支援汽車設(shè)計(jì)的數(shù)位訊號控制器

■彈性化的中斷架構(gòu)

DSC架構(gòu)提供彈性極高的中斷架構(gòu)。DSC通常支援大量可選擇且可設(shè)定優(yōu)先權(quán)限的中斷資源與向量(這對于含有眾多感測器與制動(dòng)啟的應(yīng)用而言相當(dāng)有利)。中斷的延遲都相當(dāng)確定，鮮少會(huì)變化，有助于簡化系統(tǒng)研發(fā)業(yè)者的工作流程。

■執(zhí)行階段的自我燒錄(RTSP)

大多數(shù)汽車應(yīng)用系統(tǒng)都需求儲(chǔ)存一些常數(shù)，利用這些常數(shù)并根據(jù)環(huán)境狀況、轉(zhuǎn)換器之間的變化以及預(yù)先量測的偏移值，校正從感測器擷取到的資料。后置處理演算法也會(huì)使用許多常數(shù)，例如像濾波器的系數(shù)與各種預(yù)定系統(tǒng)特性，例如像活塞尺肌⒔氣/燃油比以及誤差門檻等。就資料記憶體的使用效率而言，將這類常數(shù)儲(chǔ)存在RAM是相當(dāng)浪費(fèi)的作法。DSC元件通常含有可燒錄的快閃記憶體以及快閃型資料EEPROM記憶體，能可靠且有效率的儲(chǔ)存或存取這類常數(shù)。在快閃型DSC中，使用者的程式甚至能根據(jù)環(huán)境、資料或運(yùn)轉(zhuǎn)狀況，在執(zhí)行階段修改這些常數(shù)。在許多系統(tǒng)中，可以使用像是控制器區(qū)域網(wǎng)路(CAN)這類序列通訊通道，協(xié)助系統(tǒng)運(yùn)用Bootloader演算法來修改某段程式碼或常數(shù)。

■線上串列燒錄(ICSP)

快閃型DSC讓使用者能運(yùn)用一種名為線上串列燒錄的技術(shù)，在現(xiàn)場升級產(chǎn)品的韌體。這項(xiàng)功能讓某些控制器能重復(fù)應(yīng)用在不同的汽車子系統(tǒng)以及不同的運(yùn)轉(zhuǎn)/環(huán)境條件，而且能修正軟體錯(cuò)誤或校正感測器，或是在最小的成本與最低的延遲下進(jìn)行功能升級。

■高解析度類比轉(zhuǎn)數(shù)位轉(zhuǎn)換器(ADC)

許多汽車子系統(tǒng)大量運(yùn)用感測器，促使業(yè)者必須利用具備充裕速度與解析度的晶片內(nèi)部ADC來量測幅度相當(dāng)微小且快速變化的流入數(shù)據(jù)。這對于封閉式路的運(yùn)作而言尤其重要，例如像量測進(jìn)氣歧管壓力的樣本，以研判點(diǎn)火火花的確切時(shí)間，藉以輸出至最佳的扭力。對于許多汽車功能而言，解析度低于12位元的ADC已不敷需求，若非線性錯(cuò)誤率高于1 Least Significant Bit(LSB)，這種ADC也不適用。在某些子系統(tǒng)中，裱的速度是主要的考量因素，尤其是像安全氣囊控制這類攸關(guān)安全的功能。在其他方面，最重要的考量因素可能是同時(shí)量測不同數(shù)據(jù)的能力。例如，主動(dòng)式氣壓懸吊系統(tǒng)就需要同時(shí)擷取汽車速度、加速度、相對車體/輪胎動(dòng)態(tài)與方向盤的轉(zhuǎn)動(dòng)角度等數(shù)據(jù)。根據(jù)模組所需的ADC功能，可視狀況使用適合的DSC元件。

■脈沖寬度調(diào)變(PWM)

汽車系統(tǒng)中使用許多閥門與制動(dòng)器都是由可調(diào)整的作業(yè)L期脈沖所控制。兩項(xiàng)PWM控制功能的常見實(shí)例包括燃油噴射閥門，會(huì)在脈沖期間開啟，藉此控制注入氣缸的燃油量;另一項(xiàng)則是點(diǎn)火火花產(chǎn)生器，在脈沖下降至低電壓階段就會(huì)產(chǎn)生火花。DSC能自動(dòng)產(chǎn)生特定波長與極性的PWM訊號。像是動(dòng)力方向盤、自動(dòng)變速箱以及空調(diào)等子系統(tǒng)，都涉及到精密的馬達(dá)控制演算法。某些DSC結(jié)合完備的晶片內(nèi)部L邊元件來支援各種先進(jìn)PWM演算法。

■相位差編碼器介面(QEI)

精準(zhǔn)迅速的量測速度與位置(包括車輛與內(nèi)部各種機(jī)械元件)，是以電子元件有效控制汽車運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵。例如像防撞系統(tǒng)就需要量測速度與加速度。相位差編碼器(例如像Optical Encoders)經(jīng)常是這類功能的理想感測器。有些DSC含有一個(gè)內(nèi)部相位差編碼器介面，能在最少的軟體資源使用率下針對相位差編碼器所產(chǎn)生的訊號快速解碼。

■控制器區(qū)域網(wǎng)路(CAN)

一部汽車中含有大量的處理器執(zhí)行各式各樣的功能，不同的子系統(tǒng)之間必須迅速且可靠的相互通訊，以便分享感測器與控制方面的資訊。各模組之間的通訊除了進(jìn)行系統(tǒng)層級的監(jiān)控與偵測外，同時(shí)也讓系統(tǒng)不必配置多個(gè)偵測器來量測相同的數(shù)據(jù)。例如在電池監(jiān)控的功能中，MCU不僅要時(shí)常量測電池電壓，亦須傳送開啟或關(guān)閉的控制訊號到其他模組，以達(dá)到最佳化的電池使用效率，讓汽車順利發(fā)動(dòng)。在汽車網(wǎng)路方面，CANR流排標(biāo)準(zhǔn)在各種通訊標(biāo)準(zhǔn)中子邢嗟敝匾的地位。許多DSC內(nèi)含一或多種晶片內(nèi)建CAN控制器，吸引許多業(yè)者將它們應(yīng)用在汽車的設(shè)計(jì)。更高階通訊協(xié)定的軟體支援(例如像遵循OSEK標(biāo)準(zhǔn)的即時(shí)作業(yè)系統(tǒng)以及CAN應(yīng)用層的建置)，針對在汽車網(wǎng)路中使用DSC的業(yè)者提供更多的功能。

圖二　顯示由CANR流排串連的汽車系統(tǒng)元件

一些典型應(yīng)用

以下是數(shù)位訊號控制器在汽車方面的一些典型應(yīng)用，雖然沒有完整列出，但可以說明DSC所支援的多元化汽車功能。

●電子動(dòng)力方向盤;

●電子離合器與變速箱控制;

●晃動(dòng)與穩(wěn)定控制;

●座艙噪音消除;

●先進(jìn)電池監(jiān)控系統(tǒng);

●安全氣囊控制;

●點(diǎn)火控制;

●乘客感測器;

●燃油壓力感測器;

●空調(diào)控制;

●引擎敲擊偵測;

●引擎熄火(misfire)偵測;

●調(diào)適性導(dǎo)航控制;

●燃料電池;

●車內(nèi)娛樂;

●免持聽筒套件;

●免鑰匙生物辨識車鎖;

結(jié)論

汽車系統(tǒng)的需求日趨嚴(yán)苛，就功能、連結(jié)以及數(shù)學(xué)運(yùn)算的需求而言，16位元數(shù)位訊號控制器在許多汽車子系統(tǒng)方面已成為理想的處理器架構(gòu)。愈來愈多創(chuàng)新且強(qiáng)大的功能，包括新型的汽電混合與燃料電池技術(shù)，迅速引進(jìn)至汽車設(shè)計(jì)領(lǐng)域。這促使業(yè)者需要DSC的性能以及多元化的特性。包括像OSEK、CAN-based通訊協(xié)定堆疊、TCP/IP以及預(yù)先封裝的DSP演算法，將進(jìn)一步提N這類架構(gòu)在各種汽車應(yīng)用中的適用性。