實(shí)現(xiàn)車身控制應(yīng)用的低成本設(shè)計(jì)

目前，汽車車身電子系統(tǒng)正在大量采用電子技術(shù)，其目標(biāo)是提高汽車的安全性、可靠性和舒適性。從今年全球的幾大車展可以發(fā)現(xiàn)，幾乎所有的改進(jìn)版車型都在其安全性能方面大做文章。汽車行業(yè)專家認(rèn)為，電子控制的安全系統(tǒng)和智能駕駛系統(tǒng)將成為“汽車工業(yè)的又一次革命”。為此，業(yè)界知名的MCU廠商都在開發(fā)低功耗、高性能、多功能的16位MCU，以滿足不斷增加的市場(chǎng)需求。

本文介紹飛思卡爾半導(dǎo)體新近推出的專門為成本敏感的汽車車身電子應(yīng)用而優(yōu)化的16位MCU系列MC9S12XS(S12XS)，其優(yōu)異的兼容性和開發(fā)方面的靈活性非常適合剛剛起步的中國汽車工業(yè)市場(chǎng)。

1 廣泛兼容性面向更多應(yīng)用

汽車電子客戶一直在尋找能在降低開發(fā)成本并縮短開發(fā)時(shí)間的同時(shí)，保持軟硬件在相應(yīng)應(yīng)用和平臺(tái)中重復(fù)使用的方法。S12XS系列的推出為客戶提供了一整套可兼容的低成本16位產(chǎn)品，使客戶能夠更加靈活地進(jìn)行車身電子設(shè)計(jì)。

飛思卡爾的S12 系列MCU是汽車市場(chǎng)中應(yīng)用最廣泛的16位體系結(jié)構(gòu)。基于S12的器件年出貨量已超過1億顆?？蓴U(kuò)展的S12系列為開發(fā)人員提供多種選擇，其片上閃存容量可從32KB擴(kuò)展到1MB，并能輕松轉(zhuǎn)移到更高性能的S12X器件。

S12X系列16位微控制器進(jìn)一步提升了HCS12系列的功能，是車身控制和網(wǎng)關(guān)應(yīng)用的理想選擇。S12X系列保留了HCS12的16位效率，建立了一條高效的遷移路徑，有助于節(jié)省用戶的投資。S12XS系列是專門為各種成本敏感的汽車車身電子應(yīng)用開發(fā)的16位MCU，可以滿足客戶對(duì)設(shè)計(jì)靈活性和平臺(tái)兼容性的需求。該系列器件包括6種型號(hào)，閃存從64KB至256KB，封裝從48引腳到112引腳不等?？蛻艨梢造`活選擇不同容量的存儲(chǔ)器、封裝和價(jià)位，以滿足其具體應(yīng)用的需求。

作為S12X系列的擴(kuò)展產(chǎn)品，S12XS系列對(duì)不久前推出的高性能S12XE系列產(chǎn)品進(jìn)行了進(jìn)一步的經(jīng)濟(jì)性和兼容性擴(kuò)展，拓寬了整個(gè)S12X產(chǎn)品系列，可以為客戶提供更低成本和更小封裝的產(chǎn)品。S12XS和S12XE系列都配有補(bǔ)充存儲(chǔ)器、外設(shè)和多種封裝。如果在開發(fā)期內(nèi)應(yīng)用需求發(fā)生了變化，S12XS 系列的靈活性可以幫助設(shè)計(jì)人員根據(jù)市場(chǎng)變化迅速做出反應(yīng)并降低遷移成本。事實(shí)上，全部S12和S12X系列產(chǎn)品都具有在整個(gè)汽車電子平臺(tái)上的可擴(kuò)展性，其軟硬件都可以重復(fù)使用和相互兼容。

在應(yīng)用開發(fā)過程中，客戶可以利用S12XE系列作S12XS系列的開發(fā)平臺(tái)。設(shè)計(jì)人員在開發(fā)針對(duì)S12XS系列產(chǎn)品的應(yīng)用時(shí)，可使用S12XE系列產(chǎn)品作為仿真工具以保持兼容性。這有利于減少限制條件，為MC9S12XE系列器件編寫的代碼能夠不經(jīng)修改地運(yùn)行于MC9S12XS系列器件上。

2 高性價(jià)比的廣泛選擇

S12X系列的性能達(dá)到了HCS12微控制器的五倍，采用了增強(qiáng)內(nèi)核和增強(qiáng)外設(shè)，既提高了總線速度(最高可達(dá)40MHz，而HCS12只能達(dá)到 25MHz)，又具備了完整的CAN功能，并改進(jìn)了中斷處理能力。S12X增加了一個(gè)并行處理的XGATE模塊。該模塊是一個(gè)智能的、可編程的直接內(nèi)存存取(DMA)模塊，可以進(jìn)行中斷處理、通信和數(shù)據(jù)預(yù)處理，并為其他任務(wù)釋放一部分CPU空間，從而提高性能。

S12XS系列是對(duì)高性能的S12XE MCU系列經(jīng)濟(jì)有效的補(bǔ)充，與S12XE系列相比，S12XS在以下幾個(gè)方面進(jìn)行了精簡(jiǎn)。在外設(shè)方面，減少了外設(shè)裝置。在內(nèi)存映射方面，S12XS系列器件沒有仿真EEPROM(EEE)，RAM、數(shù)據(jù)閃存比同類S12XE系列器件更小;這些模塊的映射是向上兼容的。在閃存方面，S12XS系列的閃存為 64KB～256KB;而S12XE系列的閃存則為128KB～1MB。

S12XS系列的主要功能包括：

(1) 32MHz核心和總線速度;

(2) 64KB、128KB和256KB閃存選項(xiàng)，均具備糾錯(cuò)碼(ECC);

(3) 帶有ECC的4KB～8KB數(shù)據(jù)閃存，可用于數(shù)據(jù)和程序存儲(chǔ);

(4)選擇可配置的8、10或12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，轉(zhuǎn)換時(shí)間達(dá)3毫秒;

(5) 支持控制局域網(wǎng)絡(luò)(CAN)、局域互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)(LIN)和串行外設(shè)接口(SPI)協(xié)議;

(6) 帶有16位計(jì)數(shù)器的8信道計(jì)時(shí)器;

(7) 卓越的EMC/運(yùn)行和停止電流性能;

(8)小管腳的多種封裝規(guī)格：

D48QFN，7mm×7mm×1mm，0.5mm間距;

D64QFP，10mm×10mm×1.4 mm，0.5mm間距;

D80QFP，14mmx14mm×2.2mm，0.65mm間距;

D112LQFP，20mm×20mm×1.4mm，0.65mm間距;

(9) 使用S12X系列提供的大量支持工具。

3 快速開發(fā)智能而高效的應(yīng)用

車身電子系統(tǒng)主要包括：防抱死滑剎車、車身穩(wěn)定控制、安全氣囊、防撞報(bào)警、防盜、后視鏡記憶、空調(diào)、中控鎖、座椅位置調(diào)節(jié)、車門控制等。這些應(yīng)用系統(tǒng)通常以低數(shù)據(jù)率進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，同時(shí)需要大電流驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)馬達(dá)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)。隨著汽車車身控制應(yīng)用復(fù)雜性的不斷提高，對(duì)16位微控制器(MCU)的性能要求也越來越高。

利用S12XS系列MCU可以開發(fā)各種先進(jìn)的應(yīng)用功能，例如，具有智能巡航控制功能的防撞系統(tǒng)，當(dāng)汽車在行駛過程中與其他車輛距離過近或偏離到另一車道時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)報(bào)警;如果兩車即將發(fā)生相撞，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)剎車。還可以開發(fā)在即將發(fā)生撞車事故時(shí)自動(dòng)剎車、關(guān)上車窗、拉下遮陽板、拉緊安全帶、將座位調(diào)整到最安全位置的應(yīng)用。上述車身電子系統(tǒng)都可以利用S12XS系列以更低的成本和兼容的開發(fā)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)，以滿足未來增加汽車功能和安全性的需求。

S12XS系列帶有一套專為汽車車身和乘客舒適度應(yīng)用而優(yōu)化的改進(jìn)型片上外設(shè)、存儲(chǔ)器和封裝選項(xiàng)，可應(yīng)用于座位控制器、暖通空調(diào)(HVAC)控制模塊、方向盤控制器和遮陽板。采用QFN封裝(7mm×7mm)的小型器件非常適用于空間有限的應(yīng)用，如小型執(zhí)行器、傳感器模塊和柱式集成模塊等。

4 先進(jìn)的開發(fā)工具和演示板

飛思卡爾于2007年第1季度提供S12XS系列器件的樣品。開發(fā)軟件、評(píng)估板和相關(guān)文檔現(xiàn)已開始提供。S12XS可以使用經(jīng)濟(jì)有效的USB HCS08/HCS12 BDM Multilink(USBMultilinkBDM)在線仿真器、調(diào)試器和燒寫器進(jìn)行開發(fā)，圖1是其產(chǎn)品圖片。該工具的功能包括：利用HCS08或 HCS12 BDM接口進(jìn)行實(shí)時(shí)在線調(diào)試、快速在線閃存編程、USB-BDM接口，小巧的尺寸(大約3英寸×2英寸×3/4英寸)支持1.8V～5.5V HCS08和HCS12。

S12XS的軟件開發(fā)工具是 IDE(集成開發(fā)環(huán)境)FreeMASTER實(shí)時(shí)控制和調(diào)試工具。它是一個(gè)具有直覺導(dǎo)航功能的先進(jìn)工具，可用于任何應(yīng)用程序的開發(fā)，有助于實(shí)現(xiàn)運(yùn)行于個(gè)人電腦的簡(jiǎn)單圖形環(huán)境的遠(yuǎn)程應(yīng)用控制。它還可以提供以文本和圖形實(shí)時(shí)觀察應(yīng)用變化的能力。不論客戶的設(shè)計(jì)是針對(duì)汽車、工業(yè)，還是消費(fèi)應(yīng)用， FreeMASTER都可以為客戶提供所需的實(shí)時(shí)系統(tǒng)監(jiān)控和利用個(gè)人電腦控制嵌入式應(yīng)用的能力。設(shè)計(jì)人員可以利用多功能性，將FreeMASTER用于各種算法和應(yīng)用。它可以用于實(shí)時(shí)調(diào)試、診斷，以及演示、銷售和教育目的。

此外，客戶可以利用功能豐富的DEMO9S12XEP100演示板對(duì)MCU進(jìn)行評(píng)估，有助于在MCU閃存內(nèi)對(duì)應(yīng)用進(jìn)行下載和調(diào)試。與演示板共同使用的 EVB9S12XEP100評(píng)估板是一個(gè)用來評(píng)估客戶應(yīng)用軟硬件的多功能評(píng)估系統(tǒng),如圖2所示。利用CodeWarriorTM和Freescale USB-BDM接口，該評(píng)估板可提供一整套更為簡(jiǎn)單的內(nèi)置電路，有助于加快開發(fā)進(jìn)程。演示板和評(píng)估板的代碼編寫、下載和評(píng)估都非常簡(jiǎn)單。

綜上所述，飛思卡爾的每個(gè)MCU系列中都有許多不同的價(jià)格、性能、外設(shè)和封裝選項(xiàng)，可為汽車客戶提供覆蓋8、16和32位體系結(jié)構(gòu)的多種選擇。在每個(gè)產(chǎn)品系列和體系結(jié)構(gòu)中，客戶可以選擇價(jià)格適中且適合其應(yīng)用需求的理想器件，并通過輕松移植實(shí)現(xiàn)更高的性能和更先進(jìn)的功能。此外，他們還可以利用通用的硬件和軟件工具，以降低開發(fā)成本并加快上市速度。