飞思卡尔微处理器帮助实现汽车网络高速通信

　　近年来，随着微控制器进入汽车控制领域，汽车发展产生了划时代的变化，汽车的动力性、操作稳定性、安全性、燃油经济性、对环境的友好性都得到了大幅提升。然而，任何技术都具有局限性，电子设备的大量应用，必然导致车身布线愈长愈复杂、运行可靠性降低、故障维修难度增大。特别是电子控制单元的大量引入，为了提高信号的利用率，要求大批的数据信息能在不同的电子单元中共享，汽车综合控制系统中大量的控制信号也需要实时交换，传统线束已远远不能满足这种需求，于是在网络技术和现场控制技术的基础上，出现了各种适用于汽车环境的网络技术。

应对汽车网络的挑战

　　和其它控制现场相比，汽车内温度变化范围大(?45℃~100℃)，电磁干扰和其它电子噪声强，环境恶劣，因此网络在车内的运行可靠性尤为重要，这不但体现在网络结构自身的容错能力和抗干扰能力上，而且也体现在信号的编码方式和传输方式上。为了应对挑战，汽车半导体供应商 —— 飞思卡尔联合业务伙伴一起力 推FlexRay——一种用于汽车 的高速可确定性的，具备故障容错的总线系统。

　　RlexRay是一个确定性的、具有容错 功能的通信协议，通过在确定的时间槽中传递信息，以及在两个通道上的故障容错和冗余信息的传送，能为高级控制应用提供高达10Mbps的数据速率。这种高速通信技术可以提高网络吞吐量，减少用于消除带宽瓶颈的并行控制器局域网(CAN)的数量，从而帮助降低系统成本。凭借其高带宽优势，FlexRay技术已经成为汽车网络骨干的理想协议。此外，其双通道架构也可以满足高级安全系统的冗余要求。FlexRay集诸多优点于一身，能帮助开发更为安全、更具响应性、更加可靠和环保的下一代汽车产品。

S12XF提供更多设计自由

　　随着FlexRay技术首次在2007年新模型车中的应用，高速通信网络正在重新定义汽车的安全和性能。为了帮助推广这种创新技术，近期，飞思卡尔扩展了公司的16位汽车微控制器(MCU)系列，其新产品MC9S12XF系列采用了FlexRay技术，并将闪存扩展到512K。该系列基于飞思卡尔广泛使用的高容量S12架构，为FlexRay网络上的嵌入式节点提供高性能的分布式控制解决方案。S12XF系列共有4种高集成度的MCU，提供不同的存储器配置，并 配备了高性能的XGATE RISC协处理器。该系列还提供多种封装选择，从112针脚的小外形四方扁平封装(LQFP)设备，到10毫米 x 10毫米的64针脚LQFP，这是目前市场上体积最小的FlexRay控制器。体积小巧的S12XF MCU非常适合于一些空间受到严格限制的应用，例如与FlexRay网络上的32位中心控制器通信的分布式执行器和传感器控制模块。16位S12XF设备可以作为各种高级安全应用和主动驾驶应用的终端节点，这些应用包括：悬架控制、主动防侧翻、主动制动、车道偏离告警系统、停车调度协作和电子式驻车系统。(图1：S12XF芯片)

图1 (略)

MC9S12XF系列的特性：

. 50MHz S12X 内核，基于高效的16位CISC架构；

. 集成的单/双通道FlexRay v2.1，每通道支持2.5、5、8和10 Mb/s的数据速率；

. FlexRay时钟，采用频率从4MHz到40MHz不等的晶体振荡器，使用PLL(锁相环)实现成本和EMC的优化；

. 集成XGATE RISC协处理器，提供高达100 MIPS的额外处理能力；

. 512KB、384KB、256KB和128KB的汽车质量闪存选择，带有纠错码(ECC)；

. 1 6通道的模数转换器(ADC)，可配置的8/10/12位分辨率，只需3μs的转换时间；

. 集成的电机控制模块，使用6通道脉冲宽度调制器(PWM)，具有故障保护和电流感应输入；

. 支持控制器局域网(CAN)、本地互连网络LIN和串行外围设备接口(SPI)协议；

. 增强型周期中断定时器，具有3个同步源(ADC、PMF触发器功能，增强电机控制算法)；

. 小型封装选择，根据I/O的需要进行扩展；

    作为FlexRay Consortium的创始成员之一，飞思卡尔是第一家将基于FlexRay控制器的16位架构推向汽车市场的半导体公司。飞思卡尔提供了广泛的基于FlexRay的产品，并且飞思卡尔是目前唯一的其所提供的FlexRay 控制器在即将投产的汽车中采用的半导体供应商。此外，飞思卡尔还为其FlexRay 解决方案提供广泛的生态系统支持，包括开发软件和入门工具箱。

XGATE协处理器优势尽显

    除了提供FlexRay技术外，S12XF系列还集成了飞思卡尔的XGATE协处理器，该处理器的功能类似于主CPU的专用协处理器。基于RISC的XGATE协处理器于2004年推出，基 于S12X架构，克服了实现更高MCU性能的设计挑战，并且不会增加成本，也没有因增加独立处理器而产生的复杂性。XGATE协处理器的运行速度是主CPU的两倍，并且没有任何CPU处理开销，能够提高系统性能，最高运行性能达到100MIPS。借助该协处理器架构，S12XF设备能够提供毫不逊色于很多32位MCU的性能，同时保持了飞思卡尔S12X架构的优势，如低系统成本和高编码效率。

　　XGate具有众多优势，例如可将其应用在提高汽车效能中。目前，大多数汽车应用对实时效能的要求都很高，通常超过模块的实际功能。例如汽车的仪表板必须可以显示车辆目前的状态，同时可接收并处理从传感器传来的实时信息。由于XGate不仅可以接收这项信息，还可予以格式化并储存，因此CPU可用来响应驾驶人互动的时间便大量增加，更可减少显示器可能出现的噪声干扰。根据广泛使用的S12架构，这种双重方法的好处就非常明显了。大多数现代化汽车都是利用通信网关来允许不同的通信网路互传信息。此外，网关还可以执行 其它功能。

　　XGate可以在大约4μs内执行一 个典型的网关工作(检查CAN ID，储存 于内存，然后复制到传送缓冲器(transmit buffer)中)，而S12需9μs。这表示使用XGate，CPU可储存高于9μs的中断。对一个具有5个CAN网络完全满载的非常忙碌连接网 关而言，它可节省超过20%的CPU处理能力，却仅用到XGate的10%。对于一个更复杂的网关而言，要将个别位字段或信号在多个CAN上进行路由传送，XGate的处理速度通常可高于每秒处理35000 则信息。

　　另外，除了提供改善的实时效能，这种双重架构途径也可为实时软件设计者带来意想不到的好处。许多架构式分析及设计工具依赖设计者将资料流处理与实时或控制处理分开。这个方法可以简化高阶设计，但却隐藏了在建置时潜藏的效能问题。有了S12X，设计者可轻易确保实时处理不会互相冲突，因为主CPU可以完全将重心放在主要资料的处理。

　　为了推动下一代汽车网络架构的发展，飞思卡尔致力于以其高度成熟的技术来满足市场需求，帮助设计人员产生更多灵感。其提供的以MC9S12XF为代表的一系列的FlexRay控制器，因为具有诸多优点，也一定会帮助设计人员设计出更具有前瞻性的应用。