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汽車(chē)?yán)锏膍cu是什么_選擇汽車(chē)MCU十大考慮因素
汽車(chē)?yán)锏膍cu是什么
汽車(chē)MCU的意思是電機(jī)控制單元（Motor control unit），就是控制電機(jī)動(dòng)作的模塊，MCU（Micro Controller Unit）即微控制器，主要是在汽車(chē)的各種外圍電路與接口電路連接控制，一般來(lái)講，最重要的是可靠性與溫度范圍，溫度民用級(jí)一般0-70，工業(yè)級(jí)-20-85，汽車(chē)級(jí)-40-85。
汽車(chē)mcu的分類(lèi)
1、按用途分類(lèi)：
專(zhuān)用型：其硬件及指令是按照某種特定用途而設(shè)計(jì)，例如錄音機(jī)機(jī)芯控制器、打印機(jī)控制器、電機(jī)控制器等。
2、按其基本操作處理的數(shù)據(jù)位數(shù)分類(lèi)：
根據(jù)總線(xiàn)或數(shù)據(jù)暫存器的寬度，單片機(jī)又分為1位、4位、8位、16位、32位甚至64位單片機(jī)。4位MCU大部分應(yīng)用在計(jì)算器、車(chē)用儀表、車(chē)用防盜裝置、呼叫器、無(wú)線(xiàn)電話(huà)、CD播放器、LCD驅(qū)動(dòng)控制器、LCD游戲機(jī)、兒童玩具、磅秤、充電器、胎壓計(jì)、溫濕度計(jì)、遙控器及傻瓜相機(jī)等；8位MCU大部分應(yīng)用在電表、馬達(dá)控制器、電動(dòng)玩具機(jī)、變頻式冷氣機(jī)、呼叫器、傳真機(jī)、來(lái)電辨識(shí)器（CallerID）、電話(huà)錄音機(jī)、CRT顯示器、鍵盤(pán)及USB等；8位、16位單片機(jī)主要用于一般的控制領(lǐng)域，一般不使用操作系統(tǒng)， 16位MCU大部分應(yīng)用在行動(dòng)電話(huà)。
選擇汽車(chē)MCU的十大考慮因素
在汽車(chē)應(yīng)用中，微控制器（MCU）提供著至關(guān)重要的性能。隨著價(jià)格的降低及整固的增加等原因，MCU也逐漸走向商品化。但是對(duì)于不同的MCU來(lái)說(shuō)，仍存在很大的差異，因此如何選擇合適的汽車(chē)MCU以降低成本而不影響所需的性能也變得尤為重要。
微控制器（MCU）在從電機(jī)控制，到信息娛樂(lè)系統(tǒng)和車(chē)身控制等越來(lái)越寬泛的汽車(chē)應(yīng)用中提供至關(guān)重要的性能。隨著價(jià)格的下降和整固的增加，微控制器正變得越來(lái)越普及，這意味著MCU被越來(lái)越多地視為商品。盡管存在這種商品化趨勢(shì)，汽車(chē)系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師仍然認(rèn)為不同的控制器會(huì)有很大的差異，包括各種級(jí)別的集成度和功率要求。選擇MCU通常可以縮減材料成本（BOM），從而有效地降低電子控制單元（ECU）本身的價(jià)格。
選擇汽車(chē)MCU時(shí)，設(shè)計(jì)工程師可以考慮以下10個(gè)重要因素，實(shí)現(xiàn)成本壓力與應(yīng)用所需的特定性能特色之間的平衡。
1.低壓檢測(cè)
MCU工作時(shí)的故障風(fēng)險(xiǎn)之一是在臨界點(diǎn)時(shí)電源電壓或MCU內(nèi)部電壓可能降至所需電平以下。顯然，如果工作電壓無(wú)法保證，而超出了推薦電源電壓之外的話(huà)，這就會(huì)引發(fā)故障。
傳統(tǒng)系統(tǒng)采用外部電壓監(jiān)測(cè)IC來(lái)檢查電壓。不過(guò)，這個(gè)功能可以通過(guò)一個(gè)既監(jiān)測(cè)MCU內(nèi)部電壓，又監(jiān)測(cè)外部電源電壓電平的內(nèi)部區(qū)塊整合到MCU中。如圖1所示，當(dāng)電壓降至預(yù)設(shè)的閾值以下時(shí)，MCU會(huì)自動(dòng)重置。閾值電平可以從一組預(yù)先設(shè)定值（7個(gè)）中進(jìn)行選擇，富士通的最新MCU產(chǎn)品就是這樣。這種方法可以從BOM中去掉外部元器件，從而降低成本。
2.看門(mén)狗計(jì)時(shí)器
要考慮的另一個(gè)重要功能是看門(mén)狗計(jì)時(shí)器（WDT），這種計(jì)時(shí)器有助于從“失控的微處理器”或“雜亂狀況下的處理器”等故障情況中恢復(fù)。該模塊一旦檢測(cè)到MCU處于無(wú)響應(yīng)狀態(tài)就會(huì)重置MCU。過(guò)去，嵌入式系統(tǒng)采用外部IC來(lái)執(zhí)行此功能，不過(guò)，可以在MCU中整合多個(gè)看門(mén)狗計(jì)時(shí)器。例如，一個(gè)計(jì)時(shí)器可以作為CPU操作系統(tǒng)時(shí)鐘外部的獨(dú)立時(shí)鐘工作。此計(jì)時(shí)器將基于較慢的CR時(shí)鐘，適合作為MCU的硬件看門(mén)狗使用，或者用于較長(zhǎng)的軟件循環(huán)從而防止出現(xiàn)失控狀況。另一個(gè)計(jì)時(shí)器可以基于較快的外圍時(shí)鐘。理論上，當(dāng)計(jì)時(shí)器可能由于某些錯(cuò)誤狀況而反饋過(guò)快時(shí)，看門(mén)狗計(jì)時(shí)器會(huì)支持窗口功能，此時(shí)也會(huì)重置MCU。
3.專(zhuān)用NV存儲(chǔ)器
與看門(mén)狗計(jì)時(shí)器一樣，EEPROM歷來(lái)都是MCU的外部器件。不過(guò)，也有可能通過(guò)采用專(zhuān)用ROM將這類(lèi)存儲(chǔ)裝置變成內(nèi)部器件。提高穩(wěn)定性和采用糾錯(cuò)機(jī)制可以進(jìn)一步增強(qiáng)內(nèi)置EEPROM。
將EEPROM整合到內(nèi)部的高級(jí)方法是采用具有雙重操作功能的閃存。閃存存儲(chǔ)庫(kù)的一部分可以進(jìn)行讀取，而另一部分庫(kù)則可以進(jìn)行編程，通過(guò)單個(gè)閃存模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)EEPROM。另一種方法是實(shí)現(xiàn)兩個(gè)閃存模塊，不過(guò)這種方法的開(kāi)銷(xiāo)會(huì)比雙重操作閃存的開(kāi)銷(xiāo)大。比如，富士通MCU具有高達(dá)100，000擦除/編程周期的高可靠性EEPROM方案。這些MCU還支持ECC，可將數(shù)據(jù)保留長(zhǎng)達(dá)20年之久。現(xiàn)在，用來(lái)將閃存控制為EEPROM功能的商用級(jí)軟件已經(jīng)開(kāi)始供貨。
4.汽車(chē)接地
由于電子控制單元定位方式的原因，汽車(chē)環(huán)境中的電氣連接確實(shí)非常長(zhǎng)。汽車(chē)系統(tǒng)包含許多ECU和汲取相對(duì)較大電流的其他裝置。因此，除了ECU本身產(chǎn)生的寄生噪聲之外，電氣接地電平往往不理想，可能會(huì)在一定范圍內(nèi)漂移。
圖3：漂移的汽車(chē)接地
根據(jù)這樣的接地情況進(jìn)行MCU設(shè)計(jì)會(huì)提高魯棒性和故障安全等級(jí)。高級(jí)MCU往往是根據(jù)汽車(chē)情況針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化VIL進(jìn)行設(shè)計(jì)的。由于“浮地”有助于防止出錯(cuò)，從而提高了ECU品質(zhì)。
5.Vbat電平直接輸入
汽車(chē)系統(tǒng)中的某些ECU可以處理電池電平電壓周?chē)腎/O信號(hào)。對(duì)于基于CMOS設(shè)計(jì)的半導(dǎo)體，I/O信號(hào)是VCC電平的最大值，一般在3V至5V范圍內(nèi)。因此，需要轉(zhuǎn)換器器進(jìn)行電壓電平轉(zhuǎn)換。某些情況下，可以實(shí)現(xiàn)電壓保護(hù)，從而允許高壓信號(hào)通過(guò)限流電阻直接相連。富士通MCU的設(shè)計(jì)通過(guò)一個(gè)內(nèi)部保護(hù)二極管和一個(gè)外部限流器來(lái)支持此功能。此方法可以減少PCB上所需的元器件數(shù)，從而進(jìn)一步降低成本。
6.終端功能重定位
在對(duì)引腳數(shù)相當(dāng)大的IC進(jìn)行PCB布局時(shí)盡可能保持最小的層數(shù)往往很有挑戰(zhàn)。PCB上的外圍元器件無(wú)法總是根據(jù)MCU的引腳分布進(jìn)行理想的定位。有時(shí)，如果MCU具有將其內(nèi)部模塊重定位至另外一組引腳的內(nèi)置靈活性的話(huà)就會(huì)很有用。這可以通過(guò)軟件設(shè)置來(lái)實(shí)現(xiàn)。這種能力可以提高PCB布局過(guò)程中的靈活性。
圖5：IO終端重定位
7.ADC輔助功能
模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）一直以來(lái)都是嵌入式系統(tǒng)的一個(gè)基本功能塊。ADC可將信號(hào)從模擬域轉(zhuǎn)換至數(shù)字域，從而使得能夠訪(fǎng)問(wèn)來(lái)自模擬域的信息。
可以根據(jù)具體的應(yīng)用修改ADC功能塊基于ADC功能塊對(duì)MCU進(jìn)行區(qū)分。這種增強(qiáng)可以區(qū)分整個(gè)MCU封裝。比如，ADC模塊可以在硬件中支持范圍比較器和脈沖檢測(cè)功能。這些功能對(duì)于儀表板中的步進(jìn)電機(jī)控制等應(yīng)用、電源監(jiān)測(cè)和傳感器應(yīng)用非常有用。ADC可以處理來(lái)自步進(jìn)電機(jī)線(xiàn)圈的輸入信號(hào)，以執(zhí)行零點(diǎn)檢測(cè)（ZPD）。在硬件中完成處理任務(wù)時(shí)，CPU可以在其它地方使用其MIPS。
8.LIN硬件輔助功能
本地互連網(wǎng)絡(luò)（LIN）是一種成本低廉的低速通信技術(shù)，該技術(shù)在車(chē)身應(yīng)用中得到了廣泛的應(yīng)用。通過(guò)LIN總線(xiàn)可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)幀頭的傳輸和檢測(cè)、通信測(cè)試功能、變量中斷長(zhǎng)度生成、以及硬件中的校驗(yàn)和生成和驗(yàn)證等功能。因此，使用LIN總線(xiàn)有助于增強(qiáng)MCU性能。此方法用于其他地方時(shí)有助于節(jié)省CPU的MIPS。
9.ZPD增強(qiáng)
對(duì)于儀表板應(yīng)用而言，ECU采用零點(diǎn)檢測(cè)（ZPD）來(lái)確定指針何時(shí)到達(dá)終點(diǎn)以便停止步進(jìn)電機(jī)。此功能要求步進(jìn)電機(jī)控制器（SMC）讀取和評(píng)估電機(jī)線(xiàn)圈中的電壓信號(hào)（也稱(chēng)為“反電動(dòng)勢(shì)”），從而進(jìn)行檢測(cè)。增加硬件支持可以增強(qiáng)SMC，從而進(jìn)行電壓評(píng)估，這樣，實(shí)現(xiàn)ZPD就無(wú)需任何外部元器件。此外，大多數(shù)反電動(dòng)勢(shì)評(píng)估也可以采用硬件機(jī)制來(lái)進(jìn)行。（在這方面，上文中提到的ADC范圍比較器和脈沖檢測(cè)功能比較有用。）此外，此方法只需要最小的CPU使用率
10.位置和轉(zhuǎn)數(shù)計(jì)
以硬件區(qū)塊的形式提供四位置和轉(zhuǎn)數(shù)計(jì)（QPRC）功能十分有利。這樣，用戶(hù)就可以在音頻和導(dǎo)航應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)飛梭（jog-dial）功能。此模塊可以控制旋轉(zhuǎn)程度和方向，確定旋轉(zhuǎn)速度。從理論上講，這可以通過(guò)在MCU中采用標(biāo)準(zhǔn)輸入捕獲單元來(lái)實(shí)現(xiàn)。不過(guò)，實(shí)現(xiàn)專(zhuān)門(mén)用于這些任務(wù)的專(zhuān)用硬件模塊可使CPU節(jié)約資源，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)更好的任務(wù)分配和簡(jiǎn)化的軟件包。
選擇最佳供應(yīng)商
選擇汽車(chē)MCU時(shí)還要考慮一個(gè)關(guān)鍵因素：找一家歷史悠久、市場(chǎng)份額較大的公司。還需要考慮供應(yīng)商能否提供針對(duì)五花八門(mén)的汽車(chē)應(yīng)用的各種MCU，包括車(chē)身、電源軌和車(chē)載信息系統(tǒng)。找一條包含基于經(jīng)過(guò)業(yè)界驗(yàn)證、專(zhuān)有CPU和標(biāo)準(zhǔn)ARM架構(gòu)的16位和32位MCU的汽車(chē)產(chǎn)品線(xiàn)。
總之，盡管汽車(chē)微控制器出現(xiàn)商品化發(fā)展趨勢(shì)，MCU仍能提供能夠提高系統(tǒng)性能，但不一定會(huì)增加成本的各種不同的特殊功能。細(xì)心選擇汽車(chē)MCU可以大幅提高以高成本效益，實(shí)現(xiàn)最終產(chǎn)品差異化的潛力。選擇一家信譽(yù)可靠、產(chǎn)品多樣、具有強(qiáng)大支持的MCU供應(yīng)商會(huì)讓MCU設(shè)計(jì)過(guò)程變得更簡(jiǎn)單、更高效。