速銳得智能汽車(chē)車(chē)身域CANFD控制芯片MCU接口電路原理圖

CAN總線(xiàn)技術(shù)不僅涉及汽車(chē)電子和軌道交通，還涉及醫療器械、工業(yè)控制、智能家居和機器人網(wǎng)絡(luò )互連，這些行業(yè)對CAN產(chǎn)品的穩定性和抗干擾能力都有很高的要求。

上篇我們講了在汽車(chē)CAN FD上，數據出錯可能導致數據位被錯誤地解析為填充位，或者填充位被錯誤地解析為數據位，使數據位和填充位的個(gè)數發(fā)生變化，CAN FD采用了差分信號傳輸數據，通信的可靠性很高，錯誤位個(gè)數達到8的概率幾乎為0。

那么秉承著(zhù)與其后期解決不如前期規避的設計思路，就能設計出滿(mǎn)足行業(yè)應用，規避奇葩問(wèn)題的干擾，設計出符合汽車(chē)、交通運輸、醫療器械、工業(yè)控制、智能家居和機器人網(wǎng)絡(luò )互連的高可靠性CAN產(chǎn)品。

拿車(chē)身域控制芯片來(lái)舉例，車(chē)身域主要負責車(chē)身各種功能的控制。隨著(zhù)整車(chē)發(fā)展，車(chē)身域控制器也越來(lái)越多，為了降低控制器成本，降低整車(chē)重量，集成化需要把所有的功能器件，從車(chē)頭的部分、車(chē)中間的部分和車(chē)尾部的部分如后剎車(chē)燈、后位置燈、尾門(mén)鎖，甚至雙撐桿統一集成到一個(gè)總的控制器里面來(lái)。

車(chē)身域控制器一般集成BCM、PEPS、TPMS、Gateway等功能，也可拓展增加座椅調節、后視鏡控制、空調控制等功能，綜合統一管理各執行器，合理有效地分配系統資源。車(chē)身域控制器的功能眾多，包括實(shí)現燈光控制、雨刮控制、門(mén)窗控制、后視鏡折疊控制、PEPS、座椅控制等，其中燈光控制部分就包括了近光燈、遠光燈、位置燈、轉向燈、剎車(chē)燈、日行燈，雨刮部分包括了低速雨刮、高速雨刮、間隔控制和點(diǎn)刮，門(mén)窗控制部分包括了四門(mén)閉鎖、碰撞解鎖、自動(dòng)落鎖、車(chē)窗升降及百分比、車(chē)窗防夾及一鍵升窗，后視鏡包括了折展、調節及加熱，PEPS包括了無(wú)鑰匙啟動(dòng)、無(wú)鑰匙進(jìn)入、迎賓功能、發(fā)動(dòng)機防盜、整車(chē)電源控制與管理，座椅包括控制調節與通風(fēng)、加熱，其他還包括OTA及遠程診斷、升級、刷寫(xiě)等等，但包含了不限于在此列舉的功能。搭載汽車(chē)也包括了奔馳、寶馬、奧迪、保時(shí)捷、特斯拉、比亞迪、理想汽車(chē)、大眾、豐田、本田、坦克、福特等多個(gè)全球排名優(yōu)秀的車(chē)企。

速銳得在14年從OBD進(jìn)入汽車(chē)CAN總線(xiàn)領(lǐng)域，就對MCU控制芯片的主要訴求為更好的穩定性、可靠性、安全性、實(shí)時(shí)性等技術(shù)特性要求，以及更高的計算性能和存儲容量，更低的功耗指標要求。以前采用Microchip、ST為主控，芯片荒后采用了國產(chǎn)替代，但是在CAN FD領(lǐng)域，依舊采用了進(jìn)口芯片。車(chē)身域控制器從分散化的功能部署，逐漸過(guò)渡到集成所有車(chē)身電子的基礎驅動(dòng)、鑰匙功能、車(chē)燈、車(chē)門(mén)、車(chē)窗等的大控制器，車(chē)身域控制系統設計綜合了燈光、雨刮洗滌、中控門(mén)鎖、車(chē)窗等控制，PEPS智能鑰匙、電源管理等，以及網(wǎng)關(guān)CAN、可擴展CAN FD和FLEXRAY、LIN網(wǎng)絡(luò )、以太網(wǎng)等接口和模塊等多方面的開(kāi)發(fā)設計技術(shù)。

綜合來(lái)講，車(chē)身域上述各種控制功能對MCU主控芯片的工作要求主要體現在運算處理性能、功能集成度和通信接口，以及可靠性等方面。具體要求方面由于車(chē)身域不同功能應用場(chǎng)景的功能差異性較大，例如電動(dòng)車(chē)窗、自動(dòng)座椅、電動(dòng)尾門(mén)等車(chē)身應用還存在高效電機控制方面的需求，這類(lèi)車(chē)身應用要求MCU集成有FOC電控算法等功能。此外，車(chē)身域不同應用場(chǎng)景對芯片的接口配置需求也不盡相同，因此，通常需要根據具體應用場(chǎng)景的功能和性能要求，并在此基礎上綜合衡量產(chǎn)品性?xún)r(jià)比、供貨能力與技術(shù)服務(wù)等因素進(jìn)行車(chē)身域MCU選型。

車(chē)身域電子系統不論是對國外企業(yè)還是國內企業(yè)都處于成長(cháng)初期。國外企業(yè)在如BCM、PEPS、門(mén)窗、座椅控制器等單功能產(chǎn)品上有深厚的技術(shù)積累，同時(shí)各大外企的產(chǎn)品線(xiàn)覆蓋面較廣，為他們做系統集成產(chǎn)品奠定了基礎。而國內企業(yè)新能源車(chē)車(chē)身應用上具有一定優(yōu)勢。以BYD為例，在BYD的新能源車(chē)上，將車(chē)身域分為左右后三個(gè)域，重新布局和定義系統集成的產(chǎn)品。但是在車(chē)身域控制芯片方面，MCU的主要供貨商為仍然為英飛凌、恩智浦、瑞薩、Microchip、ST等國際芯片廠(chǎng)商，國產(chǎn)芯片廠(chǎng)商目前市場(chǎng)占有率低。

從通信角度來(lái)看，存在傳統CAN架構到CAN與CAN FD合并，走向CAN FD的演變過(guò)程。這里面通信速度的變化，還有帶高功能安全的基礎算力的價(jià)格降低是關(guān)鍵，未來(lái)有可能逐步實(shí)現在基礎控制器的電子層面兼容不同的功能。例如車(chē)身域控制器能夠集成傳統BCM、PEPS、紋波防夾等功能。相對來(lái)說(shuō)，車(chē)身域控制芯片的技術(shù)壁壘要低于動(dòng)力域、智能駕艙域等，國產(chǎn)芯片有望率先在車(chē)身域取得較大突破并逐步實(shí)現國產(chǎn)替代，近年來(lái)，國產(chǎn)MCU在車(chē)身域前后裝市場(chǎng)已經(jīng)有了非常好的發(fā)展勢頭。

目前國產(chǎn)車(chē)載控制域芯片主要應用于汽車(chē)前裝市場(chǎng)，在車(chē)身域、信息娛樂(lè )域實(shí)現了上車(chē)應用，而在底盤(pán)、動(dòng)力域等領(lǐng)域，仍以海外意法半導體、恩智浦、德州儀器、微芯半導體、意法等芯片巨頭為主，國內僅有少數幾家企業(yè)已實(shí)現量產(chǎn)應用。

國內芯片廠(chǎng)商芯馳在2022年4月發(fā)布高性能控制芯片E3系列產(chǎn)品基于A(yíng)RM Cortex-R5F，功能安全等級達到ASIL D，溫度等級支持AEC-Q100 Grade 1，CPU主頻高達800MHz，具有高達6個(gè)CPU內核，是現有量產(chǎn)車(chē)規MCU中性能最高的產(chǎn)品，填補國內高端高安全級別車(chē)規MCU市場(chǎng)的空白。芯馳E3憑借高性能和高可靠性，可以用于BMS、ADAS、VCU、線(xiàn)控底盤(pán)、儀表、HUD、智能后視鏡等核心車(chē)控領(lǐng)域。

當然，如果只是簡(jiǎn)單的基礎CAN數據收發(fā)和簡(jiǎn)單控制，其實(shí)采用意法半導體的基本也就夠了，不管是CANFD還是標準CAN2.0，海外意法半導體都能滿(mǎn)足這些需求。CAN設備的典型硬件電路通常由三個(gè)部分組成，CAN控制器電路、CAN收發(fā)器電路及功能電路。在實(shí)際開(kāi)發(fā)應用中，CAN控制器電路可以選擇兩種方案，一是微控制器MCU外掛獨立CAN收發(fā)器，二是集成CAN控制器的MCU，設計新產(chǎn)品時(shí)，建議采用方案二，理由是內置CAN控制器的MCU具有更快處理報文機制和更大的報文緩沖區，方案一常用于MCU不帶CAN控制器或者CAN控制器數量不夠的場(chǎng)合，設計時(shí)若外掛多個(gè)CAN控制器應注意MCU的中斷響應及數據處理能力。10年前，很多設備跑串口數據，數據輸出太快都跑死機的都有，現在倒是不會(huì )了。

無(wú)論采用標準CAN還是CANFD，CAN控制器都是電路的核心元件，集成了CANBUS規范中數據鏈路的全部功能，能夠將TX\RX引腳上的電平自動(dòng)完成CANBUS協(xié)議解析。在CAN設備中，MCU主要用于操作CAN控制器和驅動(dòng)實(shí)際功能電路，例如，MCU在設備啟動(dòng)時(shí)初始化CAN控制器的工作參數，比如波特率、驗收濾波，在CAN控制器發(fā)生中斷時(shí)處理CAN控制器的異常中斷；在總線(xiàn)通信過(guò)程中通過(guò)CAN控制器讀取和發(fā)送CAN幀，在破解汽車(chē)CAN協(xié)議中，采集原車(chē)CAN數據，根據接收到的數據輸出對應的CANID及字節控制信號以及驅動(dòng)功能電路完成預定的功能。

CAN收發(fā)器電路決定了整個(gè)CAN設備通信電氣上的可靠性和穩定性，采用體積小、隔離能力強、使用方便等優(yōu)勢就可以了。

功能電路是CAN設備實(shí)現的應用功能，例如I/O電路、采集電路、電機驅動(dòng)電路等等。