构建全新的车载娱乐网络

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        随着小汽车、卡车和SUV中电子信息内容的不断增加,每辆新车中所用的微控制器的数量也在逐年上升。 

        目前有大量8位、32位和16位MCU被用来执行关键任务,如刹车和灯光系统,然而,新型的MCU还用于创新性的信息显示和视频娱乐功能。随着单位成本的下降,汽车制造商以及他们的一级供货商寻求产品的差异化以及性能的不断改进,这一趋势将会继续保持。 

        基于已颁布标准(如CAN和LIN)的控制器在不断改进。如今新的MCU可以支持发动机和车身控制设备所需的三组CAN连接-最高端的32位控制器最多可提供6个CAN通道。它们还支持与用于座位调节、仪表盘以及其他乘客舒适度调节功能的LIN总线的互联。今年,随着制造商力图增加关键任务系统中服务的冗余度和质量,FlexRay标准得到了首次实际应用。目前FlexRay和已经颁布的标准(例如CAN总线)是协同实现的。不过从中长期来看(也许比预期的还要快),FlexRay将在绝大多数的汽车系统中替代CAN总线。 

        还有其他一些提升MCU性能的因素,包括闪存的增加,即便是8位MCU,而且出现了在宽温度范围内能够满足汽车规范的低功率MCU。目前设计师有许多选择,并且许多情况下都是全集成的解决方案。 

        针对汽车应用的MCU性能的改善和提高在各种MCU上皆可体现,从低成本、高效的8位控制器一直到超高集成度、高性能的32位产品。目前已在8位、16位和32位MCU上加入了看门狗定时器以及像转换器这类的外设。还有闪存,这为许多需要迅速更新小存储区内容的应用提供了可靠性和多功能性。闪存器件改写程序很方便-有时候仅需几秒钟即可完成程序重写。闪存技术还能仿效EEPROM,使设计师可以减少外部元件。闪存还能提供安全风险的防护。工艺技术的升级使得在板上实现足够量的闪存成为可能。目前富士通和其他制造商普遍采用的0.18微米工艺能够在32位MCU上集成4MB的闪存和高达128kB的RAM。 

        不过设计师在进行选择时通常要面临成本性能方面的折中。如果成本是极为重要的因素,可以选用新的8位MCU,特别是用于像门控、温度控制、座位调节或者其他乘客舒适调节系统这类的应用。另一方面则是配备有闪存、定时器、外设并具备发动机管理和车身控制系统所需全部功能的32位MCU。 

        目前最新和集成度最高的32位MCU的工作速率已高达80MHz-主要的改进都是在今年才实现的-其中包括多达6个CAN通道,每通道带有32个消息缓冲器。这些功能用于发动机控制和车内安全系统特别理想。许多这种高端器件还提供LIN接口-在有些型号中提供多达7个LIN通道-能够实现车门、车镜和雨刷控制的异步通信(UART)。

新型的车载网络将提供完善的娱乐系统 

        制造商的另一个新兴需求是信息系统和娱乐系统,在汽车网络中能够用支持IDB-1394规范的MCU来实现。能够将音视频发送到车内各个角落的新一代32位MCU已经面市,它可以提供像后排娱乐控制台、地图和GPS信息等许多新功能。汽车制造商将很快向消费者提供创新的A/V功能,在全车内为后排座位和乘客提供多媒体网络。这些车载网络将利用铜缆或光纤传输,使用户可以在小汽车,卡车和SUV中的不同屏幕上观看各类不同的电影或PC视频和语音,从而有效地为每个乘客提供定制的节目。 

        但是, 多路视频需要大量的带宽,并且高质量和高可靠性非常重要。因此,实现这些网络的第一步是标准化,这是汽车制造商和他们的OEM厂商在产品研发阶段实能够相互合作的基本协议。IDB-1394网络协议提供了这些车载多媒体应用所需的带宽。 

        将IEEE1394用于车辆娱乐应用有几个优点。该标准提供的最小比特率为400Mb/s,它要高于任何一个可替代的标准,如以太网或MOST-面向多媒体系统的传输标准,后者在欧洲制造的一些汽车中有实际应用。 

        另外,该技术能将IDB-1394的比特率提升到800Mb/s甚至更高,使它具有很大的灵活性和通用性,随着速度和带宽的提升,它可以保护对部署了1394的产品的早期投资。由于IDB-1394可以配置成多路复用网络,故可以在同一物理层上同时传输多路音视频流。这样,汽车网络就能够用一根线缆传输复杂的信息,减少了笨重且复杂的连线。 

        虽然各个地区的实现将会视消费者应用情况而变化,但网络通常一般都包括DVD播放机、PC、手持产品、游戏机和其他外设,并且IDB-1394支持音视频内容的多路传输,可以将信号分开来在不同通道上同时进行传送。 

        实现方案 一是采用同步(实时)通道,它可保证每个载荷获得指定的带宽和延迟;二是采用异步通道,通常用来传输用户指令。视频和相关的音频内容以及所有与接收端图像数据同步的音频信号一起通过同步通道传送到后排娱乐设备。 

        为了实现上述性能,要求采用一片特殊的、基于IDB-1394规范的新型车用MCU。IDB-1394控制器利用三个不同的通道进行载荷数据和命令的发送和接收,并提供用于视频的BT.601接口和用于音频的I2S接口,这些接口通过DTCP单元将数据分发到本地设备。后面再有两个桥连接到IDB控制器的链路层实现。发送数据流发送到双端口物理层实现。这些端口驱动传输线到下一个节点,同时支持与1394标准的各种物理层规范匹配的总线速率,包括从100Mb/s一直到400Mb/s。“物理/链路层控制”模块确保完整的IDB-1394数据流在双端口之间以全双工的模式被复制。 

        基于IDB-1394标准的网络可以用在采用线束布线的环形、总线型或者树型结构中,可取代大量用于指令传送和模拟音频的点对点连接或者独立的布线,从而使得1394能够高效地完成这些实现。另一个特点是能够提供很高带宽-通常,由1394控制器所支持的后座娱乐系统的带宽要求仅为一个S400 class IDB-1394网络单同步通道可用带宽的25%,故还有很大的富裕带宽,可以将多路视频图像增加到网络上,或者增加PC、存储设备以及手持设备。 

        单芯片IDB1394控制器是汽车电子设计的理想选择 

        用于上述这些娱乐网络设计的理想解决方案是在一个硅片上集成物理和数据链路层的单芯片方案,该方案应支持1394贸易协会支持的最新定义的BT.601video-on-1394协议,它兼容数字传输复制保护(DTCP)标准。DTCP对于防止非法复制极为重要,可以确保得到希望保护版权的内容提供商的支持。使用BT.601视频接口以及与之相随的I2S接口,包括传输码流的能力,这些都能显著减少车载网络中主处理器的开销,从而使系统能够高效率地处理音视频。基于MCU的网络是一个出色的系统,目前主流汽车制造商正在开始采用。 

        来自富士通微电子公司的MB88388A就是这样一种器件,该器件实现了一个专有的SmartCODEC,这是富士通研发的视频codec,符合IDB-1394标准。SmartCODEC发送高清视频不会产生明显可感觉到的延迟,并能确保在基于1394的系统中不出现音频或视频瓶颈。可以利用一个IDB-1394控制器来实现SmartCODEC,无需任何外部的MPEG编码和解码就可以支持DVD视频、数字电视和导航图像。它利用一个新型的、更快的和创新性的编解码算法对YUV数字信号和RGB数字信号格式的原始数据进行压缩,在2-3毫秒内就能将原始数据压缩到原来的1/3。 

        基于新标准的车载娱乐MCU在数量和种类上不断丰富了车用8位、16位和32位控制器品种。配有存储器、外设和其他集成功能,并支持如CAN和LIN这些现有成熟的汽车网络标准,8位、16位和32位的MCU将继续向新型创新性汽车应用发展。基于FlexRay和IDB-1394这些新兴标准的新型控制器已经面市,这些控制器可以实现最具创新性和激动人心的发动机控制、车身控制以及车载娱乐系统。
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