關于數(shù)字信號控制器在汽車設計中的應用

車廂噪聲消除、引擎爆震檢測及防翻滾和穩(wěn)定性控制等舒適、診斷和安全功能都需要更強的信號處理能力，這就要求使用自適應濾波等數(shù)學密集型算法。

　　進行這樣的計算要求所使用的處理器具有非常高速的數(shù)學運算功能。8位的MCU或一般的16位MCU架構完全不具備這樣的功能，而對成本的考慮又常常會使昂貴的32位MCU無法在這樣的場合得到使用。一個專門針對重復性數(shù)學處理進行優(yōu)化的特殊處理器架構——16位數(shù)字信號處理器(DSP)可用來執(zhí)行這樣的密集型任務。

　　但就DSP本身(沒有處理控制任務的相關MCU)來說，它并不是非常適合在汽車系統(tǒng)等動態(tài)環(huán)境中使用。主要有以下幾個原因：

　　a)DSP不具有靈活的中斷結構。

　　b)DSP無法對位(如各個I/O引腳的狀態(tài))進行十分高效的操作。

　　c)DSP在很大程度上需要依賴片外存儲器和外設。

　　d)很少有低引腳數(shù)的DSP器件，因而不適合在空間受限的模塊中使用。

　　因此，可執(zhí)行大量汽車功能的理想單芯片架構平臺將是16位數(shù)字信號控制器(DSC)，比如Microchip的dsPIC30F系列器件。DSC是一款創(chuàng)新的混合型“片上系統(tǒng)”(SoC)架構，它無縫地組合了16位MCU的控制特性和大量的DSP功能。

　　一方面，DSC架構尤其適合類似于下述的典型控制操作：

　　a)定期提供中斷服務，例如，獲取對汽車速度和轉向角度的定期采樣以計算防抱死制動系統(tǒng)(ABS)所需的制動壓力。

　　b)從多個傳感器和控制輸入捕捉數(shù)據(jù)，例如，同時測量汽車速度、加速度、車身和車輪的相對運動，以及轉向角度，從而確定主動懸架控制系統(tǒng)的制動水平。

　　c)向執(zhí)行機構發(fā)送數(shù)據(jù)和控制脈沖，例如，發(fā)送占空比可變的PWM信號以合適的周期開關燃油噴射器或點火電路。

　　d)與分布式系統(tǒng)中的其他控制器模塊共享數(shù)據(jù)，例如，各種子系統(tǒng)周期性地發(fā)送狀態(tài)數(shù)據(jù)到診斷模塊或用戶顯示面板。

　　另一方面，DSC的CPU支持功能強大的一套DSP指令和靈活的尋址模式，因此能快速完成一系列精確的算術與邏輯運算。

DSC的主要特性

　　典型的DSC架構具備一些CPU和外設的特性，因而適用于眾多汽車應用。在這一部分，我們將探討這些 特性中最具優(yōu)勢的特性，它們是考慮使用DSC架構時，最令人關注的特性。

　　增強的CPU功能

　　16位DSC最強有力的功能可能就要屬其強大的數(shù)學處理能力。一個真正的DSC包含兩個40位累加器，可用來存儲兩個獨立的16位×16位乘法運算的結果。

　　大多數(shù)信號處理算法以及許多一般數(shù)學計算，都包含有動態(tài)乘積和的計算。諸如MAC(乘-累加)等特殊指令能夠在一個指令周期內，求得兩個16位數(shù)的乘積，將結果添加到累加器，然后從RAM預取一對數(shù)據(jù)值。因為有兩個累加器，這種架構還能在回寫數(shù)據(jù)到一個累加器的同時在另一個累加器中執(zhí)行計算。

　　40位寬的累加器允許數(shù)據(jù)暫時溢出(當在累加器中累加大量數(shù)值時，這種情況時有發(fā)生！)。此外，DSC的CPU還可選擇將值保持在一個允許的范圍內，這個范圍由一種稱為飽和的機制確定，在回寫數(shù)據(jù)到RAM時，這種機制還將對數(shù)據(jù)進行舍入和調整。DSC還擁有MCU通常不具備的特性，那就是DSC有能力解析小數(shù)形式的數(shù)據(jù)而不總是將數(shù)據(jù)看作整數(shù)，這一特性有助于小數(shù)的算術運算。

　　除了上述特性以外，DSC架構還具有多種數(shù)據(jù)尋址模式，能夠有效地傳送數(shù)據(jù)、支持循環(huán)緩沖區(qū)和位反轉尋址，以及零開銷循環(huán)。很明顯，DSC提供了一款非常有效且用戶友好的CPU架構。DSC是處理和分析傳感器數(shù)據(jù)、執(zhí)行與控制各種執(zhí)行機構相關的計算以及監(jiān)視汽車系統(tǒng)性能的理想之選。