汽車電子MCU技術(shù)原理與需求分析

　　DSP一般用于處理大量的數(shù)字信號(hào)、編解碼，及通信數(shù)據(jù)分析。在汽車電子系統(tǒng)中，例如車載輔助路況警示安全系統(tǒng)，DSP可用于處理和識(shí)別復(fù)雜的路況信息并及時(shí)為司機(jī)提供實(shí)時(shí)建議和警告。

                     圖三　具備MAC單元的16位MCU（以ST10為例）

                     圖四　16位車用MCU的應(yīng)用場景

　　MCU的處理能力與應(yīng)用場合

　　車載MCU的市場主要集中在8、16和32位的微控器，可按汽車電子產(chǎn)品的不同需求用于不同性能的場景。

　　8位MCU由于處理能力的限制主要應(yīng)用于風(fēng)扇、空調(diào)、雨刷、車窗、集線盒、座椅控制、門控等比較簡單的系統(tǒng)。16位MCU則屬一般用于中端設(shè)備，主要應(yīng)用場合為引擎控制動(dòng)、離合器控制、底盤機(jī)構(gòu)和懸掛、電子剎車、電子式動(dòng)力方向盤，和電子式渦輪系統(tǒng)等動(dòng)力和傳動(dòng)系統(tǒng)。32位MCU在汽車電子領(lǐng)域主要用于預(yù)碰撞（Pre-crash）模塊、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、復(fù)雜的X-by-wire等傳動(dòng)功能，以及多媒體信息系統(tǒng)（Telematics）、安全系統(tǒng)和引擎控制方面等需要較高智能性、運(yùn)算性能、實(shí)時(shí)性能的模塊。
目前，16位MCU的生存空間似乎受到8位和32位MCU的不斷擠壓。8位微控制器的處理器核心功率不斷提升，隨著嵌入式內(nèi)存容量的增加，以及接腳數(shù)更具彈性，再加上成熟的技術(shù)促使成本進(jìn)一步降低，讓8位微控制器的適用市場空間變得更大，能向上涵蓋一些16位MCU的應(yīng)用，也能向下取代多數(shù)4位MCU。32位MCU在越來越強(qiáng)調(diào)智能性、實(shí)時(shí)性和多樣化的今天十分具有市場潛力，除了處理復(fù)雜的運(yùn)算及控制功能，32位MCU產(chǎn)品也將扮演車用電子系統(tǒng)中的主控處理中心角色，也就是將分散各處的中低階電子控制單元（ECU）集中管理。而這些能力都不是16位MCU所具備的。

　　16位MCU似乎處境十分尷尬，但在加入更高容量內(nèi)存及上文提到的具備DSP-MAC的條件下，16位產(chǎn)品仍然能滿足特殊應(yīng)用功能的需求。而且在組件的質(zhì)量、性能，和成本上其已獲得市場認(rèn)可，仍然存在其適當(dāng)?shù)氖袌隹臻g。另一方面，雖然32位MCU產(chǎn)品在一般市場上已被廣泛應(yīng)用，但目前一般出現(xiàn)在高端汽車產(chǎn)品中。而在大多數(shù)的傳動(dòng)及安全系統(tǒng)等關(guān)鍵性應(yīng)用上仍以16位MCU為主。主要的原因是32位MCU大多仍處于汽車電子零件規(guī)格的驗(yàn)證階段，之后還需要通過車廠本身的各種環(huán)境測試，所以成為市場主流還需要等待一段時(shí)間。

　　1. 8位MCU

　　如上文所述，8位車用MCU通常要求系統(tǒng)能提供快速執(zhí)行速度和數(shù)據(jù)處理能力、高效環(huán)境切換（Context Switching）和內(nèi)存使用、彈性的I/O，以及廣泛的系統(tǒng)功能延伸性。此外還要求支持CAN及LIN總線協(xié)議接口，而且會(huì)嵌入Flash或ROM，適合廣泛的中低階系統(tǒng)應(yīng)用。

　　ST72561是ST專為車用環(huán)境設(shè)計(jì)的8位MCU產(chǎn)品，其整合了CAN及LIN總線接口，具有強(qiáng)大的錯(cuò)誤診斷和信號(hào)處理功能，待機(jī)功耗較低，小于50μA，并具有周期性喚醒功能。

　　ST72561通過新增的處理器接口來支持基于Bosch CAN核心的beCAN控制單元，集成2個(gè)傳送mailbox、三個(gè)RX-FIFO，和六個(gè)過濾器群組，能夠有效地按ID進(jìn)行信息過濾；此外，其CAN控制器全面支持具備增強(qiáng)型消息過濾功能的29位識(shí)別碼。ST72561的LIN接口則面向ST針對(duì)硬件設(shè)計(jì)提出的的“主-從LINSCI連接接口”等最優(yōu)化技術(shù)，能對(duì)LIN總線數(shù)據(jù)自動(dòng)進(jìn)行標(biāo)頭處理與過濾。該機(jī)制可大幅降低系統(tǒng)負(fù)擔(dān)和成本，使電路設(shè)計(jì)得到簡化，系統(tǒng)性能也得到較大提升。據(jù)測試，高達(dá)90%的用于LIN總線通信的CPU負(fù)載可被節(jié)省。

                           圖五　ST7261在車體應(yīng)用上的系統(tǒng)架構(gòu)

　　2. 16位MCU

                            圖六　16位車用MCU按內(nèi)存及封裝接腳數(shù)的選擇與分類

　　ST推出的ST10為16位車用MCU，適合車身的傳動(dòng)、底盤及安全系統(tǒng)等強(qiáng)調(diào)高效能、高實(shí)時(shí)性，和低功耗的應(yīng)用。該系列產(chǎn)品提供16個(gè)優(yōu)先級(jí)的中斷控制器和緊密整合的DMA，CPU頻率最高可達(dá)64MHz，因此十分適合要求較高的硬實(shí)時(shí)應(yīng)用。