引言

　　在現(xiàn)在的汽車設(shè)計中,，人們越來越注重智能和環(huán)保這兩個方面,。因?yàn)橹悄芑钠嚳梢詾槿藗儙砀叨鹊陌踩院褪孢m感，在環(huán)保方面,，通過使用數(shù)字技術(shù)達(dá)到節(jié)能省碳的目的,。因此，數(shù)字化程度在汽車領(lǐng)域也愈來愈深,，大到動力傳動系統(tǒng),，小到車載娛樂系統(tǒng)，無處不見電子組件的身影,，它們被廣泛應(yīng)用在感測和操控上,。

　　在汽車電子的各個系統(tǒng)當(dāng)中，往往需要采用微控制器（MCU）做為運(yùn)作控制的核心,，而汽車對電子系統(tǒng)的倚重,，也刺激車用微控制器市場的快速成長。車用微控器涵蓋8位,、16位,、32位等低、中,、高階產(chǎn)品等級,，各有其適合的應(yīng)用系統(tǒng)，大致如下：

　　8位MCU：主要應(yīng)用于車體的各個次系統(tǒng),，包括風(fēng)扇控制,、空調(diào)控制、雨刷,、天窗,、車窗升降、低階儀表板,、集線盒,、座椅控制、門控模塊等較低階的控制功能,。

　　16位MCU：主要應(yīng)用為動力傳動系統(tǒng),，如引擎控制、齒輪與離合器控制,，和電子式渦輪系統(tǒng)等,；也適合用于底盤機(jī)構(gòu)上,，如懸吊系統(tǒng)、電子式動力方向盤,、扭力分散控制,，和電子幫浦、電子剎車等,。

　　32位MCU：主要應(yīng)用包括儀表板控制,、車身控制、多媒體信息系統(tǒng)（TelemaTIcs）,、引擎控制,，以及新興的智能性和實(shí)時性的安全系統(tǒng)及動力系統(tǒng)，如預(yù)碰撞（Pre- crash）,、自適應(yīng)巡航控制（ACC）,、駕駛輔助系統(tǒng)、電子穩(wěn)定程序等安全功能,，以及復(fù)雜的X-by-wire等傳動功能,。

　　1 車用MCU常見接口

　　CAN和LIN是比較常見的接口。

　　隨著今日汽車對應(yīng)用功能的要求愈來愈高,，需整合的系統(tǒng)也愈來愈復(fù)雜,，使得汽車電子系統(tǒng)對于高階32位 MCU的需求不斷提升。這類車用MCU往往被置放在高熱,、多塵,、劇震、電子干擾嚴(yán)重的運(yùn)作環(huán)境,，因此對耐受性的要求遠(yuǎn)高于一般用途的MCU,。此外，在汽車的應(yīng)用環(huán)境中,，車用MCU必須與多個車用電子控制裝置（ECU）相連結(jié),，其中最常見的傳輸接口為CAN和LIN。

　　CAN又分為高速CAN和低速CAN,高速CAN的傳輸率可以達(dá)到1 Mbps,適用于ABS,、EMS等強(qiáng)調(diào)實(shí)時反應(yīng)的應(yīng)用；低速CAN則可達(dá)到125 Kbps,適合較低速的車體零件控制,。此外,，CAN控制器的型式可分為舊型的1.x、標(biāo)準(zhǔn)型的2.0A和延伸型的2.0B,愈新的規(guī)格效能自然愈好,，其中 2.0B又可分為被動（passive）型式和主動（active）型式,。

　　LIN則是較CAN更為低速且低成本的通訊方案，采用一個主節(jié)點(diǎn),、多個從節(jié)點(diǎn)的概念（最多支持16個節(jié)點(diǎn)）,，可達(dá) 20 kbps數(shù)據(jù)傳輸率,，總線電纜的長度最多可以擴(kuò)展到40公尺。它很適合做為空調(diào)控制（Climate Control）,、后照鏡（Mirrors）,、車門模塊（Door Modules）、座椅（Seats）,、智能性交換器（Smart Switches）,、低成本傳感器（Low-cost Sensors）等較單純系統(tǒng)的分布式通訊解決方案。

　　以下將介紹應(yīng)用于儀表板控制及車身控制的新一代MCU技術(shù),，并以富士通新一代的MB91770系列和MB91725系列新型微控制器做為設(shè)計參考,。請參考（圖一）。

圖1　儀表盤控制及車身控制MCU在汽車中的應(yīng)用（以MB91770系列和MB91725系列為例）

　　2 汽車儀表板及車身控制設(shè)計要領(lǐng)

　　汽車的儀表板為駕駛提供各種實(shí)時的視覺信息,，這些信息是輔助決策的重要參考,，必須快速且準(zhǔn)確無誤的傳遞給駕駛員知道。此外,，汽車中的空調(diào)及車身控制模塊（BCM）系統(tǒng),，負(fù)責(zé)為駕駛及乘客提供舒適的乘車環(huán)境。其中空調(diào)系統(tǒng)過執(zhí)行最佳控制將汽車內(nèi)部的溫度迅速降至較為舒適的水平,，并根據(jù)來自于各個傳感器的信息保持舒適的車內(nèi)溫度,。BCM系統(tǒng)則可以集中控制多個ECU,如車門、座椅和組合開關(guān)等,。

　　不論是儀表盤控制或車身控制的MCU,都必須提供更高的處理性能,、處理大量網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的能力、支持多種外圍連接的接口功能,、可擴(kuò)展電路板布局范圍的功能,、先進(jìn)的內(nèi)存架構(gòu)，以及更便利的開發(fā)環(huán)境,。

　　2.1 高處理性能

　　MCU要提升處理性能,，必須從其核心及軟、硬件系統(tǒng)架構(gòu)下手以富士通新一代MCU的FR81S CPU核心為例,，它的工作性能達(dá)到1.3MIPS/MHz,比上一代FR60核心高出30%的處理效能,；因具有內(nèi)置式單精度浮點(diǎn)運(yùn)算單元（FPU），能夠滿足圖像處理系統(tǒng)和那些需要浮點(diǎn)操作功能的系統(tǒng)（如制動器控制）要求,。此外,，透過硬件式的FPU支持，能夠簡化軟件程序并提升運(yùn)算性能,。

　　2.2 大量網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)處理能力

　　今日汽車中的CAN網(wǎng)絡(luò)內(nèi)存在著大量的內(nèi)置式ECU,它們的規(guī)模隨著節(jié)點(diǎn)數(shù)量的增加而不斷擴(kuò)大,，因此車用MCU必須支持更多的訊息緩沖器（message buffer）。上一代的32位CAN微控制器能提供達(dá)32個內(nèi)置式訊息緩沖器，但現(xiàn)在已顯得不敷使用,，以新一代富士通MCU來說,，已能支持達(dá)64個內(nèi)置式訊息緩沖器，而且支持CAN 2.0A/B規(guī)格及提供1Mbps的高傳輸率,。

　　2.3 廣泛接口支持能力

　　車用MCU連接的外圍相當(dāng)多樣,，而連接的接口可能是UART、頻率同步串行,、LIN-UART 和 I2C,因此必須具備彈性的接口連接能力,。為了滿足此需求，富士通將內(nèi)置式多功能串行接口用作串行通信接口,，并透過軟件方式來切換上述各種接口,，以靈活支持外部組件的通信規(guī)范，并提高系統(tǒng)設(shè)計的自由度,。新系列MCU還提供LIN-UART 的6條通道,，從而能夠與更多控制單元進(jìn)行通信；其中MB91725系列因具有定時器功能的多條信道和 A/D 轉(zhuǎn)換器,，更容易達(dá)成各種功能的整合,。請參考（圖2）。

圖2　使用序列接口達(dá)成彈性的通信接口功能整合

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