基于MC9S12XS128的汽車(chē)BCM的設計與實(shí)現

摘要：為某車(chē)型設計了一款車(chē)身中央控制器BCM，實(shí)現了門(mén)鎖控制、燈光控制、雨刷控制、車(chē)窗控制、LIN通信、RKE通信等功能。BCM采用Freescale的S12系列16位微處理器MC9S12XS128進(jìn)行設計，通過(guò)多路開(kāi)關(guān)檢測芯片MC33993進(jìn)行IO擴展，解決了多路開(kāi)關(guān)、處理器IO管腳有限條件下的開(kāi)關(guān)信號采集，開(kāi)關(guān)信號檢測程序設計中采用通用結構體統一了各路開(kāi)關(guān)信號的狀態(tài)監測及變化捕捉功能的實(shí)現，提高了代碼效率及運行的穩定性。同時(shí)還敘述了BCM的硬件結構，根據BCM的工作方式設計了軟件流程。
關(guān)鍵詞：車(chē)身控制器；MC9S12XS128；開(kāi)關(guān)信號檢測；MC33993；負載控制

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BCM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。

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。

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。