平均每輛車包含50到100個或更多的電子控制單元(ECU) - 需要多達一英里的電線才能將它們連接到幾個不同的網絡上 - 難怪半導體公司正在為一個地方激烈競爭你的車。
在動力系統中,有單獨的控制系統,用于燃油噴射,點火,油門,冷卻,自動變速箱和車載診斷。有用于動力轉向,制動器和安全氣囊的底盤控制系統。高級駕駛員輔助系統(ADAS)涉及四個獨立的MCU。車燈,雨刷,電動門,電動車窗和HVAC都有獨立的車身控制系統。除了技術復雜性之外,還存在嚴重的技術和監管障礙。有許多單獨的汽車工程師協會(SAE)標準涉及發動機控制,駕駛員輔助,傳動系統監控,乘客舒適度,信息娛樂等等。任何“符合汽車標準”的MCU都能保證滿足一些相當高的標準,之后選擇主要取決于應用。
讓MOST脫離車輛網絡 - 就像詩人觀察到“沒有男人是一個島嶼,“汽車中既沒有隔離的MCU;所有都是一個網絡或另一個網絡的一部分,取決于它們的功能。主要網絡是CAN,LIN,FlexRay,MOST和以太網AVB(圖1)。
控制器區域網絡(CAN)目前是機艙,動力總成,底盤和車身系統中的主要汽車網絡。 》
主動安全CAN可以控制毫米波雷達,它可以感知迎面而來的車輛,并發出警告聲,制動,甚至轉向控制。
汽車儀表,響應雷達警告無論是通過聲音警報,口頭警告和/或抬頭顯示,CAN總線都可以發出警告。
響應雷達的警告,制動控制CAN可能會啟動弱或強制動控制,取決于車輪速度和另一輛車的接近程度。
對可能發生碰撞的警告作出反應,連接到安全帶的MCU可以預緊皮帶;一開始很輕微,但如果崩潰迫在眉睫那么強烈。
圖1:車輛網絡(由Renesas提供)。
本地互連網絡(LIN)是低數據速率的主/從網絡,可控制遠程無鑰匙進入,照明,后視鏡和門等設備。通過LIN網絡,當汽車開始移動時,門可以自動鎖定;當安全帶未系好或車燈在燈仍然亮時關閉時發出警報聲;或者后視鏡和座椅根據駕駛汽車的人自動重新調整到以前的設置。
與LIN相比,FlexRay是一種高速,可靠的協議,適用于下一代應用,例如線控驅動。 FlexRay系統提供更高的準確度以響應接近警報,增加了考慮加速角度以主動轉向和制動汽車以避免未決碰撞的能力。當制動車開始在雨水滑行的街道上滑行和滑行時,這尤其有用。
面向媒體的系統傳輸(MOST)網絡處理車載多媒體,在其中傳輸高質量的視頻,音頻和數據機動車。他們負責免提電話和通過汽車音響系統播放你的手機音樂。
以太網已經過于成熟并且不值得進入汽車,它通常提供輪詢ECU的輪詢。發動機,底盤和車身系統的故障。以太網音頻視頻橋接(AVB)與MOST競爭為乘客提供高保真數字音頻。
哪種MCU?
在選擇適合汽車應用的MCU之間,只需瀏覽一下他們的數據表,他們最適合的應用程序。一個或多個CAN端口是常見的,以太網端口也是如此;雖然以太網AVB(IEEE 802.1Q)更難獲得。 FlexRay和MOST網絡需要能夠處理高速數據包處理的MCU; LIN簡單得多。后面的這些協議通常不會直接支持,但只要硬件足夠強大,就不會出現問題瑞薩V850ES/JG-3H是一款低功耗48 MHz 32位RISC MCU,專為實時控制應用而開發。最初的NEC V850在汽車應用領域有著悠久的歷史,瑞薩已經對其進行了進一步的改進。 V850ES外設包括DMA,LVD,PWM,WDT,A/D轉換器,D/A轉換器以及DMA,CAN和USB控制器。 V850ES CPU通過使用五級流水線在一個時鐘內執行幾乎所有指令,如地址計算,算術運算和邏輯運算以及數據傳輸。在汽車應用中,V850ES針對發動機控制和防抱死制動系統。
飛思卡爾生產各種MCU,用于汽車動力傳動系,底盤,高級駕駛輔助系統,車身,儀表盤和信息娛樂應用。飛思卡爾Qorivva MPC5554(圖2)是一款132 MHz 32位MCU,專為動力總成應用而設計,包括多點燃油噴射控制,電子控制變速箱和直接燃油噴射(燃氣和柴油)。除了眾多高速I/O通道外,該芯片還包括三個CAN模塊,每個模塊有64個緩沖器。非汽車應用領域包括工業控制,高端電機控制,航空電子設備和軍用部件。
圖2:用于動力總成應用的飛思卡爾MPC 5554(由飛思卡爾提供)。
Microchip MCP2561和MCP2021A分別是CAN和LIN收發器。 MCP2661是一款高速CAN收發器,用作CAN協議控制器和物理雙線CAN總線之間的接口。該器件滿足汽車對高速(高達1 Mb/s),低靜態電流(典型值5μA),電磁兼容性(EMC)和靜電放電(ESD)的要求。
MCP2021A是一款LIN收發器帶穩壓器。 MCP2021A/2A提供雙向,半雙工通信物理接口,以滿足LIN總線規范修訂版2.1和SAE J2602-2。該器件內置一個穩壓器,具有5 V或3.3 V 70 mA穩壓電源輸出。
Atmel AT90CAN32是一款基于AVR RISC架構的16 MHz 8位MCU。該芯片結合了32 KB閃存,2K x 8 RAM,8通道/10位A/D轉換器,面向字節的雙線串行接口和ISO 16484認證的CAN控制器。通過在單個時鐘周期內執行大多數指令,器件可實現接近每MIPS 1 MIPS的吞吐量,從而平衡功耗和處理速度。 AT90CAN32符合ISO-TS-16949 1級汽車用途的要求,并且符合AEC-Q100標準。
STMicroelectronics SPC564A80L7CFAR是一款150 MHz 32位MCU,專為汽車動力總成應用而設計。該芯片的超標量SIMD架構以及對DSP和浮點指令的支持可實現高速數據處理和吞吐量。串行通道包括三個eSCI;三個DSPI;三個FlexCAN,每個包含64條消息;一個FlexRAY模塊具有高達10 Mbps的雙通道,帶有ECC的128個消息對象。
Silicon Labs C8051F530A是一款專為LIN網絡設計的25 MHz C8051 MCU。它包括一個可編程的12位200 ksps ADC;可編程16位計數器/定時器陣列;和硬件SPI和UART串口。 C8051F530A的工作溫度范圍為-40至+ 125°C,符合AEC-Q100標準。
德州儀器(TI)TMS570LS31370是一款專為安全關鍵型應用而設計的高性能汽車級MCU。其180 MHz ARM Cortex-R4F 32位RISC CPU采用八級流水線,可實現1.66 DMIPS/MHz。對于汽車設計師特別感興趣的是,該芯片包括三個CAN控制器(64個郵箱); FlexRay控制器,帶有兩個通道和一個專用傳輸單元;一個LIN接口控制器; 10/100 Mbps以太網MAC;加上SCI,I2C,SPI(2)和三個多緩沖串行外設接口(MibSPI)。目標汽車應用包括制動系統,動力轉向,主動駕駛員輔助以及HEV/EV逆變器和電池管理系統。
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