飛思卡爾微處理器幫助實(shí)現汽車(chē)網(wǎng)絡(luò )高速通信

　　近年來(lái)，隨著(zhù)微控制器進(jìn)入汽車(chē)控制領(lǐng)域，汽車(chē)發(fā)展產(chǎn)生了劃時(shí)代的變化，汽車(chē)的動(dòng)力性、操作穩定性、安全性、燃油經(jīng)濟性、對環(huán)境的友好性都得到了大幅提升。然而，任何技術(shù)都具有局限性，電子設備的大量應用，必然導致車(chē)身布線(xiàn)愈長(cháng)愈復雜、運行可靠性降低、故障維修難度增大。特別是電子控制單元的大量引入，為了提高信號的利用率，要求大批的數據信息能在不同的電子單元中共享，汽車(chē)綜合控制系統中大量的控制信號也需要實(shí)時(shí)交換，傳統線(xiàn)束已遠遠不能滿(mǎn)足這種需求，于是在網(wǎng)絡(luò )技術(shù)和現場(chǎng)控制技術(shù)的基礎上，出現了各種適用于汽車(chē)環(huán)境的網(wǎng)絡(luò )技術(shù)。

應對汽車(chē)網(wǎng)絡(luò )的挑戰

　　和其它控制現場(chǎng)相比，汽車(chē)內溫度變化范圍大(?45℃~100℃)，電磁干擾和其它電子噪聲強，環(huán)境惡劣，因此網(wǎng)絡(luò )在車(chē)內的運行可靠性尤為重要，這不但體現在網(wǎng)絡(luò )結構自身的容錯能力和抗干擾能力上，而且也體現在信號的編碼方式和傳輸方式上。為了應對挑戰，汽車(chē)半導體供應商 —— 飛思卡爾聯(lián)合業(yè)務(wù)伙伴一起力 推FlexRay——一種用于汽車(chē) 的高速可確定性的，具備故障容錯的總線(xiàn)系統。

　　RlexRay是一個(gè)確定性的、具有容錯 功能的通信協(xié)議，通過(guò)在確定的時(shí)間槽中傳遞信息，以及在兩個(gè)通道上的故障容錯和冗余信息的傳送，能為高級控制應用提供高達10Mbps的數據速率。這種高速通信技術(shù)可以提高網(wǎng)絡(luò )吞吐量，減少用于消除帶寬瓶頸的并行控制器局域網(wǎng)(CAN)的數量，從而幫助降低系統成本。憑借其高帶寬優(yōu)勢，FlexRay技術(shù)已經(jīng)成為汽車(chē)網(wǎng)絡(luò )骨干的理想協(xié)議。此外，其雙通道架構也可以滿(mǎn)足高級安全系統的冗余要求。FlexRay集諸多優(yōu)點(diǎn)于一身，能幫助開(kāi)發(fā)更為安全、更具響應性、更加可靠和環(huán)保的下一代汽車(chē)產(chǎn)品。

S12XF提供更多設計自由

　　隨著(zhù)FlexRay技術(shù)首次在2007年新模型車(chē)中的應用，高速通信網(wǎng)絡(luò )正在重新定義汽車(chē)的安全和性能。為了幫助推廣這種創(chuàng )新技術(shù)，近期，飛思卡爾擴展了公司的16位汽車(chē)微控制器(MCU)系列，其新產(chǎn)品MC9S12XF系列采用了FlexRay技術(shù)，并將閃存擴展到512K。該系列基于飛思卡爾廣泛使用的高容量S12架構，為FlexRay網(wǎng)絡(luò )上的嵌入式節點(diǎn)提供高性能的分布式控制解決方案。S12XF系列共有4種高集成度的MCU，提供不同的存儲器配置，并 配備了高性能的XGATE RISC協(xié)處理器。該系列還提供多種封裝選擇，從112針腳的小外形四方扁平封裝(LQFP)設備，到10毫米 x 10毫米的64針腳LQFP，這是目前市場(chǎng)上體積最小的FlexRay控制器。體積小巧的S12XF MCU非常適合于一些空間受到嚴格限制的應用，例如與FlexRay網(wǎng)絡(luò )上的32位中心控制器通信的分布式執行器和傳感器控制模塊。16位S12XF設備可以作為各種高級安全應用和主動(dòng)駕駛應用的終端節點(diǎn)，這些應用包括：懸架控制、主動(dòng)防側翻、主動(dòng)制動(dòng)、車(chē)道偏離告警系統、停車(chē)調度協(xié)作和電子式駐車(chē)系統。(圖1：S12XF芯片)

圖1 (略)

MC9S12XF系列的特性：

. 50MHz S12X 內核，基于高效的16位CISC架構；

. 集成的單/雙通道FlexRay v2.1，每通道支持2.5、5、8和10 Mb/s的數據速率；

. FlexRay時(shí)鐘，采用頻率從4MHz到40MHz不等的晶體振蕩器，使用PLL(鎖相環(huán))實(shí)現成本和EMC的優(yōu)化；

. 集成XGATE RISC協(xié)處理器，提供高達100 MIPS的額外處理能力；

. 512KB、384KB、256KB和128KB的汽車(chē)質(zhì)量閃存選擇，帶有糾錯碼(ECC)；

. 1 6通道的模數轉換器(ADC)，可配置的8/10/12位分辨率，只需3μs的轉換時(shí)間；

. 集成的電機控制模塊，使用6通道脈沖寬度調制器(PWM)，具有故障保護和電流感應輸入；

. 支持控制器局域網(wǎng)(CAN)、本地互連網(wǎng)絡(luò )LIN和串行外圍設備接口(SPI)協(xié)議；

. 增強型周期中斷定時(shí)器，具有3個(gè)同步源(ADC、PMF觸發(fā)器功能，增強電機控制算法)；

. 小型封裝選擇，根據I/O的需要進(jìn)行擴展；

    作為FlexRay Consortium的創(chuàng )始成員之一，飛思卡爾是第一家將基于FlexRay控制器的16位架構推向汽車(chē)市場(chǎng)的半導體公司。飛思卡爾提供了廣泛的基于FlexRay的產(chǎn)品，并且飛思卡爾是目前唯一的其所提供的FlexRay 控制器在即將投產(chǎn)的汽車(chē)中采用的半導體供應商。此外，飛思卡爾還為其FlexRay 解決方案提供廣泛的生態(tài)系統支持，包括開(kāi)發(fā)軟件和入門(mén)工具箱。

XGATE協(xié)處理器優(yōu)勢盡顯

    除了提供FlexRay技術(shù)外，S12XF系列還集成了飛思卡爾的XGATE協(xié)處理器，該處理器的功能類(lèi)似于主CPU的專(zhuān)用協(xié)處理器?；赗ISC的XGATE協(xié)處理器于2004年推出，基 于S12X架構，克服了實(shí)現更高M(jìn)CU性能的設計挑戰，并且不會(huì )增加成本，也沒(méi)有因增加獨立處理器而產(chǎn)生的復雜性。XGATE協(xié)處理器的運行速度是主CPU的兩倍，并且沒(méi)有任何CPU處理開(kāi)銷(xiāo)，能夠提高系統性能，最高運行性能達到100MIPS。借助該協(xié)處理器架構，S12XF設備能夠提供毫不遜色于很多32位MCU的性能，同時(shí)保持了飛思卡爾S12X架構的優(yōu)勢，如低系統成本和高編碼效率。

　　XGate具有眾多優(yōu)勢，例如可將其應用在提高汽車(chē)效能中。目前，大多數汽車(chē)應用對實(shí)時(shí)效能的要求都很高，通常超過(guò)模塊的實(shí)際功能。例如汽車(chē)的儀表板必須可以顯示車(chē)輛目前的狀態(tài)，同時(shí)可接收并處理從傳感器傳來(lái)的實(shí)時(shí)信息。由于XGate不僅可以接收這項信息，還可予以格式化并儲存，因此CPU可用來(lái)響應駕駛人互動(dòng)的時(shí)間便大量增加，更可減少顯示器可能出現的噪聲干擾。根據廣泛使用的S12架構，這種雙重方法的好處就非常明顯了。大多數現代化汽車(chē)都是利用通信網(wǎng)關(guān)來(lái)允許不同的通信網(wǎng)路互傳信息。此外，網(wǎng)關(guān)還可以執行 其它功能。

　　XGate可以在大約4μs內執行一 個(gè)典型的網(wǎng)關(guān)工作(檢查CAN ID，儲存 于內存，然后復制到傳送緩沖器(transmit buffer)中)，而S12需9μs。這表示使用XGate，CPU可儲存高于9μs的中斷。對一個(gè)具有5個(gè)CAN網(wǎng)絡(luò )完全滿(mǎn)載的非常忙碌連接網(wǎng) 關(guān)而言，它可節省超過(guò)20%的CPU處理能力，卻僅用到XGate的10%。對于一個(gè)更復雜的網(wǎng)關(guān)而言，要將個(gè)別位字段或信號在多個(gè)CAN上進(jìn)行路由傳送，XGate的處理速度通?？筛哂诿棵胩幚?5000 則信息。

　　另外，除了提供改善的實(shí)時(shí)效能，這種雙重架構途徑也可為實(shí)時(shí)軟件設計者帶來(lái)意想不到的好處。許多架構式分析及設計工具依賴(lài)設計者將資料流處理與實(shí)時(shí)或控制處理分開(kāi)。這個(gè)方法可以簡(jiǎn)化高階設計，但卻隱藏了在建置時(shí)潛藏的效能問(wèn)題。有了S12X，設計者可輕易確保實(shí)時(shí)處理不會(huì )互相沖突，因為主CPU可以完全將重心放在主要資料的處理。

　　為了推動(dòng)下一代汽車(chē)網(wǎng)絡(luò )架構的發(fā)展，飛思卡爾致力于以其高度成熟的技術(shù)來(lái)滿(mǎn)足市場(chǎng)需求，幫助設計人員產(chǎn)生更多靈感。其提供的以MC9S12XF為代表的一系列的FlexRay控制器，因為具有諸多優(yōu)點(diǎn)，也一定會(huì )幫助設計人員設計出更具有前瞻性的應用。