32位微控制器MPC555在汽車(chē)電子中的設計與應用

隨著(zhù)汽車(chē)工業(yè)的飛速發(fā)展，汽車(chē)在控制、通信和網(wǎng)絡(luò )方面的要求越來(lái)越復雜。以32位微控制器及嵌入式實(shí)時(shí)操作系統為基本技術(shù)特征的新一代電控單元ECU（Electronic Control Unit）成為汽車(chē)電子應用的主流。

　　32位微控制器MPC555以其強大的性能在汽車(chē)電子等領(lǐng)域得到了廣泛的應用。

1、MPC555微控制器簡(jiǎn)介 　

　　MPC555 微控制器是Motorola PowerPC 500系列的代表產(chǎn)品，是專(zhuān)為汽車(chē)電子、航空航天、智能系統等高端嵌入式控制系統所設計。該產(chǎn)品可在高速移動(dòng)及苛刻的環(huán)境下工作（工作溫度：-40～125℃）, 性能優(yōu)良，并具有高度的靈活性和可靠性，適合大批量低成本生產(chǎn)。 MPC555主要有以下功能模塊：

　　·主頻40MHz的精簡(jiǎn)指令集CPU（RCPU）；

　　·四級存儲器控制器；

　　·U-Bus系統接口單元（USIU）；

　　·靈活的指令和數據存儲保護單元；

　　·448KB Flash EEPROM ；

　　·26KB SRAM；

　　· 雙時(shí)間處理單元（TPU3）；

　　·18通道模塊I/O系統（MIOS1）；

　　·雙隊列模數轉換模塊(QADC) ；

　　·雙CAN2.0B控制器模塊（TouCANs）；

　　·隊列串行多通道模塊（QSMCM）。

　　在設計及開(kāi)發(fā)應用MPC555微控制器過(guò)程中，廠(chǎng)商采取合作、聯(lián)合推廣等方式積極引導開(kāi)發(fā)應用產(chǎn)品市場(chǎng)。MPC555微控制器采用了IBM 微控制器的芯片結構技術(shù)、AMD閃存存儲器技術(shù)。專(zhuān)業(yè)化嵌入式軟硬件開(kāi)發(fā)公司：ETAS、Pi-Technology、Axiom、ADI、Opti-Num Solution、dSPACE等開(kāi)發(fā)出MPC555應用板、I/O模塊、實(shí)時(shí)操作系統、集成開(kāi)發(fā)工具、應用軟件等嵌入式軟硬件系統與集成開(kāi)發(fā)環(huán)境。汽車(chē)電子產(chǎn)品開(kāi)發(fā)商：BOSCH、德?tīng)柛５乳_(kāi)發(fā)出相應的汽車(chē)電子應用產(chǎn)品。從而形成了對MPC555專(zhuān)業(yè)化分工、聯(lián)合開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品鏈方式。這種產(chǎn)業(yè)/產(chǎn)品鏈的開(kāi)發(fā)機制已成為高科技領(lǐng)域成功的發(fā)展模式。

2、MPC555應用軟硬件平臺及系統集成開(kāi)發(fā)環(huán)境

　　針對目標系統，首先要選定與應用產(chǎn)品所處環(huán)境和功能參數相匹配的微控制器作為核心控制系統。另外，完備、強大的開(kāi)發(fā)環(huán)境技術(shù)支持也至關(guān)重要。伴隨著(zhù)市場(chǎng)競爭越來(lái)越激烈，要求快速、靈活地開(kāi)發(fā)應用產(chǎn)品，盡量減少和縮短從決策、設計、研發(fā)、測試、修正到最終批量生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節和周期。開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品的快慢往往與一個(gè)企業(yè)的生存緊密相連。為了適應這一要求，近幾年，集成開(kāi)發(fā)環(huán)境（Integrated Development Environment, IDE）技術(shù)得到了越來(lái)越廣泛的重視?；谀Ｐ驮O計(Model-Based Design)、簡(jiǎn)化軟件編程、軟硬件一體化、快速原型(Rapid Prototyping)建立目標系統、應用程序模塊化等先進(jìn)的開(kāi)發(fā)手段被廣泛應用。另外，嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(RTOS)對系統的安全運行、管理應用系統程序、系統的兼容通用性也至關(guān)重要。

　　一套完備的MPC555開(kāi)發(fā)應用系統主要由軟硬件平臺和集成開(kāi)發(fā)環(huán)境組成。集成開(kāi)發(fā)環(huán)境的功能包括：提供控制操作界面；通過(guò)BDM接口瀏覽MPC555硬件平臺狀態(tài)和信息；建立控制模型；模擬仿真應用系統控制算法；與編譯器連接將控制模型或C語(yǔ)言程序生成MPC555機器源代碼；通過(guò)BDM 接口將源代碼傳送到MPC555硬件平臺；實(shí)時(shí)調試運行應用程序等。這種開(kāi)發(fā)模式方便快捷，采用友好界面連接形象化模型框圖、輸入計算公式、經(jīng)驗公式等方式編制開(kāi)發(fā)程序，由系統自動(dòng)將其編譯成目標代碼。在應用程序經(jīng)過(guò)反復模擬仿真，并實(shí)時(shí)調試運行成功后被裝入MPC555硬件平臺。MPC555系統配有各類(lèi)應用I/O模塊與通信接口，并裝有一套實(shí)時(shí)操作系統(RTOS)。

　　在操作系統的管理下，開(kāi)發(fā)的應用程序在上位機監控下和脫離上位機兩種環(huán)境下運行驗證。一些特定、重復任務(wù)的應用程序被生成模塊化的庫文件已備調用。為了提高開(kāi)發(fā)系統的實(shí)時(shí)性，系統具有HIL（Hardware-in-the-loop）、Bypass等硬件在環(huán)開(kāi)發(fā)、實(shí)時(shí)嵌入加載等功能。模塊化的應用程序可以實(shí)時(shí)在線(xiàn)導入導出而絲毫不影響系統的正常運行。

　　在硬件方面， MPC555微控制器是理想的汽車(chē)電子產(chǎn)品嵌入式硬件系統平臺。表1列出了國內外專(zhuān)業(yè)公司開(kāi)發(fā)的MPC555開(kāi)發(fā)板情況比較。

　　在集成開(kāi)發(fā)環(huán)境方面，各開(kāi)發(fā)系統普遍采用MathWorks 公司的MATLAB 系列軟件產(chǎn)品Simulink、 Stateflow等，用于模擬仿真、建立模型，再配上相應的交叉編譯器、控制界面連接程序與硬件平臺相連，構成一完整的開(kāi)發(fā)系統。在MPC555應用領(lǐng)域中，比較有代表的產(chǎn)品有ETAS 公司的開(kāi)發(fā)工具ASCET-SD；符合OSEK標準的實(shí)時(shí)操作系統OSEKWorks；調試工具LabCar和相應MPC555的硬件開(kāi)發(fā)板；ADI公司的嵌入式系統的快速原型SIMsystem；開(kāi)發(fā)平臺BEACON，以及Axiom、 Pi-technology 的MPC555硬件開(kāi)發(fā)系列產(chǎn)品等。