那樣，可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)比較。

圖2：A/D轉(zhuǎn)換器范圍比較功能概覽

其他先進(jìn)功能

許多新汽車(chē)配備了經(jīng)CAN連接的電子控制單元(ECU)。由于節(jié)點(diǎn)數(shù)目的增加和其它因素，網(wǎng)絡(luò)正變得越來(lái)越大。富士通半導(dǎo)體以前的32位微控制器通常有32條信息的緩存。新產(chǎn)品的緩存能保存多達(dá)128條信息，使它支持有更多節(jié)點(diǎn)的系統(tǒng)。支持的CAN協(xié)議是Version 2.0A/B。

此外，內(nèi)置E2PROM、看門(mén)狗定時(shí)器IC和復(fù)位IC及其它外部元件可減少元件數(shù)和板上安裝空間，降低了總系統(tǒng)成本。由于除了程序閃存，產(chǎn)品還有64KB數(shù)據(jù)閃存(工作閃存)，不需要外部E2PROM。而且，嵌入微控制器里面的數(shù)據(jù)閃存防止信息漏洞。獨(dú)立于主時(shí)鐘的內(nèi)置CR振蕩電路系統(tǒng)運(yùn)行硬件看門(mén)狗定時(shí)器。不需要外部看門(mén)狗定時(shí)器IC。

由于該產(chǎn)品具有低電壓的功能，可監(jiān)測(cè)外接電源，沒(méi)有必要在板上加載一個(gè)外部復(fù)位IC。可以用軟件選擇11個(gè)電壓等級(jí)。波形發(fā)生器可作為支持無(wú)刷DC電機(jī)的專(zhuān)用定時(shí)器，它可以輸出三相波形。為了支持無(wú)刷電機(jī)操作，需要有死區(qū)時(shí)間設(shè)置功能和緊急停止功能。

圖3描述了該產(chǎn)品的診斷功能，如CPU自我診斷程序、總線(xiàn)錯(cuò)誤檢測(cè)功能、RAM自診斷功能、內(nèi)存錯(cuò)誤檢測(cè)和糾正(ECC)，I/O端口保護(hù)功能。

微控制器的功能安全

圖3：MB91520系列的診斷功能

應(yīng)用實(shí)例

根據(jù)裝在車(chē)上的開(kāi)關(guān)、傳感器，并從其他ECU獲得的信息，BCM控制車(chē)內(nèi)照明、轉(zhuǎn)向信號(hào)燈、雨刷、門(mén)鎖、側(cè)視鏡和其他項(xiàng)目。產(chǎn)品有多達(dá)12通道的多功能串行接口，以及三通道CAN，可以靈活地連接多個(gè)器件和ECU。A/D轉(zhuǎn)換器提供多達(dá)48個(gè)通道，可支持來(lái)自傳感器的各種輸入處理。圖4描述了BCM的應(yīng)用實(shí)例。

圖4：BCM的應(yīng)用實(shí)例

BCM應(yīng)用實(shí)例，電動(dòng)壓縮機(jī)最近被用于汽車(chē)空調(diào)。為保持汽車(chē)內(nèi)舒適，必須精確控制溫度?？刂剖怯貌ㄐ伟l(fā)生器實(shí)現(xiàn)的，以控制無(wú)刷DC電機(jī)，反之，空調(diào)的電動(dòng)壓縮機(jī)運(yùn)行。圖5描述了電動(dòng)壓縮機(jī)的應(yīng)用實(shí)例。

圖5：電動(dòng)壓縮機(jī)的應(yīng)用實(shí)例

總之，MB91520系列能兼容AUTOSAR R3.1/4.0，可使用16位和32位微控制器的無(wú)縫集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，以及支持單線(xiàn)片上調(diào)試的仿真器(MB2100-01-E)。所有新產(chǎn)品線(xiàn)的芯片都配有程序閃存和單獨(dú)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)閃存。這樣降低了對(duì)外部E2PROM 的需求，并簡(jiǎn)化了系統(tǒng)開(kāi)發(fā)，適用于汽車(chē)ECU系統(tǒng)的外圍功能。