Fujitsu內置“FR81S”內核的高性能32位微控制器方案

近年來，在汽車性能方面，除了要求對諸如駕駛、轉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)保性等相關性能加以提高。雖然內置式微控制器最近為眾多汽車系統(tǒng)所用，但是為了將來能夠實現(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重要。

簡介/產品特性

■ 面向更安全、更舒適且更環(huán)保的系統(tǒng)

我們開發(fā)了內置“FR81S”專用32位高性能 CPU 內核的 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 系列的主要應用領域，而車身控制（空調、BCM等）則是 MB91725 系列的主要應用領域。

■ 新型內置式高性能32位 CPU 內核“FR81S”

本產品采用 FR81S 內核，提供了比傳統(tǒng)32位“FR60”CPU 內核高30%或以上的處理性能。FR81S 的工作性能為 1.3MIPS/MHz，作為面向汽車應用的微控制器，它提供了極高的處理性能。它還具有內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)產品仍然需要定點運算之類的運算方法，但是本產品具有硬件支持，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個內置式消息緩沖器的 CAN 控制器

最近，在汽車的 CAN 網(wǎng)絡中存在著大量內置式 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個內置式消息緩沖器，但是這款產品具有64個內置式消息緩沖器，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 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 連接多種外設功能

本產品將內置式多功能串行接口用作串行通信接口（MB91770 系列內的2條通道和 MB91725 系列內的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)設計的自由度。除了該多功能串行接口以外，本產品還具有 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 板上安裝電平轉換器（先前連接那些在采用單個電源的傳統(tǒng)產品內、具有不同工作電壓的外部器件時，必須具有電平轉換器）。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，本產品提供了內置式 I/O 再分配功能，可以通過軟件設置來改變 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終端，所以可以大幅提高電路板布局的自由度。

從外設和分支數(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 系列在汽車中的應用視圖



圖2：I/O 再分配功能示意圖



應用實例

■ MB91770 系列（面向儀表盤應用）

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準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 內核的高處理性能；它內置有外設功能，是采用 STN 法和 LCD 面板的儀表盤控制的最佳選擇。

它具有內置式步進馬達控制器的6條通道，能夠控制速度計、轉速計等的指針。它還具有用于里程表指示的段式 LCD 控制器（32段 x 4com）和用于生成充當轉向信號聲源的波形的發(fā)聲器。和傳統(tǒng)產品相比，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功能，但是 MB91770 系列除了具有淡出效應以外，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，從而實現(xiàn)更平滑的音變。

MB91770 系列的應用實例如圖3所示。

圖3：MB91770 系列的應用實例



■ MB91725 系列（面向車體控制應用）

通過汽車內的各種開關輸入以及來自于內置式汽車傳感器的信息控制汽車內的空調和 BCM 系統(tǒng)。無論外界的天氣狀況和行車條件如何，必須具有空調才能保持舒適的車內條件。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）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 系列具有大量內置式串行接口，因此能夠利用 CAN/LIN 網(wǎng)絡連接到多個 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，這樣有助于防止信息泄漏。

圖4展示了 MB91725 系列的應用實例。

產品技術指標

表1展示了本產品的主要技術指標。

開發(fā)環(huán)境

本產品采用片上調試方法。在傳統(tǒng)產品中，必須利用 ICE 主單元和驗證用評估芯片實現(xiàn)調試，然后通過利用汽車上的器件實現(xiàn)系統(tǒng)評估。本產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米的范圍內實現(xiàn)小型 ICE 主單元和目標電路板之間的通信。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用的產品之后，我們會繼續(xù)開發(fā)內置 FR81S CPU 內核的微控制器系列產品，包括面向馬達控制應用的產品。

圖4：MB91725 系列的應用實例



圖5：開發(fā)環(huán)境視圖



表1：本產品的主要技術指標

表2：開發(fā)環(huán)境配置

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