MCU-F5xx系列汽車級產(chǎn)品

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汽車級MCU市場總覽

從2007年到2011年，消費者對汽車電子市場產(chǎn)品（包括MCU、傳感器及車身集成電路）的需求量不斷上漲（圖1），其中MCU所占的市場份額。但在巨大的市場機(jī)遇面前，汽車電子廠商也面臨著挑戰(zhàn)。隨著消費者對于汽車舒適性、安全性、駕駛性要求的不斷提高，汽車廠商在汽車電子產(chǎn)品性能改善、功能增加和整體成本降低等方面提出了更高的要求，使得IC供應(yīng)廠商必須提高系統(tǒng)的集成度，以便減少整個系統(tǒng)的成本，簡化設(shè)計流程。

MCU在汽車電子方面的主要應(yīng)用涵蓋五大領(lǐng)域，分別是：1、汽車動力系統(tǒng)控制，主要應(yīng)用為發(fā)動機(jī)控制、方向轉(zhuǎn)向以及動力轉(zhuǎn)向；2、汽車控制系統(tǒng)，即車身的控制，主要包括防盜控制、開關(guān)控制、電動車窗控制、車門控制、車燈控制等；3、安全控制系統(tǒng)，包括安全氣囊、ABS、SAFF等；4、行駛系統(tǒng)控制，包括儀表盤、空調(diào)、底盤控制等；5、汽車信息系統(tǒng)，包括娛樂、服務(wù)、移動通信、信息處理和GPS導(dǎo)航等。除了汽車動力系統(tǒng)控制和汽車信息系統(tǒng)控制這兩項應(yīng)用需要高性能的32位MCU外，其余三項都可以采用汽車級MCU。

圖1MCU、傳感器和車身集成電路的市場需求

圖2為F500的結(jié)構(gòu)框圖，從圖中可以看到，在5mm×5mm的封裝里面，集成了較為完整的數(shù)字和模擬外設(shè)。在數(shù)字外設(shè)方面，包括64KFlash、PWM產(chǎn)生器、定時器、I2C、SPI接口以及CAN2.0B和LIN2.0的控制器等。模擬外設(shè)包括12位的ADC、誤差為±0.5%的高精度內(nèi)部振蕩器、溫度傳感器和比較器等，同時，既可以使用內(nèi)部參考電壓，也可以使用外部參考電壓。

圖2F500的結(jié)構(gòu)框圖

LIN在汽車電子中的應(yīng)用

在現(xiàn)代汽車電子中，LIN和CAN總線缺一不可。LIN總線又稱本地互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)（LocalInterconnectNetwork），是一種異步、單線串行通信總線，也是汽車電子網(wǎng)絡(luò)中常用的一種低成本解決方案。LIN總線包括一個主節(jié)點和多個從節(jié)點（圖3），通過一根線來進(jìn)行通信，結(jié)構(gòu)非常簡單。

圖3LIN總線結(jié)構(gòu)示意圖

LIN總線在汽車中的應(yīng)用主要有四個方面：車門/車窗/車頂?shù)目刂?、轉(zhuǎn)向裝置控制、座椅控制和汽車環(huán)境控制。

LIN總線的特點是：單主從結(jié)構(gòu)，每一個網(wǎng)絡(luò)都包含一個主節(jié)點和多個從節(jié)點，由主節(jié)點來控制總線的訪問；基于常用的USART/SCI接口硬件；從屬控制器節(jié)點無需石英或者陶瓷振蕩器就可以實現(xiàn)自同步，因而減少了從節(jié)點的硬件成本；信號傳輸延時得到保證，確保了在差狀況下信號傳輸?shù)牡却龝r間以避免總線訪問沖突；低成本的單線12V數(shù)據(jù)傳輸，線的驅(qū)動和接收特性符合改進(jìn)的ISO9141單線要求；傳輸速度可以達(dá)到20kbps。

CAN在汽車電子中的應(yīng)用

CAN(控制器局域網(wǎng))是一種異步、差分串行總線通信標(biāo)準(zhǔn)，通常用于連接電子控制單元（ECU）。在現(xiàn)代汽車電子中，由于LIN比CAN的成本低，因此CAN通常用來連接ECU和汽車電子中各個功能模塊之間的通信，而LIN主要用于功能模塊和其下各個節(jié)點之間的通信，從而降低成本。CAN的原始協(xié)議是由羅伯特－博世有限公司創(chuàng)立的，之后被汽車工程師學(xué)會采納為通用標(biāo)準(zhǔn)。

圖4CAN總線的結(jié)構(gòu)示意圖

CAN總線具有以下特性：

靈活性——在一個CAN網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點都能夠接收和發(fā)送數(shù)據(jù)。

延遲保證——計算傳輸時間和響應(yīng)時間是CAN網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的一部分。

數(shù)據(jù)一致性——在一個CAN網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點都可以接收或拒絕一個報文。

強(qiáng)大的錯誤檢測功能——通過位監(jiān)控、循環(huán)冗余檢查、位填充、報文格式檢查等多種手段來確保數(shù)據(jù)的完整性。

故障界定——有故障的節(jié)點將會被切斷以防止更深的網(wǎng)絡(luò)被影響。

容錯性——CAN收發(fā)器支持將其中的一個引腳短路或接地而不影響報文。

高吞吐量——達(dá)到1Mbps的數(shù)據(jù)傳輸速率。

問答選編

問：CAN和LIN總線有哪些相同和不同點？

答：LIN是CAN的一種低成本的輔助總線，CAN的速度可以達(dá)到1M而LIN只能達(dá)到20K。所以，CAN可以用于高速系統(tǒng)，LIN只能用于低速。而且一般在汽車電子中，CAN用于連接ECU和控制模塊，而LIN則用來連接模塊與功能節(jié)點之間的通訊。

問：請問LIN外設(shè)與UART0的主要差別在哪里？

答：LIN總線的串行傳輸是在單線上完成，UART0則是通過雙線TX/RX進(jìn)行通訊。

問：系統(tǒng)時鐘切換到外部時鐘后，內(nèi)部的時鐘是否應(yīng)關(guān)閉？

答：主時鐘需要關(guān)閉。

問：LIN總線的串行傳輸是在單線上完成，那么進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時效率如何？

答：全部由主控制器來決定，用戶可以在程序中設(shè)定優(yōu)先級。

答：所有的節(jié)點都是由主節(jié)點來控制的，同步由F500的LIN控制器自動完成。

問：用戶的程序代碼可以多大？

答：4K字節(jié)。

問：切換外部晶振時應(yīng)注意哪些問題？

答：切換外部晶振時，需要注意的是：一要判斷晶振的穩(wěn)定狀態(tài)，二要判斷晶振之間的切換步驟。

問：汽車點火對MCU有影響嗎？如何消除這種影響？

答：汽車點火會產(chǎn)生比較大的干擾，會影響MCU的工作。要降低這種影響，需從硬件和軟件方面進(jìn)行處理。在硬件方面，在設(shè)計的時候要充分估計這種影響，并采取適當(dāng)?shù)姆绞浇档瓦@種影響；在軟件方面，可以做一些抗干擾處理。C