基于單片機MC9S12XS128的車(chē)身控制模塊設計

Freescale的S12系列16位MCU在車(chē)身控制系統中應用廣泛，用于車(chē)身控制器BCM、門(mén)鎖模塊、RKE接收器、智能執行器、燈光模塊等車(chē)身ECU中。在某整車(chē)廠(chǎng)開(kāi)發(fā)的車(chē)身控制模塊中，采用MC9S12XS128做為中央處理器，實(shí)現了車(chē)身控制的大部分功能，包括門(mén)鎖控制、燈光控制、雨刷控制、車(chē)窗控制和防盜報警，還實(shí)現了CAN／LIN網(wǎng)關(guān)功能，通過(guò)CAN總線(xiàn)接收車(chē)速和碰撞信號，從而實(shí)現安全駕駛和緊急操作，通過(guò)LIN總線(xiàn)接收來(lái)自雨量傳感器的信號，控制雨刷的快速、慢速或間歇操作。下面從硬件設計和軟件設計中的關(guān)鍵技術(shù)方面介紹MC9S12XS128在BCM中的應用。

1 硬件設計

1.1 MC9S12XS128簡(jiǎn)介

MC9S12XS128是一款針對汽車(chē)電子市場(chǎng)的高性能16位單片機，具有速度快、功能強、成本低、功耗低等特點(diǎn)。其芯片資源及特性如下：

1）總線(xiàn)速度高達40 MHz；

2）128 KB程序Flash和8 KB DataFlash，用于實(shí)現程序和數據存儲，均帶有錯誤校正碼（ECC）；

3）可配置8位、10位或12位ADC，3μs的轉換時(shí)間；

4）內嵌MSCAN模塊用于CAN節點(diǎn)應用，內嵌支持LIN協(xié)議的增強型SCI模塊及SPI模塊；

5）4通道16位計數器；

6）出色的低功耗特性，帶有中斷喚醒功能的10，實(shí)現喚醒休眠系統的功能；

7）8通道PWM，易于實(shí)現電機控制。

1.2 系統結構

基于S12XS128實(shí)現的BCM硬件系統結構如圖1所示。由圖可見(jiàn)，BCM硬件電路包括開(kāi)關(guān)信號檢測、CAN／LIN通訊、負載控制及監控幾部分。其中開(kāi)關(guān)信號檢測通過(guò)多路開(kāi)關(guān)檢測芯片MC33993實(shí)現，LIN通訊通過(guò)UART模塊和LIN總線(xiàn)物理層收發(fā)器TJA1021共同實(shí)現，CAN通訊通過(guò)CAN模塊和CAN總線(xiàn)物理層收發(fā)器TJA1055共同實(shí)現，負載控制通過(guò)智能功率器件實(shí)現，智能功率器件除了實(shí)現對負載的功率驅動(dòng)，還可以提供鏡像工作電流，這樣通過(guò)對其鏡像工作電流取樣ADC轉換便可以監測負載的工作狀況。

圖1 基于S12XS128實(shí)現的BCM硬件系統結構

1.3 開(kāi)關(guān)信號檢測

在BCM的設計實(shí)現中，由開(kāi)關(guān)狀態(tài)及其狀態(tài)變化觸發(fā)對控制負載的控制是最常見(jiàn)也是最重要的一種控制方式，由于開(kāi)關(guān)信號繁多，而且BCM的控制負載多采用10的方式進(jìn)行控制，這樣在XS128的IO引腳有限的情況下，怎樣完成對多個(gè)開(kāi)關(guān)狀態(tài)的監測成為設計中的一大挑戰。同時(shí)對于電池供電的汽車(chē)電子應用而言，BCM本身有低功耗的需求，當滿(mǎn)足低功耗條件時(shí)，進(jìn)入低功耗模式，系統關(guān)斷不必要的模塊，降低功耗；當若干特定開(kāi)關(guān)的狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，系統需要啟動(dòng)相關(guān)模塊，進(jìn)入正常工作模式，這樣不僅要實(shí)現正常工作模式下的開(kāi)關(guān)狀態(tài)采集及其狀態(tài)變化的捕捉，還需要實(shí)現低功耗模式下的喚醒功能。

對部分開(kāi)關(guān)信號采用分立的方式進(jìn)行采集，其余則采用Freescale可編程多路開(kāi)關(guān)檢測接口芯片MC33993實(shí)現，其硬件電路如圖2所示。

圖2 硬件電路圖

MC33993通過(guò)SPI和處理器通信，可檢測22路開(kāi)關(guān)量輸入信號，并可以設置哪些開(kāi)關(guān)通道可以觸發(fā)中斷。首先XS128通過(guò)SPI向MC33993發(fā)送控制命令字，進(jìn)行初始化設置，設定MC33993的工作方式，并使能那些中斷喚醒的開(kāi)關(guān)通道的可觸發(fā)中斷功能。在正常工作模式下XS128通過(guò)SPI接口周期讀取MC33993的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，在低功耗模式下可觸發(fā)中斷的開(kāi)關(guān)通道狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，便可以喚醒XS128，進(jìn)入正常工作模式。

2 軟件設計

2.1 軟件流程設計

BCM的軟件設計采用初始化+循環(huán)體的軟件結構，軟件流程圖如圖3所示。首先進(jìn)行全局變量和所用外設（包括IO、ADC、SPI、PWM、TIME-R、SCI）的初始化，然后在循環(huán)體內依次進(jìn)行開(kāi)關(guān)信號檢測、LIN通信、RKE通信以及負載控制。對負載控制邏輯而言，開(kāi)關(guān)信號、LIN信號和RKE信號都是觸發(fā)其控制操作的輸入信號，而且由于需要把若干開(kāi)關(guān)信號填充到LIN幀中，所以把負載控制放在循環(huán)體的最后，各軟件模塊次序如圖3所示。

圖3 軟件流程圖

2.2 開(kāi)關(guān)信號檢測軟件設計

在BCM的開(kāi)關(guān)控制邏輯中，開(kāi)關(guān)信號的狀態(tài)及其變化經(jīng)常作為某個(gè)控制邏輯的背景條件和激勵信號，所以在程序設計時(shí)，對單個(gè)物理開(kāi)關(guān)信號需要確定其當前狀態(tài)及狀態(tài)跳變（包括開(kāi)關(guān)閉合到斷開(kāi)和開(kāi)關(guān)斷開(kāi)到閉合的變化）。由于BCM需要采集的開(kāi)關(guān)信號比較多，為了程序的簡(jiǎn)潔和邏輯的清晰，定義一個(gè)結構體將各路開(kāi)關(guān)信號統一起來(lái)，利用結構體的位變量特性節約變量空間，利用結構的統一性節約開(kāi)關(guān)信號檢測函數的代碼空間。設計結構體如下：

在上述結構體中Switch表示開(kāi)關(guān)信號的當前狀態(tài)，Swon_event和Swoff_event分別表示開(kāi)關(guān)從斷開(kāi)到閉合和從閉合到斷開(kāi)的變化，CurSw和Detect_cnt用于開(kāi)關(guān)信號采集、的軟件消抖功能。設計一10 ms的定時(shí)器，周期讀取開(kāi)關(guān)當前狀態(tài)，3次確認以判斷Switch、Swon_event、Swoff_event。其代碼實(shí)現如下：

3 結束語(yǔ)

采用MC9S12XS128設計實(shí)現了一款車(chē)身中央控制器BCM，從處理器特性、硬件結構、多路開(kāi)關(guān)擴展及開(kāi)關(guān)信號檢測等方面描述了BCM的硬件設計，從軟件流程設計，開(kāi)關(guān)信號狀態(tài)監測及變化捕捉的軟件實(shí)現上描述了BCM的軟件設計。該BCM經(jīng)裝車(chē)試驗，運行穩定，功能可靠，已經(jīng)進(jìn)入小批量預生產(chǎn)階段，具有很高的實(shí)用價(jià)值。