飛思卡爾的車(chē)內CAN/LIN網(wǎng)絡(luò )解決方案
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針對CAN應用的解決方案
飛思卡爾深刻認識到汽車(chē)CAN器件與系統的開(kāi)發(fā)商所面臨的嚴峻挑戰。由于不同的CAN網(wǎng)絡(luò )具有不同的CAN消息機制，因此飛思卡爾將提供不同的硬件方案來(lái)應對這些挑戰。
飛思卡爾的32位MCU采用了Tou CAN或Flex CAN硬件模塊，來(lái)與CAN總線(xiàn)進(jìn)行通信。這些模塊都是基于傳統的“郵箱”或“完全CAN（full-CAN）”硬件架構，具有16個(gè)消息緩沖器。當接收到消息后，相應的硬件過(guò)濾器會(huì )把消息裝入到這16個(gè)“郵箱”中的一個(gè)（接收緩沖器）。這種方法非常適合于動(dòng)力總成系統，因為該系統中的消息都非常有規律、可以預測，應用開(kāi)發(fā)商可通過(guò)軟件以足夠快的速度清空“郵箱”，以便新的消息不會(huì )覆蓋掉未處理的舊消息。但如果多條消息進(jìn)入的速度實(shí)在太快、來(lái)不及處理和清空時(shí)，數據就會(huì )丟失。這就是為什么郵箱式架構并不一定適合于不可預測的、事件驅動(dòng)型的數據網(wǎng)絡(luò )的原因。
前面曾提到，車(chē)身電子網(wǎng)絡(luò )的消息是零星產(chǎn)生的，具有不可預測的性質(zhì)，這使飛思卡爾的Scalable CAN（msCAN）架構非常適合這些應用。因為HC08、HC12和HCS12等MCU系列都是8位和16位的控制器，它們都是車(chē)身電子系統與器件的核心，因此msCAN模塊適合用這些MCU系列來(lái)開(kāi)發(fā)。由msCAN接收的CAN消息被放到一個(gè)先進(jìn)先出（FIFO）的存儲結構中。這種結構保持了所接收的消息的順序，因此許多具有同一標示符的消息能夠有序的快速接收，不必擔心單一接收緩沖器會(huì )出現的溢出問(wèn)題。
為滿(mǎn)足多種類(lèi)型的CAN物理層的需求，飛思卡爾提供了一系列CAN物理層器件，來(lái)滿(mǎn)足或超越ISO或SAE制訂的性能標準。
但僅有一個(gè)簡(jiǎn)單的物理層器件是不夠的。例如，所有的汽車(chē)模塊都需要由經(jīng)過(guò)調整的電源供電。有時(shí)，一個(gè)本地開(kāi)關(guān)或傳感器需要將該模塊從睡眠狀態(tài)下迅速激活為運行狀態(tài)，而開(kāi)關(guān)或傳感器的電壓為汽車(chē)蓄電池的電壓。這就是飛思卡爾的系統基礎芯片（SBC）為汽車(chē)設計表（design table）帶來(lái)的幫助和價(jià)值。SBC結合了CAN物理層所需要的電壓調整、獨立的看門(mén)狗定時(shí)器、本地激活電路，以便能用更少的元器件獲得更大的靈活性。當這些電路能夠采用同一半導體工藝制造時(shí)，就有必要將這些功能集成到單一封裝內，減少設計最后階段所需要的元器件數量。這將減少開(kāi)發(fā)成本、提高可靠性、增加設計靈活性（圖1）。
LIN應用的設計挑戰
本地互連網(wǎng)絡(luò )（LIN）是一種基于UART的單主（節點(diǎn)）多從（節點(diǎn)）網(wǎng)絡(luò )架構，最早是為汽車(chē)傳感器和制動(dòng)器（actuator）的聯(lián)網(wǎng)應用而開(kāi)發(fā)的。它為電機、開(kāi)關(guān)、傳感器和車(chē)燈提供了一種低成本的網(wǎng)絡(luò )連接方式。LIN不僅僅可以連接獨立的傳感器和制動(dòng)器，其主節點(diǎn)還可在LIN網(wǎng)絡(luò )與CAN等更高級網(wǎng)絡(luò )之間進(jìn)行連接。
然而想把LIN網(wǎng)絡(luò )集成到汽車(chē)環(huán)境中去并非輕而易舉。目前，絕大多數適合LIN的應用，都采用了分立的、點(diǎn)對點(diǎn)的線(xiàn)束系統，而沒(méi)有考慮負載端的芯片、電路和元件。因此，不論負載是燈或電機，還是傳感器，通常都通過(guò)簡(jiǎn)單的連接器連接到雜亂的線(xiàn)束。結果，剩下的板上空間就十分有限，很難再集成LIN所需要的元件。例如在電動(dòng)后視鏡中，供應商可能會(huì )放置多達3個(gè)電機、發(fā)熱元件、電鍍鉻玻璃和多個(gè)車(chē)燈，于是就沒(méi)有留下足夠的空間來(lái)滿(mǎn)足其它潛在性要求。
對汽車(chē)電子制造商來(lái)說(shuō)，制造控制模塊的能力是另一個(gè)重大挑戰。它不僅僅是LIN開(kāi)發(fā)商會(huì )碰到的問(wèn)題，也是電機、傳感器和制動(dòng)器制造商經(jīng)常面對的問(wèn)題。
最終，智能化的LIN網(wǎng)絡(luò )系統為開(kāi)發(fā)商提供了新的選擇?，F在，系統前端可以完成對電機、車(chē)燈和螺線(xiàn)管等負載的控制。由于可提供前所未有的控制和系統級信息，LIN網(wǎng)絡(luò )可輕易否決診斷數據。然而問(wèn)題是，為了控制和診斷這些負載，該如何設計一個(gè)小體積的半導體芯片，以適合于非常狹小的應用空間。
電子器件會(huì )發(fā)射出電磁輻射，從而影響周?chē)钠渌骷?。而電磁兼容性（EMC）就是處理多個(gè)電子器件之間的相互作用，以及它們是如何從外部資源（磁化系數）來(lái)響應這些輻射的。由于在汽車(chē)電子應用中，各種電子系統和器件之間的距離是如此接近，因此需要非常謹慎地考慮電磁兼容問(wèn)題。
降低LIN網(wǎng)絡(luò )的能量輻射也同樣重要，因為長(cháng)距離的線(xiàn)纜總線(xiàn)在傳輸信息時(shí)，會(huì )像天線(xiàn)一樣對對周?chē)钠渌骷椛淠芰?。作為單線(xiàn)總線(xiàn)，LIN可以在地電平與電池電壓之間進(jìn)行切換。這種大幅度的電壓切換也會(huì )造成大量的電磁輻射，因此在進(jìn)行物理層器件設計時(shí)需要更加仔細。
針對LIN應用的解決方案
作為一種開(kāi)放式標準的UART協(xié)議，LIN使飛思卡爾能夠開(kāi)發(fā)出一條完整的、高度集成的機電元件產(chǎn)品線(xiàn)。這些元器件在一個(gè)非常緊湊的封裝內，為特定的從設備應用（slave application）集成了所有需要的半導體器件與連接器，給LIN的從節點(diǎn)（slave node）開(kāi)發(fā)商提供了巨大的好處。
高集成度解決了許多客戶(hù)的設計挑戰。緊湊的大小和連接器技術(shù)的集成，意味著(zhù)控制單元能夠很容易的直接與線(xiàn)束相連，無(wú)需將控制電路隔離成獨立的芯片，不會(huì )帶來(lái)連接器數量的增多及封裝問(wèn)題?？刂茊卧軌蛑苯痈街?zhù)在電機和其它負載上，以減少連接和線(xiàn)束。
除了減小體積外，這些智能的連接器還簡(jiǎn)化了制造。模塊制造商不必再考慮電路板設計、制造與錯誤檢測等問(wèn)題，因為所有的這些步驟早就在機電器件的制造過(guò)程中完成了。
其中一種機電器件的制造方法，是將MCU、物理層和負載處理（load handling）的半導體器件放置在一個(gè)絕緣金屬襯底（IMS）上（該襯底可當作一個(gè)小的PCB板）。這種方法可獲得極佳的熱性能。該IMS為負載處理，通信與邏輯半導體提供了無(wú)以倫比的散熱性能。
這些機電產(chǎn)品的基本特點(diǎn)，是為負載處理和診斷集成了飛思卡爾的SMARTMOS產(chǎn)品。這些產(chǎn)品也可作為MCU的周邊器件，提供電流控制、限流、熱保護、電子保護和先進(jìn)的負載診斷等功能。應用開(kāi)發(fā)商能夠精確地測量出有多少電流流向了特定的負載，并控制電流直接在負載端執行這些先進(jìn)功能，而不需要經(jīng)過(guò)漫長(cháng)的線(xiàn)纜傳輸。
飛思卡爾很早就開(kāi)始了單線(xiàn)汽車(chē)通信總線(xiàn)的研究開(kāi)發(fā)。在J1850總線(xiàn)的物理層研究中獲得的寶貴經(jīng)驗和技術(shù)，已在MC33399LIN物理層芯片的開(kāi)發(fā)中得到了印證。
飛思卡爾是業(yè)內首個(gè)量產(chǎn)LIN物理層芯片的供應商之一，也是首個(gè)推出帶有重要的波形整形電路（這對降低電磁輻射至關(guān)重要）的LIN物理層芯片供應商之一。波形整形將針對傳統的梯形波形，也可將尖角修圓（roundthecorner），以在結果波形中減小諧波分量。最初的LIN規范并沒(méi)有考慮這些問(wèn)題，但飛思卡爾卻進(jìn)行了仔細研究，并帶來(lái)了卓越的產(chǎn)品（圖2）。
圖2：飛思卡爾的LIN車(chē)門(mén)系統框圖
在不斷發(fā)展變化的汽車(chē)工業(yè)中，滿(mǎn)足未來(lái)的要求與滿(mǎn)足現有的需求同等重要。汽車(chē)產(chǎn)業(yè)動(dòng)態(tài)的持續發(fā)展，為制造商帶來(lái)了許多新的需求，也促使了CAN、LIN和FlexRay等各種標準的不斷涌現，以滿(mǎn)足制造商與客戶(hù)的不同要求。(end)
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