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    隨著對更多功能及更高可靠性的需求持續(xù)增長，汽車電子的種類和復(fù)雜性也在迅速增加。汽車內(nèi)有許多種電子子系統(tǒng)，比如底盤電子、駕駛員信息電子和車身電子。車身電子子系統(tǒng)提供座椅調(diào)節(jié)、車內(nèi)照明和雨刷等功能。智能化設(shè)計使得車身控制模塊(BCM)能更有效、可靠地驅(qū)動負載。

    BCM是汽車內(nèi)最重要的模塊之一。BCM被用來控制不需專用控制器的常用“車身”功能，包括車窗、車鏡、車門鎖和車燈控制，以及接收發(fā)自車鑰匙和胎壓監(jiān)測器信息的RF接收器等功能。此外，BCM還具有通過網(wǎng)絡(luò)總線在不同模塊間傳輸數(shù)據(jù)的網(wǎng)關(guān)作用。因為BCM連接多個汽車總線，所以它是為汽車增加新功能的理想平臺。當(dāng)汽車電子設(shè)計工程師想為汽車添加新的功能，但又沒有太多時間、空間或預(yù)算來增加新模塊時，他們?？赏ㄟ^為BCM編寫新軟件并借助其連網(wǎng)能力來實現(xiàn)這些功能。

    顯然，對BCM的需求因車而異，但一個應(yīng)用趨勢是開發(fā)一種可覆蓋多種車型的單一模塊，以便汽車制造廠降低開發(fā)和維護成本。對每種車型只需進行一些配置工作，就可在多個汽車平臺上更迅速地部署該模塊，從而縮短產(chǎn)品整體上市時間。

    BCM的工作可大致分為兩部分：控制部分，包括MCU、傳感器輸入和車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)；電源部分，包括可提供大功率信號以驅(qū)動各種負載的功率器件。設(shè)計電源部分時需了解用于車身電子的各種負載特性。例如，LED因其低功耗、優(yōu)異的魯棒和可靠性，所以正迅速取代白熾燈。電子馬達也用于實現(xiàn)升降車窗、改變座椅位置及調(diào)整車鏡等機械功能。阻性元件則被用在座椅加熱及后車窗除霜應(yīng)用中。

    將控制和電源電路整合到一個模塊需要解決一些挑戰(zhàn)。當(dāng)BCM設(shè)計人員開始新設(shè)計時，他們必須考慮控制和電源部分的全部可能的器件選擇，然后，在考慮了所有設(shè)計因素的情況下，決定如何將兩者結(jié)合起來以最好地滿足需求。設(shè)計人員在選擇合適的器件組合時，必須考慮的設(shè)計因素主要有：功耗預(yù)算、散熱、魯棒性以及成本。例如，電源部分傳統(tǒng)上一般只采用功率繼電器，但最近的設(shè)計已顯現(xiàn)出向固態(tài)方案轉(zhuǎn)變的跡象。固態(tài)電子可提供更魯棒的方案，以降低總體成本。此外，通過將這些固態(tài)器件與智能數(shù)字控制器結(jié)合起來，設(shè)計人員可實現(xiàn)以前不可能完成的診斷和故障防范保護功能。最終，設(shè)計人員的目標是生成一種具有成本效益、能完全滿足應(yīng)用需要并具有高可靠性以符合嚴苛汽車標準的BCM。

    圖1是基于NEC電子的32位MCU V850ES/Fx3的BCM原理框圖，它給出了模塊與傳感器輸、電源部分的連接。采用MCU的好處是能將控制問題分給硬件外設(shè)和軟件算法來解決。與用硬件實現(xiàn)控制的方法相比，這種模塊設(shè)計方法具有更多的靈活性。此外，采用MCU還能在系統(tǒng)內(nèi)進行診斷(甚至實施自診斷)，從而使系統(tǒng)更魯棒。

圖1：基于32位MCU V850ES/Fx3的車身控制模塊原理框圖。

    在實現(xiàn)車身模塊的控制部分時，最關(guān)鍵的決策是選用一款帶合適外設(shè)、可滿足應(yīng)用對性能和成本預(yù)算要求的MCU，比如NEC電子的V850ES/Fx3 MCU等方案。V850ES/Fx3基于V850 32位CPU內(nèi)核，并針對汽車車身應(yīng)用進行了優(yōu)化。V850內(nèi)核是為嵌入式系統(tǒng)設(shè)計的，它具有高性能處理能力、快速中斷響應(yīng)速度及高效數(shù)據(jù)傳輸能力等實時性能。該內(nèi)核還包括一款專用的、為每一個中斷源配備獨立向量的中斷控制器，從而可以快速響應(yīng)各種請求。片上直接存儲器訪問(DMA)單元可對存儲器和系統(tǒng)總線進行訪問，可在無需CPU干預(yù)情況下進行數(shù)據(jù)傳輸。

    特別是，V850ES/Fx3 MCU集成了多種車身模塊特別需要的先進外設(shè)。例如，定時器對車身應(yīng)用非常重要，它被用于調(diào)度任務(wù)、捕捉RF脈沖等外部信號，更重要的是它能生成控制車內(nèi)LED等所需的脈寬調(diào)制(PWM)信號。V850ES/Fx3 MCU就能提供多個具有可編程能力、可運行多種模式的定時器宏，它還能同步各定時器以增加PWM能力。為滿足OEM對網(wǎng)絡(luò)不斷增加的需要，該MCU系列集成了5條控制器局域網(wǎng)(CAN)通道，每個通道具有獨立的信息緩存器和無需CPU干預(yù)就可以濾除信息的屏蔽寄存器。針對低速的局域互連網(wǎng)(LIN)應(yīng)用，V850ES/Fx3 MCU支持8條LIN信道，并具有一個用硬件處理LIN協(xié)議的多LIN主控(MLM)單元，從而節(jié)省了CPU資源。該MCU具有多達40個模數(shù)轉(zhuǎn)換通道來處理模擬信號，這些信道具有管腳診斷、自動放電及靈活的觸發(fā)資源。

    除對智能片上外設(shè)的需求外，嵌入式汽車電子中一個壓倒性趨勢是使用閃存。例如，V850ES/Fx3 MCU的代碼閃存空間從64kB到1MB，它還有其它的片上存儲器可用作數(shù)據(jù)存儲器來存儲需耐久(high-endurance)的數(shù)據(jù)。

    車身電子應(yīng)用對MCU最苛刻的要求之一是在車不發(fā)動時MCU仍要保持工作。在此情況下，MCU必須支持待機模式，以可接收的功耗水平提供必需的功能。V850ES/Fx3 MCU擁有NEC電子的用于低功耗模式的MF2嵌入式閃存工藝技術(shù)，它能使MCU僅運行諸如內(nèi)部時鐘和系統(tǒng)所需的周期性定時器等必需的外設(shè)，此時耗電僅為10到15uA，從而可滿足最苛刻的功耗要求。集高密度閃存與低漏電流邏輯雙美與一身，在使整個MCU擁有出類拔萃性價比的同時還可降低功耗。