实现车身控制应用的低成本设计

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        目前,汽车车身电子系统正在大量采用电子技术,其目标是提高汽车的安全性、可靠性和舒适性。

       从今年全球的几大车展可以发现,几乎所有的改进版车型都在其安全性能方面大做文章。汽车行业专家认为,电子控制的安全系统和智能驾驶系统将成为“汽车工业的又一次革命”。为此,业界知名的MCU厂商都在开发低功耗、高性能、多功能的16位MCU,以满足不断增加的市场需求。
  

        本文介绍飞思卡尔半导体新近推出的专门为成本敏感的汽车车身电子应用而优化的16位MCU系列MC9S12XS(S12XS),其优异的兼容性和开发方面的灵活性非常适合刚刚起步的中国汽车工业市场。

      1 广泛兼容性面向更多应用

       汽车电子客户一直在寻找能在降低开发成本并缩短开发时间的同时,保持软硬件在相应应用和平台中重复使用的方法。S12XS系列的推出为客户提供了一整套可兼容的低成本16位产品,使客户能够更加灵活地进行车身电子设计。
  

       飞思卡尔的S12 系列MCU是汽车市场中应用最广泛的16位体系结构。基于S12的器件年出货量已超过1亿颗。可扩展的S12系列为开发人员提供多种选择,其片上闪存容量可从32KB扩展到1MB,并能轻松转移到更高性能的S12X器件。
  

        S12X系列16位微控制器进一步提升了HCS12系列的功能,是车身控制和网关应用的理想选择。S12X系列保留了HCS12的16位效率,建立了一条高效的迁移路径,有助于节省用户的投资。S12XS系列是专门为各种成本敏感的汽车车身电子应用开发的16位MCU,可以满足客户对设计灵活性和平台兼容性的需求。该系列器件包括6种型号,闪存从64KB至256KB,封装从48引脚到112引脚不等。客户可以灵活选择不同容量的存储器、封装和价位,以满足其具体应用的需求。
  

        作为S12X系列的扩展产品,S12XS系列对不久前推出的高性能S12XE系列产品进行了进一步的经济性和兼容性扩展,拓宽了整个S12X产品系列,可以为客户提供更低成本和更小封装的产品。S12XS和S12XE系列都配有补充存储器、外设和多种封装。如果在开发期内应用需求发生了变化,S12XS系列的灵活性可以帮助设计人员根据市场变化迅速做出反应并降低迁移成本。事实上,全部S12和S12X系列产品都具有在整个汽车电子平台上的可扩展性,其软硬件都可以重复使用和相互兼容。
  

        在应用开发过程中,客户可以利用S12XE系列作S12XS系列的开发平台。设计人员在开发针对S12XS系列产品的应用时,可使用S12XE系列产品作为仿真工具以保持兼容性。这有利于减少限制条件,为MC9S12XE系列器件编写的代码能够不经修改地运行于MC9S12XS系列器件上。

       2 高性价比的广泛选择
  

        S12X系列的性能达到了HCS12微控制器的五倍,采用了增强内核和增强外设,既提高了总线速度(最高可达40MHz,而HCS12只能达到25MHz),又具备了完整的CAN功能,并改进了中断处理能力。S12X增加了一个并行处理的XGATE模块。该模块是一个智能的、可编程的直接内存存取(DMA)模块,可以进行中断处理、通信和数据预处理,并为其他任务释放一部分CPU空间,从而提高性能。
  

       S12XS系列是对高性能的S12XE MCU系列经济有效的补充,与S12XE系列相比,S12XS在以下几个方面进行了精简。在外设方面,减少了外设装置。在内存映射方面,S12XS系列器件没有仿真EEPROM(EEE),RAM、数据闪存比同类S12XE系列器件更小;这些模块的映射是向上兼容的。在闪存方面,S12XS系列的闪存为 64KB~256KB;而S12XE系列的闪存则为128KB~1MB。

       S12XS系列的主要功能包括:

       (1) 32MHz核心和总线速度;
        (2) 64KB、128KB和256KB闪存选项,均具备纠错码(ECC);
        (3) 带有ECC的4KB~8KB数据闪存,可用于数据和程序存储;
        (4) 选择可配置的8、10或12位模数转换器(ADC),转换时间达3毫秒;
        (5) 支持控制局域网络(CAN)、局域互联网络(LIN)和串行外设接口(SPI)协议;
        (6) 带有16位计数器的8信道计时器;
        (7) 卓越的EMC/运行和停止电流性能;
        (8) 小管脚的多种封装规格:
     ―48QFN,7mm×7mm×1mm,0.5mm间距;
     ―64QFP,10mm×10mm×1.4mm,0.5mm间距;
     ―80QFP,14mmx14mm×2.2mm,0.65mm间距;
     ―112LQFP,20mm×20mm×1.4mm,0.65mm间距;
       (9) 使用S12X系列提供的大量支持工具。

       3 快速开发智能而高效的应用
  

        车身电子系统主要包括:防抱死滑刹车、车身稳定控制、安全气囊、防撞报警、防盗、后视镜记忆、空调、中控锁、座椅位置调节、车门控制等。这些应用系统通常以低数据率进行数据传输,同时需要大电流驱动模块驱动马达和执行机构。随着汽车车身控制应用复杂性的不断提高,对16位微控制器(MCU)的性能要求也越来越高。
  

        利用S12XS系列MCU可以开发各种先进的应用功能,例如,具有智能巡航控制功能的防撞系统,当汽车在行驶过程中与其他车辆距离过近或偏离到另一车道时,系统会自动报警;如果两车即将发生相撞,系统会自动刹车。还可以开发在即将发生撞车事故时自动刹车、关上车窗、拉下遮阳板、拉紧安全带、将座位调整到最安全位置的应用。上述车身电子系统都可以利用S12XS系列以更低的成本和兼容的开发平台实现,以满足未来增加汽车功能和安全性的需求。
  

        S12XS系列带有一套专为汽车车身和乘客舒适度应用而优化的改进型片上外设、存储器和封装选项,可应用于座位控制器、暖通空调(HVAC)控制模块、方向盘控制器和遮阳板。采用QFN封装(7mm×7mm)的小型器件非常适用于空间有限的应用,如小型执行器、传感器模块和柱式集成模块等。

      4 先进的开发工具和演示板                                                                                  
  

       飞思卡尔计划于2007年第1季度提供S12XS系列器件的样品。开发软件、评估板和相关文档现已开始提供。S12XS可以使用经济有效的USB HCS08/HCS12 BDM Multilink(USBMultilinkBDM)在线仿真器、调试器和烧写器进行开发,图1是其产品图片。该工具的功能包括:利用HCS08或 HCS12 BDM接口进行实时在线调试、快速在线闪存编程、USB-BDM接口,小巧的尺寸(大约3英寸×2英寸×3/4英寸)支持1.8V~5.5V HCS08和HCS12。
  

       S12XS的软件开发工具是IDE(集成开发环境)FreeMASTER实时控制和调试工具。它是一个具有直觉导航功能的先进工具,可用于任何应用程序的开发,有助于实现运行于个人电脑的简单图形环境的远程应用控制。它还可以提供以文本和图形实时观察应用变化的能力。不论客户的设计是针对汽车、工业,还是消费应用,FreeMASTER都可以为客户提供所需的实时系统监控和利用个人电脑控制嵌入式应用的能力。设计人员可以利用多功能性,将FreeMASTER用于各种算法和应用。它可以用于实时调试、诊断,以及演示、销售和教育目的。
  

        此外,客户可以利用功能丰富的DEMO9S12XEP100演示板对MCU进行评估,有助于在MCU闪存内对应用进行下载和调试。与演示板共同使用的 EVB9S12XEP100评估板是一个用来评估客户应用软硬件的多功能评估系统,如图2所示。利用CodeWarriorTM和Freescale USB-BDM接口,该评估板可提供一整套更为简单的内置电路,有助于加快开发进程。演示板和评估板的代码编写、下载和评估都非常简单。
  

        综上所述,飞思卡尔的每个MCU系列中都有许多不同的价格、性能、外设和封装选项,可为汽车客户提供覆盖8、16和32位体系结构的多种选择。在每个产品系列和体系结构中,客户可以选择价格适中且适合其应用需求的理想器件,并通过轻松移植实现更高的性能和更先进的功能。此外,他们还可以利用通用的硬件和软件工具,以降低开发成本并加快上市速度。

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