藍牙技術(shù)在汽車中的應(yīng)用

        基于微控制器的系統(tǒng)發(fā)展日趨精密,給汽車應(yīng)用帶來了新功能,同時也給這些產(chǎn)品認證工程帶來了新挑戰(zhàn)。

        隨著 RF 技術(shù)（如藍牙和 Wi-Fi）應(yīng)用越來越廣泛,在解決管理條例遵守和法律責(zé)任問題方面帶來更高的要求。這些問題包括新技術(shù)之間的兼容性、新技術(shù)與舊技術(shù)之間的沖突以及對安全臨界系統(tǒng)安全性的影響。

　　藍牙為客戶提供了高度透明的附加值,不僅可影響購買決策,而且還可以發(fā)揮高成本效率以及為進入汽車行業(yè)作好鋪墊。這種挑戰(zhàn)將以客戶為本的技術(shù)帶入對于可靠性、電磁兼容性／敏感性 (EMC/EMS) 及高品質(zhì)設(shè)計／制造方法要求越來越高的行業(yè)。

　　新技術(shù)的出現(xiàn)要求對潛在的產(chǎn)品故障模式進行嚴密的勘查,這可能涉及到系統(tǒng)間復(fù)雜的交互。產(chǎn)品設(shè)計工程師現(xiàn)在意識到從產(chǎn)品開發(fā)周期一開始乃至安裝和使用階段,務(wù)必確定潛在的不遵守管理條例的問題和風(fēng)險,務(wù)必應(yīng)用有計劃的設(shè)計和檢驗措施。在汽車應(yīng)用中與美國聯(lián)邦通訊委員會 (FCC)、藍牙認證組織 (BQB)、美國保險商實驗室 (UL) 和歐洲組織等制定了相關(guān)的管理條例要求,這些要求與汽車行業(yè)中微控制器應(yīng)用的硬件和軟件功能有關(guān)。而影響選擇合適的微控制器可幫助設(shè)計工程師避免過重的開發(fā)成本和在產(chǎn)品開發(fā)后期糾正錯誤選擇所帶來的上市時間影響。最后,本文提供了一項認證檢測總結(jié)而不是每一機身的單一檢測數(shù)據(jù),以便避免為了符合汽車應(yīng)用、FCC 和 BQB 的重復(fù)要求而帶來的冗余任務(wù)。

　　2.0 微控制器應(yīng)用中的管理條例要求　　

　　在討論藍牙特定要求的詳細情況之前,先回顧一下汽車行業(yè)中對微控制器的一般要求。這些要求包括：　　
　　·對汽車和 FCC/CE 認證的 EMC/EMS 要求　　
　　·美國保險商實驗室 (UL) 規(guī)定的電氣安全　　
　　·汽車特有的品質(zhì)／安全性檢測

　　2.1 EMC/EMS 要求　　

　　自FCC 宣布不得制造更多的電磁波頻譜污染后,人們對電氣系統(tǒng)中電磁兼容性的關(guān)心一直日漸增加。芯片和系統(tǒng)的設(shè)計工程師已遵從汽車／FCC 認證準則,在不降低工作性能的前提下減少了電子系統(tǒng)的電磁輻射。

　　2.2 數(shù)字產(chǎn)品的 EMC 檢測要求　　

　　在美國和歐洲銷售的電氣產(chǎn)品的最常見電磁兼容性 (EMC) 檢測要求對使用藍牙連接的產(chǎn)品和不使用藍牙連接的產(chǎn)品通常都是一致的。此外,基于微控制器的汽車應(yīng)用和非汽車應(yīng)用也遵守同樣的要求。該檢測級別視產(chǎn)品的類型而有所變化。

　　2.3 EMC 檢測軟件　　

　　美國汽車工程師學(xué)會 (SAE) 制訂了一種檢測方法,它使用標準檢測板來測量板卡上安裝的芯片的電磁輻射。EMC 檢測板和檢測軟件的組合還可用于執(zhí)行 FCC 檢測。

　　3.0 美國保險商實驗室要求 (UL)　　

　　UL 1998 標準是作為一項軍事或汽車品質(zhì)／可靠性文檔頒布的?！　?/p>

　　它的一項重要要求是分析潛在風(fēng)險并實施跟蹤過程,該過程可全程跟蹤軟件開發(fā)周期以便采取措施來處理這些風(fēng)險。UL 1998 的另一項重要要求是全程對軟件開發(fā)周期進行檢測。除了一般用于軟件開發(fā)和發(fā)行后檢測的檢測外,該標準還要求進行故障模式和壓力檢測。當(dāng)復(fù)核產(chǎn)品以驗證是否符合標準時,提交檢測方案和檢測結(jié)果以證明與標準相符。

　　當(dāng)微控制器成為電氣系統(tǒng)的關(guān)鍵控制元素時,它應(yīng)包括關(guān)鍵架構(gòu)、硬件／軟件特征以便符合管理機構(gòu)提出的安全性／檢測要求。這些要求務(wù)必符合軟件／硬件的最小開銷要求。

　　對微控制器的要求包括：

　　設(shè)備架構(gòu)務(wù)必保證所有指令在程序存儲器之外執(zhí)行;該程序存儲器包含應(yīng)用軟件和安全／診斷軟件。對這些指令的任何修改務(wù)必要求具有有計劃的外部工作。

　　由于微控制器程序存儲器中的軟件在設(shè)備運行中扮演重要的角色,因此指令集中務(wù)必包含某一指令以允許在運行時期間執(zhí)行檢驗和及CRC 計算。

　　單芯片硬件管理功能如 監(jiān)視器 (看門狗)和“電力減弱”探測提供額外級別的保護。

　　端口結(jié)構(gòu)應(yīng)在不需要進行特殊編程的情況下能夠探測端口打開和端口不足。每個 I/O 引腳可同時設(shè)定為輸出和輸入的地址,以提供有效而快捷的診斷能力。 

圖 1. I/O 圖

　　4.0 汽車品質(zhì)／安全性要求

　　現(xiàn)有的非藍牙微控制器正在大量出貨,以供應(yīng)要求高安全性和品質(zhì)的安全臨界汽車應(yīng)用。

　　此外,汽車制造商對微控制器供應(yīng)商提出了一些品質(zhì)／可靠性要求。這些重要范圍包括：

　　掃描檢測 － 保證所有晶體管工作正常（達到 99% 以上）。

　　電氣應(yīng)力檢測 － 在電壓高于指定最大工作電壓、但低于設(shè)備擊穿電壓下檢測設(shè)備。

　　內(nèi)置自檢 (BIST) － 對編碼進行反

復(fù)試驗,以進行不同的單芯片功能檢測和客戶特定檢測。

　　Maverick 部件檢測 － 消除變形的設(shè)備。因此,在出貨時應(yīng)保證每個設(shè)備工作性能是一致的。

　　5.0 在汽車應(yīng)用中增加藍牙連接

　　5.1 藍牙軟件

　　藍牙規(guī)范定義了在設(shè)備未有效通信時可能會涉及到的電源管理模式。這些模式可用于實施各種功率減少策略,如減少或暫停 CPU 時鐘、關(guān)閉外部設(shè)備或關(guān)閉無線電收發(fā)器。這些機制減少內(nèi)部開關(guān)電流,效果是減少功耗和減少EMI。藍牙無線設(shè)備的功耗是藍牙芯片集整體功耗的主要組成部分。電源管理模式還可用于僅在需要時才保持無線設(shè)備處于全功率狀態(tài)。（802.11b 系統(tǒng)與其相比較則有些不同,該系統(tǒng)中的無線設(shè)備始終保持加電狀態(tài),接近已連接的局域網(wǎng)的功耗。）

　　5.2 藍牙硬件

　　汽車應(yīng)用中鑒定合格的微控制器現(xiàn)在可提供集成的藍牙支持（指藍牙基帶硬件和協(xié)議堆棧軟件）。 這為開發(fā)符合汽車行業(yè)標準的產(chǎn)品提供了低風(fēng)險、快通道的好處。

　　5.3 內(nèi)置 RF 檢測模式

　　藍牙協(xié)議堆棧為 RF 檢測提供內(nèi)置檢測模式。有兩種方法可進入藍牙檢測模式：

　　靜態(tài)方法 － 藍牙核心在啟用檢測模式選項時已初始化,因此在啟動時就已進入檢測模式。

　　動態(tài)方法 － 應(yīng)用軟件發(fā)送命令,該命令導(dǎo)致藍牙堆棧進入檢測模式。最終應(yīng)用產(chǎn)品可觸發(fā)此模式。例如,應(yīng)用軟件可讀取開關(guān)或按鈕。

　　5.4 檢測／鑒定

　　要幫助嵌入式藍牙產(chǎn)品通過鑒定檢測,藍牙解決方案的供應(yīng)商有望提供在基帶處理器和藍牙無線設(shè)備上運行的全套嵌入式藍牙堆棧,作為預(yù)檢測／預(yù)鑒定組件。

　　要使鑒定合格,必須將組件整合到最終產(chǎn)品或參考設(shè)計中,然后通過一組最少的檢測（如藍牙的《鑒定程序參考文檔》中所述）。

　　此外,此參考設(shè)計板還需要進行改進,以便符合 FCC 和汽車 EMC/EMS 要求。這意味著最終產(chǎn)品的開發(fā)人員不必執(zhí)行所有檢測過程,而預(yù)檢測組件和最終產(chǎn)品鑒定通常會進行此類檢測過程。鑒定／檢測單獨的藍牙組件及整合這些組件的參考設(shè)計對產(chǎn)品開發(fā)人員很有幫助,為他們提供了產(chǎn)品開發(fā)和鑒定的可靠起始點。

　　6.0 管理機構(gòu)間的重復(fù)要求

        表 1. EMC 檢測要求 　

      表 2. RF 檢測要求 　

     表 3. 檢測硬件／軟件 　  

     表 4. 軟件質(zhì)量、錯誤恢復(fù)和診斷  

        7.0 藍牙處理器（微控制器）示例

　　美國國家半導(dǎo)體公司推出的 CP3BT1x 設(shè)備是使用藍牙連接的汽車級微控制器示例。該 CPU 采用最新版本的 CompactRISC 處理器核心 － 一種高性能的16 位處理器,為嵌入式控制和連接應(yīng)用設(shè)計了 32 位擴展。此外,CP3BT1x 設(shè)備提供以下功能：　　
　　

       256KB 閃存程序存儲器
　　
        8KB 閃存數(shù)據(jù)存儲器
　　10KB SRAM
　　USB 1.1 (CP3BT10) 或 CAN 2.0B (CP3BT13) 接口
　　UART
　　SPI/Microwire 接口
　　ACCESS 總線接口（I2C 兼容）
　　編解碼器接口
　　具有控制和捕獲寄存器的定時器
　　37 (CP3BT10) 或 40 (CP3BT13) GPIO 引腳
　　100 引腳 LQFP 和 48引腳芯片比例（7 × 7 毫米）封裝
　　功率／性能比是 0.5 mA/MHz。
　　非常低的功耗（頻率 12 MHz,電流在 2.5V 條件下僅為 6 mA）
　　12 MHz 運行頻率（在單芯片上增大為 24 MHz）提供足夠的 CPU 帶寬,來運行藍牙協(xié)議堆棧和應(yīng)用程序任務(wù)。

　　美國國家半導(dǎo)體公司提供了完整的預(yù)檢測／預(yù)鑒定藍牙堆棧,其中包括低級別和高級別協(xié)議層。這套完整的堆棧執(zhí)行為應(yīng)用代碼提供了充足的芯片程序存儲器。美國國家半導(dǎo)體公司為該技術(shù)的各方面提供一站式應(yīng)用支持,這些方面包括：芯片、開發(fā)工具、嵌入式藍牙軟件和 µC/OS-II 操作系統(tǒng)?！?/p>

　　8.0 小結(jié) 　　　

　　將汽車電子儀器連接到本地藍牙網(wǎng)絡(luò)的好處日益明顯,并且很快成為有購買意向的客戶所青睞的標準特征。但是,汽車行業(yè)對可靠性和兼容性有特殊的要求,超出了正常的家庭和辦公標準。新無線技術(shù)的引進為復(fù)雜的系統(tǒng)進行交互創(chuàng)造了新的可能性,因此用于保證無干擾的檢測標準的重要性日益突出。汽車應(yīng)用中鑒定合格的微控制器現(xiàn)在可提供集成的藍牙硬件和無線產(chǎn)品,它們?yōu)殚_發(fā)符合汽車行業(yè)標準的產(chǎn)品提供了低風(fēng)險、快通道的好處。