汽車(chē)里的mcu是什么_選擇汽車(chē)MCU十大考慮因素

2021-05-23
汽車(chē)里的mcu是什么
　　汽車(chē)MCU的意思是電機控制單元（Motor control unit），就是控制電機動(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，溫度民用級一般0-70，工業(yè)級-20-85，汽車(chē)級-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計，例如錄音機機芯控制器、打印機控制器、電機控制器等。

　　2、按其基本操作處理的數據位數分類(lèi)：

　　根據總線(xiàn)或數據暫存器的寬度，單片機又分為1位、4位、8位、16位、32位甚至64位單片機。4位MCU大部分應用在計算器、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驅動(dòng)控制器、LCD游戲機、兒童玩具、磅秤、充電器、胎壓計、溫濕度計、遙控器及傻瓜相機等；8位MCU大部分應用在電表、馬達控制器、電動(dòng)玩具機、變頻式冷氣機、呼叫器、傳真機、來(lái)電辨識器（CallerID）、電話(huà)錄音機、CRT顯示器、鍵盤(pán)及USB等；8位、16位單片機主要用于一般的控制領(lǐng)域，一般不使用操作系統， 16位MCU大部分應用在行動(dòng)電話(huà)。

　　選擇汽車(chē)MCU的十大考慮因素
　　在汽車(chē)應用中，微控制器（MCU）提供著(zhù)至關(guān)重要的性能。隨著(zhù)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）在從電機控制，到信息娛樂(lè )系統和車(chē)身控制等越來(lái)越寬泛的汽車(chē)應用中提供至關(guān)重要的性能。隨著(zhù)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(zhù)MCU被越來(lái)越多地視為商品。盡管存在這種商品化趨勢，汽車(chē)系統設計工程師仍然認為不同的控制器會(huì )有很大的差異，包括各種級別的集成度和功率要求。選擇MCU通?？梢钥s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)，設計工程師可以考慮以下10個(gè)重要因素，實(shí)現成本壓力與應用所需的特定性能特色之間的平衡。

　　1.低壓檢測

　　MCU工作時(shí)的故障風(fēng)險之一是在臨界點(diǎn)時(shí)電源電壓或MCU內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。

　　傳統系統采用外部電壓監測IC來(lái)檢查電壓。不過(guò)，這個(gè)功能可以通過(guò)一個(gè)既監測MCU內部電壓，又監測外部電源電壓電平的內部區塊整合到MCU中。如圖1所示，當電壓降至預設的閾值以下時(shí)，MCU會(huì )自動(dòng)重置。閾值電平可以從一組預先設定值（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)狗計時(shí)器

　　要考慮的另一個(gè)重要功能是看門(mén)狗計時(shí)器（WDT），這種計時(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。該模塊一旦檢測到MCU處于無(wú)響應狀態(tài)就會(huì )重置MCU。過(guò)去，嵌入式系統采用外部IC來(lái)執行此功能，不過(guò)，可以在MCU中整合多個(gè)看門(mén)狗計時(shí)器。例如，一個(gè)計時(shí)器可以作為CPU操作系統時(shí)鐘外部的獨立時(shí)鐘工作。此計時(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(cháng)的軟件循環(huán)從而防止出現失控狀況。另一個(gè)計時(shí)器可以基于較快的外圍時(shí)鐘。理論上，當計時(shí)器可能由于某些錯誤狀況而反饋過(guò)快時(shí)，看門(mén)狗計時(shí)器會(huì )支持窗口功能，此時(shí)也會(huì )重置MCU。

　　



　　3.專(zhuān)用NV存儲器

　　與看門(mén)狗計時(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)存儲裝置變成內部器件。提高穩定性和采用糾錯機制可以進(jìn)一步增強內置EEPROM。

　　將EEPROM整合到內部的高級方法是采用具有雙重操作功能的閃存。閃存存儲庫的一部分可以進(jìn)行讀取，而另一部分庫則可以進(jìn)行編程，通過(guò)單個(gè)閃存模塊來(lái)實(shí)現EEPROM。另一種方法是實(shí)現兩個(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，可將數據保留長(cháng)達20年之久?，F在，用來(lái)將閃存控制為EEPROM功能的商用級軟件已經(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(cháng)。汽車(chē)系統包含許多ECU和汲取相對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 )在一定范圍內漂移。

　　



　　圖3：漂移的汽車(chē)接地

　　根據這樣的接地情況進(jìn)行MCU設計會(huì )提高魯棒性和故障安全等級。高級MCU往往是根據汽車(chē)情況針對標準化VIL進(jìn)行設計的。由于“浮地”有助于防止出錯，從而提高了ECU品質(zhì)。

　　5.Vbat電平直接輸入

　　汽車(chē)系統中的某些ECU可以處理電池電平電壓周?chē)腎/O信號。對于基于CMOS設計的半導體，I/O信號是VCC電平的最大值，一般在3V至5V范圍內。因此，需要轉換器器進(jìn)行電壓電平轉換。某些情況下，可以實(shí)現電壓保護，從而允許高壓信號通過(guò)限流電阻直接相連。富士通MCU的設計通過(guò)一個(gè)內部保護二極管和一個(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，從而進(jìn)一步降低成本。


　　6.終端功能重定位

　　在對引腳數相當大的IC進(jìn)行PCB布局時(shí)盡可能保持最小的層數往往很有挑戰。PCB上的外圍元器件無(wú)法總是根據MCU的引腳分布進(jìn)行理想的定位。有時(shí)，如果MCU具有將其內部模塊重定位至另外一組引腳的內置靈活性的話(huà)就會(huì )很有用。這可以通過(guò)軟件設置來(lái)實(shí)現。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

　　模數轉換器（ADC）一直以來(lái)都是嵌入式系統的一個(gè)基本功能塊。ADC可將信號從模擬域轉換至數字域，從而使得能夠訪(fǎng)問(wèn)來(lái)自模擬域的信息。

　　可以根據具體的應用修改ADC功能塊基于A(yíng)DC功能塊對MCU進(jìn)行區分。這種增強可以區分整個(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功能。這些功能對于儀表板中的步進(jìn)電機控制等應用、電源監測和傳感器應用非常有用。ADC可以處理來(lái)自步進(jìn)電機線(xiàn)圈的輸入信號，以執行零點(diǎn)檢測（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)身應用中得到了廣泛的應用。通過(guò)LIN總線(xiàn)可實(shí)現自動(dòng)幀頭的傳輸和檢測、通信測試功能、變量中斷長(cháng)度生成、以及硬件中的校驗和生成和驗證等功能。因此，使用LIN總線(xiàn)有助于增強MCU性能。此方法用于其他地方時(shí)有助于節省CPU的MIPS。

　　9.ZPD增強

　　對于儀表板應用而言，ECU采用零點(diǎn)檢測（ZPD）來(lái)確定指針何時(shí)到達終點(diǎn)以便停止步進(jìn)電機。此功能要求步進(jìn)電機控制器（SMC）讀取和評估電機線(xiàn)圈中的電壓信號（也稱(chēng)為“反電動(dòng)勢”），從而進(jìn)行檢測。增加硬件支持可以增強SMC，從而進(jìn)行電壓評估，這樣，實(shí)現ZPD就無(wú)需任何外部元器件。此外，大多數反電動(dòng)勢評估也可以采用硬件機制來(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.位置和轉數計

　　以硬件區塊的形式提供四位置和轉數計（QPRC）功能十分有利。這樣，用戶(hù)就可以在音頻和導航應用中實(shí)現飛梭（jog-dial）功能。此模塊可以控制旋轉程度和方向，確定旋轉速度。從理論上講，這可以通過(guò)在MCU中采用標準輸入捕獲單元來(lái)實(shí)現。不過(guò)，實(shí)現專(zhuān)門(mén)用于這些任務(wù)的專(zhuān)用硬件模塊可使CPU節約資源，從而實(shí)現系統內更好的任務(wù)分配和簡(jiǎn)化的軟件包。

　　選擇最佳供應商

　　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。還需要考慮供應商能否提供針對五花八門(mén)的汽車(chē)應用的各種MCU，包括車(chē)身、電源軌和車(chē)載信息系統。找一條包含基于經(jīng)過(guò)業(yè)界驗證、專(zhuān)有CPU和標準ARM架構的16位和32位MCU的汽車(chē)產(chǎn)品線(xiàn)。

　　總之，盡管汽車(chē)微控制器出現商品化發(fā)展趨勢，MCU仍能提供能夠提高系統性能，但不一定會(huì )增加成本的各種不同的特殊功能。細心選擇汽車(chē)MCU可以大幅提高以高成本效益，實(shí)現最終產(chǎn)品差異化的潛力。選擇一家信譽(yù)可靠、產(chǎn)品多樣、具有強大支持的MCU供應商會(huì )讓MCU設計過(guò)程變得更簡(jiǎn)單、更高效。