車輛中微控制器的數量正在穩步增加，其中一個關鍵領域是降低油耗。因此，一些制造商正在設計和制造針對動力總成應用的微控制器。這個市場的趨勢是在車輛周圍分配情報。這些微控制器能夠解決動力傳動系統的不同方面以及分布式架構的網絡挑戰。用作發動機控制單元（ECU）的微控制器正變得越來越普遍。確認這些將完成所需的工作并具有最高質量，這對于促進進一步實施至關重要。需要使用診斷工具來分析可追溯性信息，因此這種類型的第一級診斷應該在設計周期中盡早進行。

動力總成市場正在尋找創新以減少車輛的碳足跡，受歡迎方法包括減小發動機的尺寸，減少噴射損失和提高效率。汽車制造商希望優化齒輪比和換檔，減少摩擦和液壓損失，并繼續推動混合動力和全電動汽車。在所有這些領域中，汽車中的電子設備發揮著越來越重要的作用。

實例和應用

將這些想法付諸實踐的是許多設備，從STMicroelectronics SPC563M64L5COAR開始，它是SPC56x系列微控制器的一部分適用于ECU診斷應用。英飛凌SAA-XC866-4FRA 5V BE還可用于各種動力總成應用（當用作控制燃油泵的電路的一部分時，其能夠降低燃料消耗的一個例子將在后面討論）。 Atmel的AVR低功耗32位微控制器，如AT32UC3C0512C-ALUR，可為汽車應用提供更高的功效。這些不僅限于在動力總成中使用，因為它們還可以用于諸如汽車音響和門控制模塊的應用。然而，隨著汽車變得越來越多地連接，車輛中的所有裝置必須一起工作。因此，重要的是它們可以與車輛網絡連接。飛思卡爾半導體在其MPC5xx系列微控制器中提供MPC5566MVR132，可與該公司的MFR4310 FlexRay控制器配合使用。

ECU診斷

有許多不同的工具可用于STMicroelectronics SPC56x系列微控制器，用于ECU診斷，特別是SPC563Mx和SPC564Ax動力總成設備。了解Flash何時受到保護以及如何讀取存儲在SPC56x Flash中的可追溯性信息將允許汽車制造商為其ECU定義和實施正確的策略。由于IP保護和引擎調整很重要，因此需要識別不需要訪問Flash密碼的配置。

當懷疑ECU行為不正確時，需要運行ECU級診斷。現場的ECU級診斷有兩個主要目標。第一種是收集ECU配置的可追溯性信息，第二種是運行ECU級別的自檢。 ECU級診斷的另一個難點是訪問PCB，因為它通常隱藏在ECU外殼內。因此，有多種方法可用于ECU級診斷，無需外殼即可進行外殼和PCB級診斷。

ECU級可追溯性涉及硬件和軟件配置信息。在硬件方面，存在ECU的關鍵部件的修訂號和可追溯性信息。軟件信息包括每個頂級軟件組件的修訂號。除此之外，有時也會收集硬件或軟件組件的日期代碼。

圖1：SPC563M64的頂級框圖。

每個SPC56x都存儲了可跟蹤性信息內存位置的Flash內部，可由應用程序訪問，以便用戶軟件可以讀取它們并通過選定的診斷通信接口發送它們，無論是UART，LIN，CAN還是FlexRay。要發送可追溯性信息，用戶可以使用由應用程序軟件輸入的用戶定義的診斷模式或使用串行引導模式。這主要是由汽車制造商的密碼策略驅動的。

當Flash受到保護時，應用軟件總能讀取可追溯性信息。然后，應用軟件可以具有特定的診斷模式，使其能夠通過預定義的通信接口（例如CAN，LIN，K-Line和FlexRay）發送該信息。此操作不需要工程師知道Flash密碼即可在現場執行這些操作。但是，使用串行引導模式，工程師需要密碼。使用密碼的外部工具可以讀取設備內的可跟蹤性信息。也就是說，可以僅使用串行鏈接使用串行引導模式，在這種情況下不需要密碼。為此，工程師需要首先在RAM中保留位置，最好使用最高地址。然后，應用軟件可用于在上電過程中系統地將Flash中的位置副本復制到RAM中的選定位置。 ECU應首先在應用模式下啟動，然后在沒有電源關閉的情況下應用復位，以確保MCU處于串行啟動模式。然后，可以使用上載到RAM中的軟件使用所選的串行鏈接導出可跟蹤性信息ECU級自檢可以從應用軟件或微控制器RAM運行。即使啟用了高保護級別，SPC563Mx和SPC564Ax也允許在RAM中上載軟件，無需向用戶分發任何私人密碼即可運行。這允許它們執行特定于MCU的，ASSP和功率級自檢。當SPC563Mx或SPC564Ax進入串行自舉模式且串行引導控制字與0x55AA不同時，器件的Flash被禁用， JTAG端口已啟用。要讀取可追溯性信息，工程師必須首先在RAM中保留位置。和以前一樣，應用軟件可用于在上電過程中系統地將Flash中的位置副本復制到RAM中的選定位置。首先應在應用模式下啟動ECU，然后在沒有電源關閉的情況下應用復位。然后，該工具可與JTAG一起使用，以連接到設備，從RAM中加載和執行軟件。

ECU的PCB應準備好進行JTAG連接。在大多數情況下，JTAG測試焊盤可以靠近MCU放置以進行PCB測試。一個很好的選擇是提供SMD JTAG連接器，因為它可以用于ECU測試和PCB級診斷。

一起工作

車輛中不同設備的一個重要方面是這些可以和車輛網絡一起工作。飛思卡爾半導體在其16位和32位MPC5xx系列微控制器中采用了MPC5566MVR132-ND和其他產品，這些產品將與該公司的MFR4310 FlexRay控制器配合使用。兩者之間的硬件接口很簡單，但也需要軟件。通過應用這些技術，用戶可以快速設計全功能FlexRay節點。

MPC5xx通過外部總線接口（EBI）與MFR4310連接。在MPC5xx上，EBI提供單獨的地址，數據和控制信號。必須使用MFR4310 MPC模式將MFR4310連接到MPC5xx。

圖2：將MFR4310連接到MPC5xx MCU。

操作控制器主機接口（CHI）所需的接口模式是MPC接口。 MPC模式有一個CHI和主機接口時鐘 - CHICLK_CC。這是可選的外部CHI時鐘輸入。選擇時CHICLK_CC的最小外部時鐘頻率為20 MHz，最大值為76 MHz。

在MFR4310上，D0是數據總線的最低有效位（LSB），A1是地址總線的LSB，但在MPC5xx上，ADDR0是地址的最高位。因此，數據和地址引腳必須以與MFR4310相反的順序連接，即MFR4310上的D0連接到MPC5xx上的DATA15，MFR4310上的A1連接到MPC5xx上的ADDR30。 MFR4310具有16位數據總線，但可通過BSEL0＃和BSEL1＃信號進行8位數據訪問。 MFR4310必須配置為3.3 VI/O（通過3.3 V為VDDR供電）以允許與MPC5xx正確連接，其EBI引腳也必須由3.3 V供電。

軟件設置主要涉及初始化MPC5xx允許與MFR4310控制器主機接口成功通信。當兩個器件都已初始化時，MPC5xx可以讀取和寫入MFR4310寄存器。

必須初始化MPC5xx存儲器控制器，EBI才能使用正確的片選和正確的等待狀態數，這取決于內部總線頻率。在此序列之后，FlexRay塊被配置為FlexRay節點，并準備好集成到FlexRay集群中。初始化序列的第二步是在MPC5xx上配置芯片選擇。存儲器控制器控制MPC5xx的芯片選擇生成。 MPC5xx上有四個芯片選擇，其中任何一個都可以選擇作為MFR4310的芯片選擇。 CS0＃是全局芯片選擇，主要用于從外部閃存引導。如果它用于此主要目的，則不能用于MFR4310通信，并且必須使用不同的芯片選擇。選項寄存器OR ［0：3］和基址寄存器BR ［0：3］用于配置芯片選擇。

MPC5xx和MFR4310之間的成功讀/寫訪問需要許多等待狀態。該數字應在存儲器控制器選項寄存器中設置SCY位。 BSEL0＃和BSEL1＃必須分別通過MPC接口連接到WE/BE0＃和WE/BE1＃。這將允許8位和16位訪問。

這意味著MFR4310 FlexRay控制器可以成功連接到MPC5xx系列MCU，并在MPC5xx選項寄存器中設置正確的等待狀態數，以進行相應的芯片選擇。 MPC5xx通過外部總線直接連接到MFR4310控制器，無需膠水邏輯。軟件配置也很簡單，外設只是內存映射到全局地址空間。觀察到的結果驗證了主機微控制器與獨立FlexRay通信控制器之間成功通信所需的最佳時序參數。

其他微控制器

許多其他微控制器可用于此類汽車應用。例如，Atmel的AVR低功耗32位微控制器，如AT32UC3C0512C-ALUR，由于其更高的處理能力和精度，可以為汽車應用提供更高的功效。這些允許實現諸如高級控制算法，語音控制和電容式觸摸感測之類的功能。 UC3C 32位微控制器還包括外設事件系統，精密時鐘和高性能外設。集成功能包括安全閃存，基于硬件的安全機制，直接與模擬傳感器連接的能力以及可配置的軟件框架。

圖3：汽車音響應用中的UC3C 32位微控制器（頂部）和門控模塊（底部）。許多汽車設計都具有零散的功能架構;有一個單獨的USB芯片，一個用于CAN，另一個用于圖形，一個用于支持的每個音頻解碼器，等等。諸如UC3C之類的微控制器具有外設集成和擴展處理能力，允許將整個系統架構整合到單個芯片上，用于汽車音頻應用。當用于門控模塊時，它可以包括鏡子定位，車窗升降器操作，具有指示器調光功能的LED背光，以及用于控制車窗升降器和鏡子定位的不同類型的傳感器和開關的接口。 。可以通過LIN或CAN接口實現與車輛網絡的互連。

集成浮點單元（FPU）簡化了應用程序開發。特別是復雜算法的實現需要更少的努力，并且更寬的動態范圍保持高精度。使用32位浮點指令實現復雜算法不僅可以提高系統精度和效率，還可以加速開發。許多應用都可以從FPU的使用中受益，包括這些門控和音頻應用。

燃油泵

英飛凌擁有一系列8位，16位和32位汽車認證微控制器，其中包括8位SAA-XC866-4FRA 5V BE。它使用XC800內核，與標準8051處理器兼容。它使用每機器兩個時鐘周期的架構來進行具有等待狀態的存儲器訪問。片上存儲器包括8 KB的引導ROM，256字節的RAM，512字節的XRAM，4，8或16 kbyte的閃存或8或16 kbyte的ROM以及額外的4 kbyte閃存。溫度（高達+140?C）這些設備的運行使它們非常適用于汽車應用，如發動機關閉冷卻風扇，油門控制，渦輪增壓器，水泵，油泵和照明。

圖4：燃油泵應用中的英飛凌XC8xx 8位微控制器圖4顯示了燃油泵應用中的這種微控制器。該電路還使用BTN89xx，Novalithic高電流PN半橋系列的一部分，以及TLEA46xx低壓差固定電壓穩壓器。通過使用XC8xx系列中的不同產品，可以根據性能和預算需求定制該電路。該回路的益處包括燃料節省超過1％，例如，從160g到158.4g CO 2 /km。碳氫化合物排放也減少，壽命增加。該公司還報告燃油效率提高了約0.34英里/加侖。

結論

汽車應用中的微控制器市場正在快速增長。每一代車輛更多地依賴于電子設備和隨附的軟件。例如，最初的阿波羅制導計算機只有2000行代碼，相比之下普通汽車的代碼為1000萬行，預計在未來十年內將增加另一個數量級。除了降低油耗外，這些微控制器還使汽車更加舒適，提高了安全性，并為駕駛員和乘客提供娛樂和信息。上述應用只是微控制器在現代車輛中提供本地智能和控制的一小部分。