汽車作為一部大型的機電一體化設備，汽車電子在汽車整體成本中的比例越來越大，其涵蓋了從車身控制、動力傳動、車身安全，到車內(nèi)娛樂的各個方面。 微控制器(MCU)作為汽車電子系統(tǒng)內(nèi)部運算和處理的核心，也遍布懸掛、氣囊、門控和音響等幾十種次系統(tǒng)(Sub-System)中。由于汽車作為高速交通工具承載了對用戶生命安全的保障，同時汽車經(jīng)常工作在十分惡劣的環(huán)境中，其對內(nèi)部電子設備的可靠性要求要遠高于一般性電子產(chǎn)品。因此汽車電子所用的MCU與一般性產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)差異雖然并不很大，而一般的MCU產(chǎn)品由于可靠性不能符合廠商的要求而并不能被選用，這也是汽車電子產(chǎn)品同一般性電子產(chǎn)品市場的區(qū)別之一。 技術(shù)特性需求 CAN和LIN是最常見的車身系統(tǒng)總線接口，因此汽車電子類MCU除了在可靠性和抵抗惡劣環(huán)境等方面有較高要求外，還要能實現(xiàn)對上述總線接口的支持。 CAN總線即控制器局域網(wǎng) （Controller Area Net），是一種現(xiàn)場總線，最初由德國BOSCH公司為汽車監(jiān)測和控制而設計，主要用于各種過程檢測及控制。CAN總線分為高速CAN和低速CAN，前者主要用于動力和安全等關(guān)鍵性的應用，如發(fā)動機控制單元、自動變速器控制、ABS控制、安全氣囊控制等;后者則通常針對一般性車身應用，如集控鎖、行李箱鎖、車窗，及車內(nèi)燈光等。CAN總線的協(xié)議也在不斷演進發(fā)展，從最早期的1.x版本已發(fā)展到目前的CAN2.0A及其擴展版CAN2.0B，其中CAN2.0B又分為主動(Active)式和被動(Passive)式。 由于CAN總線協(xié)議的版本和分類不同，對車用MCU的要求也有差異。除了提到的協(xié)議版本，CAN總線控制器緩存和接收過濾器的數(shù)量也影響了MCU的選用。如圖所示，ST的CAN控制器針對不同的應用場景，有pCAN、beCAN、bxCAN、FullCAN 和 cCAN五款不同類型。其中如beCAN、bxCAN兩款適合中高端車身功能控制及低端網(wǎng)關(guān);FullCAN適合引擎管理系統(tǒng);cCAN則適合高端的網(wǎng)關(guān)和動力傳動控制。 LIN（Local Interconnect Network）總線是一種結(jié)構(gòu)簡單、配置靈活、成本低廉的新型低速串行總線，主要用作CAN等高速總線的輔助網(wǎng)絡或子網(wǎng)絡。在帶寬要求不高、功能簡單、實時性要求低的場合，如車身電器的控制等方面，使用LIN總線可有效的簡化網(wǎng)絡線束、降低成本、提高網(wǎng)絡通訊效率和可靠性。如圖所示，LIN主要適合于車內(nèi)空調(diào)控制(Air-Conditioning Control)、車門控制模塊(Door Modules)、座椅控制、智能性交換器(Smart Switches)、低成本傳感器(Low-Cost Sensors)等分布式通訊應用。 LIN的應用領域 網(wǎng)關(guān)控制器 車內(nèi)網(wǎng)關(guān)控制器(Gateway)的作用是車內(nèi)電子系統(tǒng)中不同網(wǎng)絡的通訊樞紐，使分布在車身內(nèi)的各個單元可實現(xiàn)溝通。網(wǎng)關(guān)一般包括總線收發(fā)器、穩(wěn)壓器(Regulator)，以及支持多種網(wǎng)絡協(xié)議的低成本、高效能微控制器；并廣泛支持低速及高速CAN、LIN、ISO-9141和J1850等車用電子通訊接口。網(wǎng)關(guān)控制器設計上比較靈活，一般廠家會依據(jù)自己的需求而定制。針對不同的應用，其可以集成在車身控制單元或儀表組件等設備當中，也可以作為一個獨立的模塊出現(xiàn)。 嵌入式閃存的作用 MCU嵌入式內(nèi)存可為滿足工控機系統(tǒng)的需求提供保障，穩(wěn)定性可得到提升，也有助于實現(xiàn)更低的成本和增大工作處理的彈性。因此在MCU上提供嵌入式內(nèi)存，甚至整合DSP的單元，已成為目前的設計趨勢。 車用MCU嵌入式內(nèi)存包含ROM、EEPROM、RAM和Flash，其中NOR Flash作為微控制器程序及數(shù)據(jù)儲存的內(nèi)存可使MCU具有更高的彈性，已逐漸成為目前設計的主流。由于嵌入內(nèi)存而使MCU無需與外部組件進行高速串連，因此不易產(chǎn)生信號干擾的問題，降低了接線的復雜度，提高了穩(wěn)定性。此外，嵌入式內(nèi)存省去了外接元件，也可有效減少PCB尺寸，給產(chǎn)品設計更大的靈活性。在數(shù)據(jù)安全性方面，MCU嵌入式內(nèi)存的數(shù)據(jù)保護機制可實現(xiàn)較高的可靠性，保證其中的數(shù)據(jù)免遭盜取。 DSP提升設計彈性 數(shù)字信號處理(DSP)技術(shù)是當今高科技數(shù)碼產(chǎn)業(yè)的技術(shù)基礎。從MP3隨身聽到航空航天等的高技術(shù)應用，DSP技術(shù)無所處不在并增長迅速。在汽車電子系統(tǒng)設計中，除在上文提到的在MCU嵌入內(nèi)存外，為MCU加入DSP的MAC功能也可有效提升數(shù)據(jù)處理的彈性。DSP屬于系統(tǒng)的軟件功能范疇，因此可靈活地根據(jù)廠商或客戶的需求進行功能改進和升級。此外，DSP與處理器(ARM、PowerPC等)相結(jié)合可實現(xiàn)多任務分工處理，例如可把關(guān)鍵的控制功能交由處理器完成，而讓DSP專職進行運算方面的工作，這樣可降低系統(tǒng)功耗并提高處理效率。 DSP一般用于處理大量的數(shù)字信號、編解碼，及通信數(shù)據(jù)分析。??汽車電子系統(tǒng)中，例如車載輔助路況警示安全系統(tǒng)，DSP可用于處理和識別復雜的路況信息并及時為司機提供實時建議和警告。 16位車用MCU的應用場景 MCU的處理能力與應用場合 車載MCU的市場主要集中在8、16和32位的微控器，可按汽車電子產(chǎn)品的不同需求用于不同性能的場景。 8位MCU：主要應用于車體的各個次系統(tǒng)，包括風扇控制、空調(diào)控制、雨刷、天窗、車窗升降、低階儀表板、集線盒、座椅控制、門控模塊等較低階的控制功能。 ?? 16位MCU：主要應用為動力傳動系統(tǒng)，如引擎控制、齒輪與離合器控制，和電子式渦輪系統(tǒng)等；也適合用于底盤機構(gòu)上，如懸吊系統(tǒng)、電子式動力方向盤、扭力分散控制，和電子幫浦、電子剎車等。 ?? 32位MCU：主要應用包括儀表板控制、車身控制、多媒體信息系統(tǒng)（TelemaTIcs）、引擎控制，以及新興的智能性和實時性的安全系統(tǒng)及動力系統(tǒng)，如預碰撞（Pre- crash）、自適應巡航控制（ACC）、駕駛輔助系統(tǒng)、電子穩(wěn)定程序等安全功能，以及復雜的X-by-wire等傳動功能。 結(jié)論 汽車電子在整體車身成本中的比重越來越顯著，MCU的重要性也不斷得到提升。而汽車電子有其特殊的門檻，即安全性和可靠性的考慮。因此MCU在實現(xiàn)較高的智能性、操控性、實時性，和彈性的同時，必須要能滿足較高標準的可靠性要求，以保障行車的安全。 (mbbeetchina)