汽車(chē)里的mcu是什么_选择汽車(chē)MCU十大考虑因素

2021-05-23
汽車(chē)里的mcu是什么
　　汽車(chē)MCU的意思是電(diàn)机控制单元（Motor control unit），就是控制電(diàn)机动作的模块，MCU（Micro Controller Unit）即微控制器，主要是在汽車(chē)的各种外围電(diàn)路与接口電(diàn)路连接控制，一般来讲，最重要的是可(kě)靠性与温度范围，温度民(mín)用(yòng)级一般0-70，工业级-20-85，汽車(chē)级-40-85。

　　汽車(chē)mcu的分(fēn)类
　　1、按用(yòng)途分(fēn)类：


　　专用(yòng)型：其硬件及指令是按照某种特定用(yòng)途而设计，例如录音机机芯控制器、打印机控制器、電(diàn)机控制器等。

　　2、按其基本操作处理(lǐ)的数据位数分(fēn)类：

　　根据总線(xiàn)或数据暂存器的宽度，单片机又(yòu)分(fēn)為(wèi)1位、4位、8位、16位、32位甚至64位单片机。4位MCU大部分(fēn)应用(yòng)在计算器、車(chē)用(yòng)仪表、車(chē)用(yòng)防盗装置、呼叫器、无線(xiàn)電(diàn)话、CD播放器、LCD驱动控制器、LCD游戏机、儿童玩具、磅秤、充電(diàn)器、胎压计、温湿度计、遥控器及傻瓜相机等；8位MCU大部分(fēn)应用(yòng)在電(diàn)表、马达控制器、電(diàn)动玩具机、变频式冷气机、呼叫器、传真机、来電(diàn)辨识器（CallerID）、電(diàn)话录音机、CRT显示器、键盘及USB等；8位、16位单片机主要用(yòng)于一般的控制领域，一般不使用(yòng)操作系统， 16位MCU大部分(fēn)应用(yòng)在行动電(diàn)话。

　　选择汽車(chē)MCU的十大考虑因素
　　在汽車(chē)应用(yòng)中，微控制器（MCU）提供着至关重要的性能(néng)。随着价格的降低及整固的增加等原因，MCU也逐渐走向商(shāng)品化。但是对于不同的MCU来说，仍存在很(hěn)大的差异，因此如何选择合适的汽車(chē)MCU以降低成本而不影响所需的性能(néng)也变得尤為(wèi)重要。

　　微控制器（MCU）在从電(diàn)机控制，到信息娱乐系统和車(chē)身控制等越来越宽泛的汽車(chē)应用(yòng)中提供至关重要的性能(néng)。随着价格的下降和整固的增加，微控制器正变得越来越普及，这意味着MCU被越来越多(duō)地视為(wèi)商(shāng)品。尽管存在这种商(shāng)品化趋势，汽車(chē)系统设计工程师仍然认為(wèi)不同的控制器会有(yǒu)很(hěn)大的差异，包括各种级别的集成度和功率要求。选择MCU通常可(kě)以缩减材料成本（BOM），从而有(yǒu)效地降低電(diàn)子控制单元（ECU）本身的价格。

　　选择汽車(chē)MCU时，设计工程师可(kě)以考虑以下10个重要因素，实现成本压力与应用(yòng)所需的特定性能(néng)特色之间的平衡。

　　1.低压检测

　　MCU工作时的故障风险之一是在临界点时電(diàn)源電(diàn)压或MCU内部電(diàn)压可(kě)能(néng)降至所需電(diàn)平以下。显然，如果工作電(diàn)压无法保证，而超出了推荐電(diàn)源電(diàn)压之外的话，这就会引发故障。

　　传统系统采用(yòng)外部電(diàn)压监测IC来检查電(diàn)压。不过，这个功能(néng)可(kě)以通过一个既监测MCU内部電(diàn)压，又(yòu)监测外部電(diàn)源電(diàn)压電(diàn)平的内部區(qū)块整合到MCU中。如图1所示，当電(diàn)压降至预设的阈值以下时，MCU会自动重置。阈值電(diàn)平可(kě)以从一组预先设定值（7个）中进行选择，富士通的最新(xīn)MCU产品就是这样。这种方法可(kě)以从BOM中去掉外部元器件，从而降低成本。

　
　　2.看门狗计时器

　　要考虑的另一个重要功能(néng)是看门狗计时器（WDT），这种计时器有(yǒu)助于从“失控的微处理(lǐ)器”或“杂乱状况下的处理(lǐ)器”等故障情况中恢复。该模块一旦检测到MCU处于无响应状态就会重置MCU。过去，嵌入式系统采用(yòng)外部IC来执行此功能(néng)，不过，可(kě)以在MCU中整合多(duō)个看门狗计时器。例如，一个计时器可(kě)以作為(wèi)CPU操作系统时钟外部的独立时钟工作。此计时器将基于较慢的CR时钟，适合作為(wèi)MCU的硬件看门狗使用(yòng)，或者用(yòng)于较長(cháng)的软件循环从而防止出现失控状况。另一个计时器可(kě)以基于较快的外围时钟。理(lǐ)论上，当计时器可(kě)能(néng)由于某些错误状况而反馈过快时，看门狗计时器会支持窗口功能(néng)，此时也会重置MCU。

　　



　　3.专用(yòng)NV存储器

　　与看门狗计时器一样，EEPROM历来都是MCU的外部器件。不过，也有(yǒu)可(kě)能(néng)通过采用(yòng)专用(yòng)ROM将这类存储装置变成内部器件。提高稳定性和采用(yòng)纠错机制可(kě)以进一步增强内置EEPROM。

　　将EEPROM整合到内部的高级方法是采用(yòng)具有(yǒu)双重操作功能(néng)的闪存。闪存存储库的一部分(fēn)可(kě)以进行读取，而另一部分(fēn)库则可(kě)以进行编程，通过单个闪存模块来实现EEPROM。另一种方法是实现两个闪存模块，不过这种方法的开销会比双重操作闪存的开销大。比如，富士通MCU具有(yǒu)高达100，000擦除/编程周期的高可(kě)靠性EEPROM方案。这些MCU还支持ECC，可(kě)将数据保留長(cháng)达20年之久。现在，用(yòng)来将闪存控制為(wèi)EEPROM功能(néng)的商(shāng)用(yòng)级软件已经开始供货。

　　4.汽車(chē)接地

　　由于電(diàn)子控制单元定位方式的原因，汽車(chē)环境中的電(diàn)气连接确实非常長(cháng)。汽車(chē)系统包含许多(duō)ECU和汲取相对较大電(diàn)流的其他(tā)装置。因此，除了ECU本身产生的寄生噪声之外，電(diàn)气接地電(diàn)平往往不理(lǐ)想，可(kě)能(néng)会在一定范围内漂移。

　　



　　图3：漂移的汽車(chē)接地

　　根据这样的接地情况进行MCU设计会提高鲁棒性和故障安全等级。高级MCU往往是根据汽車(chē)情况针对标准化VIL进行设计的。由于“浮地”有(yǒu)助于防止出错，从而提高了ECU品质。

　　5.Vbat電(diàn)平直接输入

　　汽車(chē)系统中的某些ECU可(kě)以处理(lǐ)電(diàn)池電(diàn)平電(diàn)压周围的I/O信号。对于基于CMOS设计的半导體(tǐ)，I/O信号是VCC電(diàn)平的最大值，一般在3V至5V范围内。因此，需要转换器器进行電(diàn)压電(diàn)平转换。某些情况下，可(kě)以实现電(diàn)压保护，从而允许高压信号通过限流電(diàn)阻直接相连。富士通MCU的设计通过一个内部保护二极管和一个外部限流器来支持此功能(néng)。此方法可(kě)以减少PCB上所需的元器件数，从而进一步降低成本。


　　6.终端功能(néng)重定位

　　在对引脚数相当大的IC进行PCB布局时尽可(kě)能(néng)保持最小(xiǎo)的层数往往很(hěn)有(yǒu)挑战。PCB上的外围元器件无法总是根据MCU的引脚分(fēn)布进行理(lǐ)想的定位。有(yǒu)时，如果MCU具有(yǒu)将其内部模块重定位至另外一组引脚的内置灵活性的话就会很(hěn)有(yǒu)用(yòng)。这可(kě)以通过软件设置来实现。这种能(néng)力可(kě)以提高PCB布局过程中的灵活性。

　　



　　图5：IO终端重定位

　　7.ADC辅助功能(néng)

　　模数转换器（ADC）一直以来都是嵌入式系统的一个基本功能(néng)块。ADC可(kě)将信号从模拟域转换至数字域，从而使得能(néng)够访问来自模拟域的信息。

　　可(kě)以根据具體(tǐ)的应用(yòng)修改ADC功能(néng)块基于ADC功能(néng)块对MCU进行區(qū)分(fēn)。这种增强可(kě)以區(qū)分(fēn)整个MCU封装。比如，ADC模块可(kě)以在硬件中支持范围比较器和脉冲检测功能(néng)。这些功能(néng)对于仪表板中的步进電(diàn)机控制等应用(yòng)、電(diàn)源监测和传感器应用(yòng)非常有(yǒu)用(yòng)。ADC可(kě)以处理(lǐ)来自步进電(diàn)机線(xiàn)圈的输入信号，以执行零点检测（ZPD）。在硬件中完成处理(lǐ)任務(wù)时，CPU可(kě)以在其它地方使用(yòng)其MIPS。

　　8.LIN硬件辅助功能(néng)

　　本地互连网络（LIN）是一种成本低廉的低速通信技术，该技术在車(chē)身应用(yòng)中得到了广泛的应用(yòng)。通过LIN总線(xiàn)可(kě)实现自动帧头的传输和检测、通信测试功能(néng)、变量中断長(cháng)度生成、以及硬件中的校验和生成和验证等功能(néng)。因此，使用(yòng)LIN总線(xiàn)有(yǒu)助于增强MCU性能(néng)。此方法用(yòng)于其他(tā)地方时有(yǒu)助于节省CPU的MIPS。

　　9.ZPD增强

　　对于仪表板应用(yòng)而言，ECU采用(yòng)零点检测（ZPD）来确定指针何时到达终点以便停止步进電(diàn)机。此功能(néng)要求步进電(diàn)机控制器（SMC）读取和评估電(diàn)机線(xiàn)圈中的電(diàn)压信号（也称為(wèi)“反電(diàn)动势”），从而进行检测。增加硬件支持可(kě)以增强SMC，从而进行電(diàn)压评估，这样，实现ZPD就无需任何外部元器件。此外，大多(duō)数反電(diàn)动势评估也可(kě)以采用(yòng)硬件机制来进行。（在这方面，上文(wén)中提到的ADC范围比较器和脉冲检测功能(néng)比较有(yǒu)用(yòng)。）此外，此方法只需要最小(xiǎo)的CPU使用(yòng)率

　　10.位置和转数计

　　以硬件區(qū)块的形式提供四位置和转数计（QPRC）功能(néng)十分(fēn)有(yǒu)利。这样，用(yòng)户就可(kě)以在音频和导航应用(yòng)中实现飞梭（jog-dial）功能(néng)。此模块可(kě)以控制旋转程度和方向，确定旋转速度。从理(lǐ)论上讲，这可(kě)以通过在MCU中采用(yòng)标准输入捕获单元来实现。不过，实现专门用(yòng)于这些任務(wù)的专用(yòng)硬件模块可(kě)使CPU节约资源，从而实现系统内更好的任務(wù)分(fēn)配和简化的软件包。

　　选择最佳供应商(shāng)

　　选择汽車(chē)MCU时还要考虑一个关键因素：找一家历史悠久、市场份额较大的公司。还需要考虑供应商(shāng)能(néng)否提供针对五花(huā)八门的汽車(chē)应用(yòng)的各种MCU，包括車(chē)身、電(diàn)源轨和車(chē)载信息系统。找一条包含基于经过业界验证、专有(yǒu)CPU和标准ARM架构的16位和32位MCU的汽車(chē)产品線(xiàn)。

　　总之，尽管汽車(chē)微控制器出现商(shāng)品化发展趋势，MCU仍能(néng)提供能(néng)够提高系统性能(néng)，但不一定会增加成本的各种不同的特殊功能(néng)。细心选择汽車(chē)MCU可(kě)以大幅提高以高成本效益，实现最终产品差异化的潜力。选择一家信誉可(kě)靠、产品多(duō)样、具有(yǒu)强大支持的MCU供应商(shāng)会让MCU设计过程变得更简单、更高效。