支援汽車(chē)設計的數位訊號控制器

■彈性化的中斷架構

DSC架構提供彈性極高的中斷架構。DSC通常支援大量可選擇且可設定優(yōu)先權限的中斷資源與向量(這對于含有眾多感測器與制動(dòng)啟的應用而言相當有利)。中斷的延遲都相當確定，鮮少會(huì )變化，有助于簡(jiǎn)化系統研發(fā)業(yè)者的工作流程。

■執行階段的自我燒錄(RTSP)

大多數汽車(chē)應用系統都需求儲存一些常數，利用這些常數并根據環(huán)境狀況、轉換器之間的變化以及預先量測的偏移值，校正從感測器擷取到的資料。后置處理演算法也會(huì )使用許多常數，例如像濾波器的系數與各種預定系統特性，例如像活塞尺?、綒?燃油比以及誤差門(mén)檻等。就資料記憶體的使用效率而言，將這類(lèi)常數儲存在RAM是相當浪費的作法。DSC元件通常含有可燒錄的快閃記憶體以及快閃型資料EEPROM記憶體，能可靠且有效率的儲存或存取這類(lèi)常數。在快閃型DSC中，使用者的程式甚至能根據環(huán)境、資料或運轉狀況，在執行階段修改這些常數。在許多系統中，可以使用像是控制器區域網(wǎng)路(CAN)這類(lèi)序列通訊通道，協(xié)助系統運用Bootloader演算法來(lái)修改某段程式碼或常數。

■線(xiàn)上串列燒錄(ICSP)

快閃型DSC讓使用者能運用一種名為線(xiàn)上串列燒錄的技術(shù)，在現場(chǎng)升級產(chǎn)品的韌體。這項功能讓某些控制器能重復應用在不同的汽車(chē)子系統以及不同的運轉/環(huán)境條件，而且能修正軟體錯誤或校正感測器，或是在最小的成本與最低的延遲下進(jìn)行功能升級。

■高解析度類(lèi)比轉數位轉換器(ADC)

許多汽車(chē)子系統大量運用感測器，促使業(yè)者必須利用具備充裕速度與解析度的晶片內部ADC來(lái)量測幅度相當微小且快速變化的流入數據。這對于封閉式路的運作而言尤其重要，例如像量測進(jìn)氣歧管壓力的樣本，以研判點(diǎn)火火花的確切時(shí)間，藉以輸出至最佳的扭力。對于許多汽車(chē)功能而言，解析度低于12位元的ADC已不敷需求，若非線(xiàn)性錯誤率高于1 Least Significant Bit(LSB)，這種ADC也不適用。在某些子系統中，裱的速度是主要的考量因素，尤其是像安全氣囊控制這類(lèi)攸關(guān)安全的功能。在其他方面，最重要的考量因素可能是同時(shí)量測不同數據的能力。例如，主動(dòng)式氣壓懸吊系統就需要同時(shí)擷取汽車(chē)速度、加速度、相對車(chē)體/輪胎動(dòng)態(tài)與方向盤(pán)的轉動(dòng)角度等數據。根據模組所需的ADC功能，可視狀況使用適合的DSC元件。

■脈沖寬度調變(PWM)

汽車(chē)系統中使用許多閥門(mén)與制動(dòng)器都是由可調整的作業(yè)L期脈沖所控制。兩項PWM控制功能的常見(jiàn)實(shí)例包括燃油噴射閥門(mén)，會(huì )在脈沖期間開(kāi)啟，藉此控制注入氣缸的燃油量;另一項則是點(diǎn)火火花產(chǎn)生器，在脈沖下降至低電壓階段就會(huì )產(chǎn)生火花。DSC能自動(dòng)產(chǎn)生特定波長(cháng)與極性的PWM訊號。像是動(dòng)力方向盤(pán)、自動(dòng)變速箱以及空調等子系統，都涉及到精密的馬達控制演算法。某些DSC結合完備的晶片內部L邊元件來(lái)支援各種先進(jìn)PWM演算法。

■相位差編碼器介面(QEI)

精準迅速的量測速度與位置(包括車(chē)輛與內部各種機械元件)，是以電子元件有效控制汽車(chē)運轉的關(guān)鍵。例如像防撞系統就需要量測速度與加速度。相位差編碼器(例如像Optical Encoders)經(jīng)常是這類(lèi)功能的理想感測器。有些DSC含有一個(gè)內部相位差編碼器介面，能在最少的軟體資源使用率下針對相位差編碼器所產(chǎn)生的訊號快速解碼。

■控制器區域網(wǎng)路(CAN)

一部汽車(chē)中含有大量的處理器執行各式各樣的功能，不同的子系統之間必須迅速且可靠的相互通訊，以便分享感測器與控制方面的資訊。各模組之間的通訊除了進(jìn)行系統層級的監控與偵測外，同時(shí)也讓系統不必配置多個(gè)偵測器來(lái)量測相同的數據。例如在電池監控的功能中，MCU不僅要時(shí)常量測電池電壓，亦須傳送開(kāi)啟或關(guān)閉的控制訊號到其他模組，以達到最佳化的電池使用效率，讓汽車(chē)順利發(fā)動(dòng)。在汽車(chē)網(wǎng)路方面，CANR流排標準在各種通訊標準中子邢嗟敝匾的地位。許多DSC內含一或多種晶片內建CAN控制器，吸引許多業(yè)者將它們應用在汽車(chē)的設計。更高階通訊協(xié)定的軟體支援(例如像遵循OSEK標準的即時(shí)作業(yè)系統以及CAN應用層的建置)，針對在汽車(chē)網(wǎng)路中使用DSC的業(yè)者提供更多的功能。

圖二　顯示由CANR流排串連的汽車(chē)系統元件

一些典型應用

以下是數位訊號控制器在汽車(chē)方面的一些典型應用，雖然沒(méi)有完整列出，但可以說(shuō)明DSC所支援的多元化汽車(chē)功能。

●電子動(dòng)力方向盤(pán);

●電子離合器與變速箱控制;

●晃動(dòng)與穩定控制;

●座艙噪音消除;

●先進(jìn)電池監控系統;

●安全氣囊控制;

●點(diǎn)火控制;

●乘客感測器;

●燃油壓力感測器;

●空調控制;

●引擎敲擊偵測;

●引擎熄火(misfire)偵測;

●調適性導航控制;

●燃料電池;

●車(chē)內娛樂(lè );

●免持聽(tīng)筒套件;

●免鑰匙生物辨識車(chē)鎖;

結論

汽車(chē)系統的需求日趨嚴苛，就功能、連結以及數學(xué)運算的需求而言，16位元數位訊號控制器在許多汽車(chē)子系統方面已成為理想的處理器架構。愈來(lái)愈多創(chuàng )新且強大的功能，包括新型的汽電混合與燃料電池技術(shù)，迅速引進(jìn)至汽車(chē)設計領(lǐng)域。這促使業(yè)者需要DSC的性能以及多元化的特性。包括像OSEK、CAN-based通訊協(xié)定堆疊、TCP/IP以及預先封裝的DSP演算法，將進(jìn)一步提N這類(lèi)架構在各種汽車(chē)應用中的適用性。