FR81S家族32位微控制器的车身控制应用平台设计

    随着全球变暖，汽车工业需要生产更加环保和燃料更加有效率的汽车。改进安全和舒适性的豪华汽车需求在先进国家不断增加，同时在中国、印度和巴西等迅速发展中国家对有紧凑型汽车需求也有强烈需求。

    为了响应这些需求，很多汽车制造商都在推动车身控制应用平台设计。相应地，也需要容易集成到这些平台中的微控制器(MCU)。为了满足这些需求，富士通半导体推出了MB91520系列，丰富了其32位微控制器FR81S家族。新系列提供了各种引脚配置和内存容量，为车身控制应用提供了许多外设功能，以及作为标准特性的内置的降低成本功能，以此提供一个最合适的平台解决方案。针对无刷DC电机和安全功能的专用定时器也能够支持AUTOSAR。

    富士通半导体针对车身控制推出的FR81S家族阵容的MB91520系列有60款新型号器件。这个新的汽车32位微控制器产品线提供了一个最合适合的车身控制平台。

    丰富的车身控制功能

    该系列的产品阵容非常丰富。为了满足汽车工业的各种需求，富士通半导体的60个型号包含从64至176引脚封装范围，闪存从320至1,088KB，支持子时钟(subcLOCk)。各种外设功能有助于加载主要针对车身控制模块(BCM)的车身控制功能。该阵容比针对车身控制的FR60家族MB91460系列更为强大。与传统FR60家族相比，由于改进了流水线处理和内部总线运行，新产品的CPU性能增加了30%以上。

    此外，新MCU能在无等待时间前提下访问闪存，甚至是在80MHz运行时。其它高性能功能，例如专用的浮点运算(FPU)嵌入式单元，支持模型库设计阶段的自动创建代码。完整的产品阵容支持各种应用开发。

    新产品支持一系列适合车身控制应用的外设功能，如多功能串行接口，可以灵活连接各种外部器件，12位A/D转换器可实现先进传感器输入，控制器区域网络(CAN)支持多达128条信息。

    器件的多功能串行接口可灵活连接各种外部器件，实现范围广泛的车身控制通信方法。为了灵活支持这些通信系统，该产品提供了一个多功能串行接口，如图1所示。UART、SPI、LIN和I2C对每个通道是软件可选的。在工业中可以加载多达12个通道，是业界最高级别。

    A/D转换器支持先进传感器输入

    加载在产品上的高分辨12位A/D转换器可支持传感器和外设元件，提供改进的技术优势。由于加载了两个A/D转换器单元，可实现同时转换。如图2(a)所示，范围比较功能可检测作为硬件功能集成的给定范围电平。与A/D转换值比较的最高和最低阈值可事先设置。当电平处于预定范围内或超出预定范围时，功能自动检测，从而减少软件负载。而且，如图2(b)中显示的那样，可以实现连续比较。

图2：A/D转换器范围比较功能概览

    其他先进功能

    许多新汽车配备了经CAN连接的电子控制单元(ECU)。由于节点数目的增加和其它因素，网络正变得越来越大。富士通半导体以前的32位微控制器通常有32条信息的缓存。新产品的缓存能保存多达128条信息，使它支持有更多节点的系统。支持的CAN协议是Version 2.0A/B。

    此外，内置E2PROM、看门狗定时器IC和复位IC及其它外部元件可减少元件数和板上安装空间，降低了总系统成本。由于除了程序闪存，产品还有64KB数据闪存(工作闪存)，不需要外部E2PROM。而且，嵌入微控制器里面的数据闪存防止信息漏洞。独立于主时钟的内置CR振荡电路系统运行硬件看门狗定时器。不需要外部看门狗定时器IC。

    由于该产品具有低电压的功能，可监测外接电源，没有必要在板上加载一个外部复位IC。可以用软件选择11个电压等级。波形发生器可作为支持无刷DC电机的专用定时器，它可以输出三相波形。为了支持无刷电机操作，需要有死区时间设置功能和紧急停止功能。

    图3描述了该产品的诊断功能，如CPU自我诊断程序、总线错误检测功能、RAM自诊断功能、内存错误检测和纠正(ECC)，I/O端口保护功能。

    微控制器的功能安全

图3：MB91520系列的诊断功能

    应用实例

    根据装在车上的开关、传感器，并从其他ECU获得的信息，BCM控制车内照明、转向信号灯、雨刷、门锁、侧视镜和其他项目。产品有多达12通道的多功能串行接口，以及三通道CAN，可以灵活地连接多个器件和ECU。A/D转换器提供多达48个通道，可支持来自传感器的各种输入处理。图4描述了BCM的应用实例。

图4：BCM的应用实例

    BCM应用实例，电动压缩机最近被用于汽车空调。为保持汽车内舒适，必须精确控制温度。控制是用波形发生器实现的，以控制无刷DC电机，反之，空调的电动压缩机运行。图5描述了电动压缩机的应用实例。

图5：电动压缩机的应用实例

    总之，MB91520系列能兼容AUTOSAR R3.1/4.0，可使用16位和32位微控制器的无缝集成开发环境，以及支持单线片上调试的仿真器(MB2100-01-E)。所有新产品线的芯片都配有程序闪存和单独的数据存储闪存。这样降低了对外部E2PROM 的需求，并简化了系统开发，适用于汽车ECU系统的外围功能。