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車用32位SOC嵌入式芯片介紹

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微處理器也稱微控制器(MCU),已經滲透到人們生活的各個領域,微處理器也從4位、8位,逐漸發展到目前的16位與32位。在許多國家中,已經將微處理器的使用數量與市場規模,作為評估一個地區的收入、經濟狀況的重要指標之一。家電、消費性電子,以及汽車工業是微處理器新的應用場合,本文將詳細介紹微處理器,特別是32位微處理器在汽車電子中的應用。


從微控制器在汽車上的應用層面來看,不論是從汽車內部主體來看,如:主(被)動式安全設備、發電(動)機管理、底盤、引擎與車身控制,或者是以附加功能的車載式多媒體、娛樂、影音及通訊系統,都可以見到微控制器應用的例子。那么微控制器為何會受到汽車電子廠商的關注?這是因為汽車上的電子系統開始向即時多工管理、網際網絡與通信功能…等高層次應用發展,因此,為了使微控制器能順利的進入汽車領域,除了必須要能有其基本特性之外,還兼備未來智能型汽車強大的網絡通信功能、系統集成度、適應高溫、潮濕、振動和電磁輻射干擾等特性。


過去曾經以8位元、16位元作為車用微控制器的解決方案,但其同樣性質的微控器產品大都只能在穩定中求得成長。不過,在汽車領域中,成長幅度驚人的還是以32位微控制器為主,微控制器的其他大規模應用是在上網手機、PDA、打印機、數碼相機等產品上,逐年的成長率都能保持在30%以上。


32位微控制器產品角度來分析,即使以目前汽車市場份額的比重,還不能夠與816位元/微控制器相比擬,也沒有辦法像消費電子領域將其直接更換,但目前還是逐步地以快速成長的態勢向前邁進。另一個主要關鍵,在于32位微控制器的應用產品大多為汽車電子領域中的新興產品,就象是中、高階汽車上所運用的影音多媒體系統、衛星導航系統等,因為諸如此類的系統設備大都需要較高的處理速度。有此可見,32位車用微控制器未來的發展空間可望在幾年內一舉超越816位元,成為微控制器市場中主流的應用產品。


換個角度,從應用面來看,由于微控制器所搭載的存儲器已由過去的MaskROM走到今日的以Embedded Flash為主流,在產品架構方面,微控制器與AD/DA等模擬器件的結合也成為強化本身價值的主要趨勢。因此,32位微控制器內存儲器主要有MASK ROMFLASH Memory(快閃存儲器)、On-Time ProgrammableOTP Memory等,在MASK ROM的價格上具有較強的競爭優勢,而FLASH Memory有加速產品開發的特性,On-Time ProgrammableMemory則介于兩者之間,一方面提供多種版本的微控制器供客戶使用,另一方面,Flash-Based 微控制器最大的好處就是能夠快速改變程序,以達到縮短產品上市時間。由此可見,因為32位元/微控制器所具備的靈活應用性,可讓整車廠在配置車輛時的特性集成及控制算法有很大幫助。


在由技術面來看,微控制器應具備更強的功能,這是因為面對到汽車多變的應用環境,不僅對硬件穩定性、可靠性要求很高,還必須要考慮設備的延展性。因此,要如何選擇一項具有優勢的嵌入式設備控制器,就顯得相當重要,使控制器能夠長時間持續在惡劣環境下,能夠因應高振動、高沖擊、低溫、高溫、溫度變化劇烈和高濕度等環境問題。


目前市場上流行的32位微控制器如下表所示。下面分別介紹這些產品。





富士通微電子─MB91F467D



快閃存儲器微控制器MB91F467D,針對下一代汽車電子應用所設計,并采用0.18μm制程技術,具備更快速、儲存大容量及更多的功能。MB91F467D采用嵌入式快閃存儲器技術,具備讀出保護功能的1,088kB的儲存容量。快閃存儲器芯片內建的預取與彈性快取功能,可確保連接至I-busF-bus的存儲器之最佳效能。MB91F467D微控制器提供64kB嵌入式RAM32位數據處理能力,26位地址的外部接口,可用來連接外部存儲器,如:SDRAM、脈沖模式(urst-mode)快閃存儲器、或者用于繪圖顯示控制器(GDC)。具有3CAN界面各自擁有32個數據緩沖器與5LIN-UART,而其中4個內建16 Byte Rx Tx FIFOs,可用來提高傳輸速度,而3I2C模塊則讓該控制器的串行通訊界面更加完整。


基本上,MB91F467D是由內建8個自由運行計時器而強化其計時器功能。此8個自由運行計時器是做為8ICU4OCU模塊、8個重裝計時器、3Up/Down計數模式、以及1個以4MHz主要石英振頻或32 kHz子時脈振頻運作的即時時脈(RTC)模塊的時間基礎。除了具備6通道步進馬達控制器界面,來控制儀表板設備外,MB91F467D還內建12通道16位脈沖產生器(PPG)、1個聲音產生器,另一個則是功率因數模式(PFM)模塊,而芯片中相位鎖定回路(PLL)的內部工作頻率可高達96MHz


MB91F467DA亦具備24通道10A/D轉換器與1個比較器,并加強了I/O驅動功能包含:2mA5mA、或30mASMC驅動器。另外,MB91F467DA包含各種輸入端,例如:汽車、CMOS磁滯(Hysteresis),甚至是晶體管邏輯電路(TTL)。所有輸入端皆包含內部提升電阻,可以確保未使用過的針腳處于開啟狀態。MB91F467DA采用的是208針腳的無鉛純錫方型扁平式(QFP)封裝技術。此外,此款微控制器的工作溫度介于攝氏-40105之間,運作供電電壓則介于3V5.5V之間。


瑞薩半導體─SH7147F



在車載式逆變器控制的32位數據處理方面,瑞薩半導體開發出RISC微控制器SH7147F,內建256KB的閃存。SH7147F是過去瑞薩所開發SuperH系列SH7047F的二代產品,采用了與SH7047F相同的100針小型封裝,功能與性能均高于SH7047F,并能夠與目前產品軟件兼容,以現有程序便能直接取代。


SH7147F使用SH-2CPU內核,工作頻率從SH7047F50MHz提高到了64MHz,處理性能約為SH7047F1.3倍。此外由于配備了閃存,可隨時進行一個周期的循環讀取,提高了程序處理能力。另外,新開發的12AD轉換器,其轉換時間比過去的10AD轉換器縮短了大約30%,可同時取樣、同時轉換的通道數從2個系統增加到了最多6個系統。最后,還有一個通道配備了支持車載LANCAN的界面,除了可以運用在汽車的動力轉向系統、混合動力車等的逆變器控制之外,還可以應用于通用逆變器和交流伺服(AC SERVO)等。


飛思卡爾─MPC5566



MPC5566是基于Power Architecture技術的MPC55xx車用控制器系列之一,內嵌的大容量快閃存儲器能解決汽車業對內嵌式存儲器持續增加的需求,讓研發人員得以設計更先進的動力引擎控制系統,不僅可提高增加燃油效率,還可降低有害的廢氣排放。大型單芯片快閃存儲器陣列能提供研發人員高效能解決方案,以支持更精密、存儲器存取密集(memory-intensive)的引擎控制功能。


雖然,MPC5566控制器是MPC55xx系列的第七代元件,而這一系列元件具備可擴充特性,其接腳和指令碼均兼容(pin-and code-compatible),可在多重應用中重復使用指令代碼。MPC55xx是以節能的e200核心為基礎,并采用Power Architecture技術。利用MPC55xx的設計技術,可協助減少程序碼(code footprint)達30%,以增加程序碼密度并降低存儲器需求的可變長度編碼(VLE)功能,而根據特定裝置,最高可達32k快取。該元件還具備數字信號處理器(DSP),以及浮點運算的單一指令復合數據(SIMD)模式,可提升功能的自動編碼及功能性整合,如:爆震檢測系統。


德州儀器─TMS320



TMS320系列中的F28015F28016數字信號控制器提供60MHz效能,TMS320F2801-60F2802-60控制器是以現有的TMS320F2801F2802為基礎,同樣提供60MHz效能。TI F280xx控制器系列共包含11顆軟件和接腳兼容的元件,都具備32位元DSP高效能運算核心、高度外圍整合以及易于使用等優點,最適合設計人員升級目前以微控制器為基礎的設計。


所有以F280x為基礎的元件都采用32位數據處理以提高效能,16/32位混合指令集則能增加程序碼密度。這些擁有高系統整合度的控制器全都內建完整的系統控制功能,包括數據輸入、12位模/數轉換器、正交編碼器脈沖 QEP 界面、計時器的擷取與比較、以及高達10組獨立脈沖寬度調制 PWM 通道的信號輸出。這些控制器還能視實際配置的元件而定,提供CANI2CUARTSPI接口等通訊界面。TMS320F28016是最低成本的數字信號處理控制器,內含CAN通訊界面。CAN長期以來就是汽車電子常用的界面,不僅適合噪聲水平很高的工業應用,還具備錯誤檢測與錯誤處理能力,為應用系統提供強大可靠的通訊能力。


恩智浦半導體─LPC3180



業界第一個以ARM9為核心的90 奈米微控制器LPC3180,這個新的32位微控制器,不僅能夠提供高效能和低功耗的優勢,也是唯一提供矢量浮點輔助處理器、整合式USB OTG、以及在0.9V電壓下操作,極低消耗功率模式能力的ARM9核心微控制器。恩智浦LPC3180的最高速率可達208 MHz,為許多高精度應用的理想選擇,例如商場管理系統(POS)設備、醫療及工業裝置、全球定位系統(GPS)、機器人等。


LPC3180彈性的電源管理能夠容許高峰值效能(尤其是當執行浮點運算時),同時也允許系統在保留即時時鐘(real-time clock)和喚醒(wake-up)功能時關閉核心電源。這個新的微控制器是目前業界唯一能夠提供高速且高效率硬件矢量浮點輔助處理單元的ARM9微控制器。這個硬件矢量浮點輔助處理器在scaler mode下可加速達4~5倍,而在最佳化的Vertor mode下達到更高的加速效能。


日本沖電工業─ML67Q2003



為汽車市場推出首個采用ARM932位元引擎控制器(ECU),產品編號為ML67Q2003微控制器,采用272接腳QFP封裝,具有雙通道CAN,它的時脈頻率達80Hz。此項產品整合ARM966E-S核心CPUARM VFP-9矢量浮點協同處理器、1MB嵌入式快閃存儲器和48KB SRAM,可處理復雜的燃燒監視,提高燃料效率,還可以處理其它關鍵的引擎功能,如油門、定時、油溫及壓力、電池、傳輸及車閘等。


 

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