如何解决汽车车身控制设计的三大挑战

利用当前市场上常见控制器系列可实现的片上外设范围

　　微控制器架构对于支持软件移植至为关键。业界比较流行的微控制器架构可支持多种移植路径，在此，它们的向上兼容能力可优化处理效率和性能。例如， PIC微控制器架构整合了RISC功能和一个改良Harvard双总线架构，指令和数据通过独立的总线传输，从而避免了瓶颈问题处理，提高了总体系统性能。

　　强大的移植兼容能力支持工程模块的复用性，这有助于节省开发时间和总体成本。兼容能力对微控制器设计的复用非常重要。微控制器系列的标准化引脚布局支持代码库的开发，可用于大范围的应用，十分受设计人员欢迎。一个提供了插座、软件以及外设兼容能力的微控制器架构可为设计人员提供出色的灵活性。例如，每只引脚都可以用于几种外设功能，因此设计人员不必改动印刷电路板设计即可增加或切换不同的功能。最终结果是最小化甚至消除了重新设计的成本。

　　复用经过验证的工程模块不仅可节省时间和成本，还可以直接提高总体系统质量，因为工程师可借鉴以前设计的经验，并在目前设计中应用已有成果。最终，兼容能力和复用能力提高了总体的产品开发效率，在目前有经验的嵌入式设计人员缺乏的情况下，这是至关重要的。

挑战三：为车内多种ECM提供具成本效益的连接

　　汽车内部日益增多的ECM形成了一个汽车网络环境。车身控制电子模块可提高车内乘员的舒适性和安全性。对汽车制造商而言，先进的车身控制模块是生产出更智能化、更可靠、更安全的汽车的关键要素。车身控制电子模块可简化汽车操作并将驾驶人员从辅助活动中解放出来，从而提高汽车的安全系数。网络是车内电子架构的关键部分。单一的网络协议无法满足遍布车身的众多应用的要求。汽车电子系统架构师面临的挑战是：定义适当的网络协议以在目标预算内获得所需要的性能。因此，选择的网络协议必须匹配符合性价比要求的适当应用。

　　一旦汽车架构师予以定义，满足成本预算就成为嵌入式系统设计人员必须满足的要求。图4所示为车内采用的多个通信网络，以及实现每个节点的相关成本。目前最流行的两种汽车网络是控制器局域网和(CAN)和本地互联网(LIN)。

车内采用的多个通信网络

　　CAN提供了一个多主体系，支持智能冗余系统的开发。在此类网络中，如果一个网络节点出现问题，不会影响到网络功能。消息仍通过网络广播。所有节点都能够接收、读取消息，并判断是否与自己相关以及是否需要采取行动。在这种环境中，数据完整性可得到保证，因为系统中的所有节点使用同样的信息。数据完整性通过错误检测机制和错误消息重传机制来保证。
　　LIN协议是适用于较小规模车内网络的完整通信规范。该规范包含了协议定义和物理层定义，以及开发工具和应用软件接口定义。对于汽车开关、智能传感器和致动器等不需要CAN那样大的带宽和通用性的应用，LIN提供了一个具成本效益的通信网络。LIN通信协议基于SCI(UART)数据格式，采用单主/多从方式，带有一条单线12V总线，节点时钟同步不需要稳定的时基。

　　鉴于LIN主要用于低端应用，有两个因素非常关键：首先，相比CAN，每个节点的通信成本必须相当低；其次，不需要CAN那么高的性能、带宽和通用性。相比CAN，LIN的成本节省主要来自：1. 单线传输，2. 硬件和软件可在芯片内低成本实现，3. 从节点不需要使用晶体或陶瓷谐振器。LIN和CAN协议的主要特性如表2所示。

LIN和CAN协议的主要特性

　　现在，嵌入式设计人员已可使用带片上外设支持CAN和LIN通信协议的微控制器。网关微控制器用于高速和低速CAN总线间，以及低速CAN和其它网络(比如多媒体、光纤点到点网络以及面向媒体系统传输(MOST)协议)间的切换。LIN是可直接连接到CAN网络的子总线网络。在车内ECM数目不断增加的情况下，支持这些通信协议的集成式微控制器能够帮助降低元件数目和系统成本。

本文小结

　　随着对现代汽车舒适性和安全性要求的不断提高，汽车变得越来越智能化。对嵌入式系统设计人员来说，微控制器是利用汽车电子模块解决有关下列挑战必不可少的工具：在车内实现具成本效益的ECM网络；在预定的有限空间内提供所需要的功能；满足预定功率预算。

　　带有大量集成外设的功率管理微控制器系列为设计人员提供了出色的灵活性和多种选择性，让他们能够创建出创新、紧凑并具成本效益的先进解决方案，满足汽车消费者的期望。对于ECM，充分的灵活性是缩短产品上市时间的重要因素。