用于发动机动力系统的32位微控制器

亚太地区特别是中国、印度和韩国的特大城市中车辆保有量的迅猛增加，不可避免地带来了严重的空气污染，同时也导致了对自然资源（即矿物燃料）的巨大需求。原油价格最近连创新高，环境质量持续恶化，这些事实迫使亚洲新兴市场国家从法律上做出日益严格的规定，要求降低排放并提高燃油的经济性。为确保亚洲汽车工业行业达到期望的发展水平，必须为客车、轻型和重型商用车辆及摩托车开发出更加智能化的发动机和传动控制系统。因此，控制系统中目前采用的8位和16位微控制器，将逐渐被更先进的32位微控制器所取代，以便未来的汽车设计师在确保汽车性能和安全性的前提下，降低燃料消耗，同时最大限度地减少有害物质的排放。为此，除了设计更好的发动机外，还必须充分利用半导体器件的优势。在设计更先进的系统的过程中，除了要采用更尖端的电子技术和产品，降低成本（特别是对小型车辆而言）也是实现智能化系统分区的主要推动因素之一。

发动机动力系统对微控制器的要求
发动机动力系统对计算机内核的实时反应速度要求很高，这样才可以对大量的可屏蔽式中断源进行快速响应和运行。中断响应时间必须非常短暂，以便快速完成诸如限流等功能。目前，为了处理发动机管理系统中大量复杂的功能，基于行为模型的控制算法得到日益广泛的应用。因此，必须采用具备浮点计算能力的CPU支持这种基于模型的软件设计方法，以便在从早期的建模和仿真，直至最终硬件实现阶段的整个过程中，保证足够的设计精度。
英飞凌的TC1762由快速ADC（FADC）、数字滤波器和具备数字信号处理能力的微控制器组成．使用该器件后，设计者可以用简单的无源低通滤波器（RC滤波器）替代价格昂贵的ASIC或有源低通滤波器，并能获得更大的灵活性以满足各种不同的汽车和发动机的设计要求。
微控制器中应该具备精密的定时器设计，以满足精确点火控制和多点喷射的时序要求，为此，定时器硬件资源与CPU负荷之间最好达到平衡。
从成本优化的角度对系统进行分区，可将系统分为信号检测、控制和执行等彼此互连的独立电子模块。各模块之间的数据交换由微控制器管理，通过优化设计，达到系统所要求的功能和带宽。新型串行接口可帮助硬件设计人员在开发阶段大幅度降低系统设计的复杂程度，并通过采用小封装的微控制器和功率芯片来降低系统的成本。
除了具有成本优势之外，该器件的计算性能和外围接口经过了专门改进，非常适合3缸或4缸汽油发动机的系统设计要求，并且能满足欧5及以上排放标准。它可提供80MHz的时钟频率，带有1MB的内置闪存。该产品的软件和引脚设计完全与已在欧洲广泛应用于汽油和柴油发动机系统的TC1766兼容。因此，可以随时对TC1766和其他AUDO-NG系列产品进行升级。

３核架构在单一芯片上封装RISC、CISC 和DSP功能
TC1762是一种基于英飞凌３核（TriCore ）处理器结构的32位MCU-DSP一体化器件，采用了哈佛（Harvard）存储结构以实现卓越的指令执行和实时性能。实时响应速度在很大程度上取决于中断响应时间和任务切换时间，而３核结构避免了冗长的多周期指令，通过提供灵活的硬件支持的中断方案（TC1762共有85个服务请求节点）将中断响应时间降低至250ns（包括上层16个地址和数据寄存器的任务切换）。

以集成的32位单精度浮点运算单元作为专用的３核管线扩展是市场的发展方向，它将逐渐取代适合处理实际物理值的定点整数运算。这一特性可以实现控制回路综合精度与数据存储数量之间的最佳平衡，并完全支持基于模型的软件设计（如Matlab/Simulink）。
该芯片在系统结构中采用了最小转换时间只有280ns（相当于每秒350万次采样）的FADC模块（见图１），使得爆震传感器的信号采集可以全部由一个外接的无源低通滤波器 （抗混叠滤波器）完成，可比目前标准配置的有源低通滤波器节省0.5美元。必要的数据抽取工作由FADC模块中的相关数据抽取滤波器完成，以减少后续信号处理的负担。抽取滤波器的输出数字码流通过与CPU连接的DMA（直接存储控制器）进行传输。核心技术一般包含在基于CPU强大数字处理能力的爆震检测算法中。Trilib是该系列器件的DSP功能库，收集了大量直接使用的DSP功能模块（如FFT、FIR和IIR滤波器功能模块等），这些模块都经过优化，完全适用于AUDO结构。
具备内置闪存的TC1762包含1MＢ闪存（5个物理分区，２个128KB，１个256KB和１个512KB） 用于储存代码或常数（称为程序闪存），16 KB的附加闪存用于EEPROM的数据仿真（也称为数据闪存）。程序闪存（PFLASH）允许1000次擦写，写入数据的保存时间为20年。数据闪存（DFLASH） 允许30000次擦写，写入数据保存时间为5年。采用循环缓冲模式，用户使用DFLASH充作EEPROM时，能方便地调整擦写次数和存储量（例如，支持120000次擦写的4KB 仿真EEPROM）。PFLASH主要存储指令代码和用于校准的数据；DFLASH一般用于需要调整的数据和车载自动诊断（OBD）数据，这些数据常需要在车辆各主要检修周期进行更新。

发动机控制器的定时器单元需提供以下三种主要的功能：信号采集，预处理和时钟生成；时钟信号传输；执行器信号生成和信号检测。
TC1762的通用计时器阵列（GPTA）模块的特点是在功能定义、功能组及应用的可标定方面具有相当的灵活性。

GPTA的信号采集和预处理部分一般依据来自凸轮轴和曲柄轴的信号来得到发动机运行的准确位置，包括：
滤波器和预标定器单元（FPC）：数字输入信号噪声的过滤以及中断和预标定操作；
鉴相逻辑单元（PDL）：通过旋转追踪系统对方向信息输出进行解码；
工作周期测量单元（DCM）：实现脉冲宽度测量；
数字锁相环单元（PLL）：将一段信号分解为一系列可设置的小单元，支持可选的自动加速和减速补偿并重新对新的输入信号进行同步。

信号生成单元由全局定时器单元和局部定时器单元组成，这些定时器单元可实现定时、信号捕捉和比较的功能，并且可以在逻辑上联系起来，生成复杂的信号波形并输出到外部端口。这种应用使得对外围硬件资源和CPU负荷之间的调整成为可能，用户可以选择将一些被使用的硬件单元用软件来实现。同一个外设可以用来实现许多汽车上的功能，包括简单的PWM（脉冲宽度调节）信号发生直至复杂的燃料喷射、点火或马达控制。GPTA可以承担特定的ASIC功能，减轻CPU的负荷，从而简化系统结构。由于不再采用专用的单一功能外设设计，因此可实现成本效益的最大化。

除了ASC0、ASC1和SSC0等常规的同步和异步串行接口模块外，该微控制器还支持两种新的串行接口模块：
专为减少微控制器和供电设备之间的连接点数而设计（如多开关点火装置或喷射驱动器）的微型二级信道（MSC），以及能够为处理器之间的通讯提供低成本方案的微型链路串口 （MLI）。
GPTA所生成的32路并行高速PWM通路可以通过MSC模块变为串行通路，通过6线连接器（包含状态信息的低速异步上行通路）传输到所连接的电源ASIC设备上的对应 MSC模块，不会增加软件的负荷。这个解决方案使得设计者可以在微控制器和电源ASIC中选用成本较低的器件。所传输PWM数据的最高分辨率为500kHz，周期为2?s。
MLI是与标准串行协议原理类似的一种串行高速连接（高达35MBaud），可用于微控制器（如一个独立的引擎和传动控制器）之间或者微控制器与其他芯片之间的数据和程序交换，无需CPU介入。

结语
高效的发动机管理是减少有害排放的基础，安全性则是其核心目标。对于中档车型，越来越多的数据通过7~15个发动机传感器上传，这对数据运算能力提出了越来越高的要求。32位微控制器TC1762 是一款具有可灵活配置的一体化结构，可以对这些数据进行有效管理，并可以满足新一代车辆对车辆性能和安全性的严格要求，同时又可以优化燃料效率，最大限度地减少有害排放。