先进汽车仪表板及车身控制设计要领

今日的汽车已迈向智能化与环保化的设计时代，在智能方面透过数字电子技术来提升汽车的安全性与舒适性，并环保方面透过油电混合及电动车等设计来达到节能省碳的目标。因此，今日汽车的电子化程度已愈来愈深，从信息娱乐、车身、安全到动力传动系统，利用电子组件来进行感测和操控的情况已深入汽车的各个角落。


在汽车电子的各个系统当中，往往需要采用微控制器（MCU）做为运作控制的核心，而汽车对电子系统的倚重，也刺激车用微控制器市场的快速成长。车用微控器涵盖8位、16位、32位等低、中、高阶产品等级，各有其适合的应用系统，大致如下：

8位MCU：主要应用于车体的各个次系统，包括风扇控制、空调控制、雨刷、天窗、车窗升降、低阶仪表板、集线盒、座椅控制、门控模块等较低阶的控制功能。

16位MCU：主要应用为动力传动系统，如引擎控制、齿轮与离合器控制，和电子式涡轮系统等；也适合用于底盘机构上，如悬吊系统、电子式动力方向盘、扭力分散控制，和电子帮浦、电子刹车等。

32位MCU：主要应用包括仪表板控制、车身控制、多媒体信息系统（TelemaTIcs）、引擎控制，以及新兴的智能性和实时性的安全系统及动力系统，如预碰撞（Pre- crash）、自适应巡航控制（ACC）、驾驶辅助系统、电子稳定程序等安全功能，以及复杂的X-by-wire等传动功能。

车用MCU常见接口：CAN & LIN

随着今日汽车对应用功能的要求愈来愈高，需整合的系统也愈来愈复杂，使得汽车电子系统对于高阶32位 MCU的需求不断提升。这类车用MCU往往被置放在高热、多尘、剧震、电子干扰严重的运作环境，因此对耐受性的要求远高于一般用途的MCU。此外，在汽车的应用环境中，车用MCU必须与多个车用电子控制装置（ECU）相连结，其中最常见的传输接口为CAN和LIN。

CAN又分为高速CAN和低速CAN，高速CAN的传输率可以达到1 Mbps，适用于ABS、EMS等强调实时反应的应用；低速CAN则可达到125 Kbps，适合较低速的车体零件控制。此外，CAN控制器的型式可分为旧型的1.x、标准型的2.0A和延伸型的2.0B，愈新的规格效能自然愈好，其中 2.0B又可分为被动（passive）型式和主动（active）型式。

LIN则是较CAN更为低速且低成本的通讯方案，采用一个主节点、多个从节点的概念（最多支持16个节点），可达 20 kbps数据传输率，总线电缆的长度最多可以扩展到40公尺。它很适合做为空调控制（Climate Control）、后照镜（Mirrors）、车门模块（Door Modules）、座椅（Seats）、智能性交换器（Smart Switches）、低成本传感器（Low-cost Sensors）等较单纯系统的分布式通讯解决方案。

以下将介绍应用于仪表板控制及车身控制的新一代MCU技术，并以富士通新一代的MB91770 系列和 MB91725 系列新型微控制器做为设计参考。请参考(图一)。



图一　仪表盘控制及车身控制MCU在汽车中的应用（以MB91770 系列和 MB91725 系列为例）

汽车仪表板及车身控制设计要领

汽车的仪表板为驾驶提供各种实时的视觉信息，这些信息是辅助决策的重要参考，必须快速且准确无误的传递给驾驶员知道。此外，汽车中的空调及车身控制模块（BCM）系统，负责为驾驶及乘客提供舒适的乘车环境。其中空调系统过执行最佳控制将汽车内部的温度迅速降至较为舒适的水平，并根据来自于各个传感器的信息保持舒适的车内温度。BCM系统则可以集中控制多个ECU，如车门、座椅和组合开关等。

不论是仪表盘控制或车身控制的MCU，都必须提供更高的处理性能、处理大量网络节点的能力、支持多种外围连接的接口功能、可扩展电路板布局范围的功能、先进的内存架构，以及更便利的开发环境。这些设计需求分析如下：

1. 高处理性能：

MCU要提升处理性能，必须从其核心及软、硬件系统架构下手以富士通新一代MCU的FR81S CPU核心为例，它的工作性能达到1.3MIPS/MHz，比上一代FR60核心高出30%的处理效能；因具有内置式单精度浮点运算单元（FPU），能够满足图像处理系统和那些需要浮点操作功能的系统（如制动器控制）要求。此外，透过硬件式的FPU支持，能够简化软件程序并提升运算性能。

2. 大量网络节点处理能力：

今日汽车中的CAN网络内存在着大量的内置式ECU，它们的规模随着节点数量的增加而不断扩大，因此车用MCU必须支持更多的讯息缓冲器（message buffer）。上一代的32位CAN微控制器能提供达32个内置式讯息缓冲器，但现在已显得不敷使用，以新一代富士通MCU来说，已能支持达64个内置式讯息缓冲器，而且支持CAN 2.0A/B规格及提供1Mbps的高传输率。

3. 广泛接口支持能