支援汽車設(shè)計的數(shù)位訊號控制器
■彈性化的中斷架構(gòu)
DSC架構(gòu)提供彈性極高的中斷架構(gòu)。DSC通常支援大量可選擇且可設(shè)定優(yōu)先權(quán)限的中斷資源與向量(這對于含有眾多感測器與制動啟的應(yīng)用而言相當有利)。中斷的延遲都相當確定,鮮少會變化,有助于簡化系統(tǒng)研發(fā)業(yè)者的工作流程。
■執(zhí)行階段的自我燒錄(RTSP)
大多數(shù)汽車應(yīng)用系統(tǒng)都需求儲存一些常數(shù),利用這些常數(shù)并根據(jù)環(huán)境狀況、轉(zhuǎn)換器之間的變化以及預(yù)先量測的偏移值,校正從感測器擷取到的資料。后置處理演算法也會使用許多常數(shù),例如像濾波器的系數(shù)與各種預(yù)定系統(tǒng)特性,例如像活塞尺?、綒?燃油比以及誤差門檻等。就資料記憶體的使用效率而言,將這類常數(shù)儲存在RAM是相當浪費的作法。DSC元件通常含有可燒錄的快閃記憶體以及快閃型資料EEPROM記憶體,能可靠且有效率的儲存或存取這類常數(shù)。在快閃型DSC中,使用者的程式甚至能根據(jù)環(huán)境、資料或運轉(zhuǎn)狀況,在執(zhí)行階段修改這些常數(shù)。在許多系統(tǒng)中,可以使用像是控制器區(qū)域網(wǎng)路(CAN)這類序列通訊通道,協(xié)助系統(tǒng)運用Bootloader演算法來修改某段程式碼或常數(shù)。
■線上串列燒錄(ICSP)
快閃型DSC讓使用者能運用一種名為線上串列燒錄的技術(shù),在現(xiàn)場升級產(chǎn)品的韌體。這項功能讓某些控制器能重復(fù)應(yīng)用在不同的汽車子系統(tǒng)以及不同的運轉(zhuǎn)/環(huán)境條件,而且能修正軟體錯誤或校正感測器,或是在最小的成本與最低的延遲下進行功能升級。
■高解析度類比轉(zhuǎn)數(shù)位轉(zhuǎn)換器(ADC)
許多汽車子系統(tǒng)大量運用感測器,促使業(yè)者必須利用具備充裕速度與解析度的晶片內(nèi)部ADC來量測幅度相當微小且快速變化的流入數(shù)據(jù)。這對于封閉式路的運作而言尤其重要,例如像量測進氣歧管壓力的樣本,以研判點火火花的確切時間,藉以輸出至最佳的扭力。對于許多汽車功能而言,解析度低于12位元的ADC已不敷需求,若非線性錯誤率高于1 Least Significant Bit(LSB),這種ADC也不適用。在某些子系統(tǒng)中,裱的速度是主要的考量因素,尤其是像安全氣囊控制這類攸關(guān)安全的功能。在其他方面,最重要的考量因素可能是同時量測不同數(shù)據(jù)的能力。例如,主動式氣壓懸吊系統(tǒng)就需要同時擷取汽車速度、加速度、相對車體/輪胎動態(tài)與方向盤的轉(zhuǎn)動角度等數(shù)據(jù)。根據(jù)模組所需的ADC功能,可視狀況使用適合的DSC元件。
■脈沖寬度調(diào)變(PWM)
汽車系統(tǒng)中使用許多閥門與制動器都是由可調(diào)整的作業(yè)L期脈沖所控制。兩項PWM控制功能的常見實例包括燃油噴射閥門,會在脈沖期間開啟,藉此控制注入氣缸的燃油量;另一項則是點火火花產(chǎn)生器,在脈沖下降至低電壓階段就會產(chǎn)生火花。DSC能自動產(chǎn)生特定波長與極性的PWM訊號。像是動力方向盤、自動變速箱以及空調(diào)等子系統(tǒng),都涉及到精密的馬達控制演算法。某些DSC結(jié)合完備的晶片內(nèi)部L邊元件來支援各種先進PWM演算法。
■相位差編碼器介面(QEI)
精準迅速的量測速度與位置(包括車輛與內(nèi)部各種機械元件),是以電子元件有效控制汽車運轉(zhuǎn)的關(guān)鍵。例如像防撞系統(tǒng)就需要量測速度與加速度。相位差編碼器(例如像Optical Encoders)經(jīng)常是這類功能的理想感測器。有些DSC含有一個內(nèi)部相位差編碼器介面,能在最少的軟體資源使用率下針對相位差編碼器所產(chǎn)生的訊號快速解碼。
■控制器區(qū)域網(wǎng)路(CAN)
一部汽車中含有大量的處理器執(zhí)行各式各樣的功能,不同的子系統(tǒng)之間必須迅速且可靠的相互通訊,以便分享感測器與控制方面的資訊。各模組之間的通訊除了進行系統(tǒng)層級的監(jiān)控與偵測外,同時也讓系統(tǒng)不必配置多個偵測器來量測相同的數(shù)據(jù)。例如在電池監(jiān)控的功能中,MCU不僅要時常量測電池電壓,亦須傳送開啟或關(guān)閉的控制訊號到其他模組,以達到最佳化的電池使用效率,讓汽車順利發(fā)動。在汽車網(wǎng)路方面,CANR流排標準在各種通訊標準中子邢嗟敝匾的地位。許多DSC內(nèi)含一或多種晶片內(nèi)建CAN控制器,吸引許多業(yè)者將它們應(yīng)用在汽車的設(shè)計。更高階通訊協(xié)定的軟體支援(例如像遵循OSEK標準的即時作業(yè)系統(tǒng)以及CAN應(yīng)用層的建置),針對在汽車網(wǎng)路中使用DSC的業(yè)者提供更多的功能。
圖二 顯示由CANR流排串連的汽車系統(tǒng)元件
一些典型應(yīng)用
以下是數(shù)位訊號控制器在汽車方面的一些典型應(yīng)用,雖然沒有完整列出,但可以說明DSC所支援的多元化汽車功能。
●電子動力方向盤;
●電子離合器與變速箱控制;
●晃動與穩(wěn)定控制;
●座艙噪音消除;
●先進電池監(jiān)控系統(tǒng);
●安全氣囊控制;
●點火控制;
●乘客感測器;
●燃油壓力感測器;
●空調(diào)控制;
●引擎敲擊偵測;
●引擎熄火(misfire)偵測;
●調(diào)適性導(dǎo)航控制;
●燃料電池;
●車內(nèi)娛樂;
●免持聽筒套件;
●免鑰匙生物辨識車鎖;
結(jié)論
汽車系統(tǒng)的需求日趨嚴苛,就功能、連結(jié)以及數(shù)學(xué)運算的需求而言,16位元數(shù)位訊號控制器在許多汽車子系統(tǒng)方面已成為理想的處理器架構(gòu)。愈來愈多創(chuàng)新且強大的功能,包括新型的汽電混合與燃料電池技術(shù),迅速引進至汽車設(shè)計領(lǐng)域。這促使業(yè)者需要DSC的性能以及多元化的特性。包括像OSEK、CAN-based通訊協(xié)定堆疊、TCP/IP以及預(yù)先封裝的DSP演算法,將進一步提N這類架構(gòu)在各種汽車應(yīng)用中的適用性。
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