Fujitsu內(nèi)置“FR81S”內(nèi)核的高性能32位微控制器方案

近年來(lái)，在汽車性能方面，除了要求對(duì)諸如駕駛、轉(zhuǎn)向和停車等駕駛功能加以改進(jìn)外，還要求對(duì)安全性、舒適性和環(huán)保性等相關(guān)性能加以提高。雖然內(nèi)置式微控制器最近為眾多汽車系統(tǒng)所用，但是為了將來(lái)能夠?qū)崿F(xiàn)更安全、更舒適和更環(huán)保的系統(tǒng)，對(duì)它們進(jìn)行性能和功能的改進(jìn)將至關(guān)重要。

簡(jiǎn)介/產(chǎn)品特性

■ 面向更安全、更舒適且更環(huán)保的系統(tǒng)

我們開(kāi)發(fā)了內(nèi)置“FR81S”專用32位高性能 CPU 內(nèi)核的 MB91770 系列和 MB91725 系列新型微控制器，能夠控制新一代汽車系統(tǒng)。儀表盤(pán)控制是 MB91770 系列的主要應(yīng)用領(lǐng)域，而車身控制（空調(diào)、BCM等）則是 MB91725 系列的主要應(yīng)用領(lǐng)域。

■ 新型內(nèi)置式高性能32位 CPU 內(nèi)核“FR81S”

本產(chǎn)品采用 FR81S 內(nèi)核，提供了比傳統(tǒng)32位“FR60”CPU 內(nèi)核高30%或以上的處理性能。FR81S 的工作性能為 1.3MIPS/MHz，作為面向汽車應(yīng)用的微控制器，它提供了極高的處理性能。它還具有內(nèi)置式單精度浮點(diǎn)運(yùn)算單元（FPU），能夠滿足圖像處理系統(tǒng)和那些需要浮點(diǎn)操作功能的系統(tǒng)（如制動(dòng)器控制）的要求。雖然時(shí)至今日不帶 FPU 的傳統(tǒng)產(chǎn)品仍然需要定點(diǎn)運(yùn)算之類的運(yùn)算方法，但是本產(chǎn)品具有硬件支持，因此能夠簡(jiǎn)化軟件程序并提升運(yùn)算性能。

照片1：外觀圖



■ 帶有64個(gè)內(nèi)置式消息緩沖器的 CAN 控制器

最近，在汽車的 CAN 網(wǎng)絡(luò)中存在著大量?jī)?nèi)置式 ECU；它們的規(guī)模隨著節(jié)點(diǎn)數(shù)量的增加而不斷擴(kuò)大。雖然傳統(tǒng)32位 CAN 微控制器主要具有32個(gè)內(nèi)置式消息緩沖器，但是這款產(chǎn)品具有64個(gè)內(nèi)置式消息緩沖器，從而能夠支持帶有大量節(jié)點(diǎn)的系統(tǒng)。并且，它還支持 ver.2.0A/B 充當(dāng) CAN 協(xié)議和高達(dá) 1Mb/s 的比特率。

■ 能夠通過(guò)可切換串行接口和 LIN-UART 連接多種外設(shè)功能

本產(chǎn)品將內(nèi)置式多功能串行接口用作串行通信接口（MB91770 系列內(nèi)的2條通道和 MB91725 系列內(nèi)的4條通道）。該多功能串行接口可以通過(guò)軟件切換為各條通道選擇 UART、時(shí)鐘同步串行、LIN-UART 和 I2C。這樣就可以靈活支持外部器件的通信規(guī)范和提高系統(tǒng)設(shè)計(jì)的自由度。除了該多功能串行接口以外，本產(chǎn)品還具有 LIN-UART 的6條通道，從而能夠與更多控制單元進(jìn)行通信。

■ 可以擴(kuò)展電路板布局范圍的功能

● 外部總線接口終端專用的電源

本產(chǎn)品為外部總線接口終端配備了獨(dú)立電源。因此，無(wú)需在 ECU 板上安裝電平轉(zhuǎn)換器（先前連接那些在采用單個(gè)電源的傳統(tǒng)產(chǎn)品內(nèi)、具有不同工作電壓的外部器件時(shí)，必須具有電平轉(zhuǎn)換器）。并且，該外部總線接口終端的電源電壓范圍為 3.0V 至 5.5V，因此它可以靈活地連接單元存儲(chǔ)器、圖像用 ASIC 等。

● I/O 再分配功能

微控制器的外設(shè)單元的分配和接線方式在很大程度上取決于微控制器的引腳分配。為了減少引腳分配給電路板布局帶來(lái)的物理約束，本產(chǎn)品提供了內(nèi)置式 I/O 再分配功能，可以通過(guò)軟件設(shè)置來(lái)改變 I/O 端口分配。由于 I/O 再分配功能允許我們從分配的終端中選擇需要用到的外設(shè)終端，所以可以大幅提高電路板布局的自由度。

從外設(shè)和分支數(shù)量（可以再分配的終端數(shù)量）如下所示。

圖2展示了 I/O 再分配功能略圖。

[從外設(shè)和分支數(shù)量]

● PPG：11通道 × 3分支

● 輸入采集：6通道 × 3分支

● LIN-UART：4通道 × 2分支

● 重加載定時(shí)器：4通道 × 3分支

圖1：MB91770 系列/MB91725 系列在汽車中的應(yīng)用視圖



圖2：I/O 再分配功能示意圖



應(yīng)用實(shí)例

■ MB91770 系列（面向儀表盤(pán)應(yīng)用）

雖然最近的汽車中存在著多種不同類型的儀表盤(pán)指示，但是那些處理視覺(jué)信息的儀表盤(pán)系統(tǒng)都需要將必要的駕駛信息在很短的時(shí)間內(nèi)準(zhǔn)確無(wú)誤地傳遞給駕駛員。MB91770 系列實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)處理，并且具有 FR81S 內(nèi)核的高處理性能；它內(nèi)置有外設(shè)功能，是采用 STN 法和 LCD 面板的儀表盤(pán)控制的最佳選擇。

它具有內(nèi)置式步進(jìn)馬達(dá)控制器的6條通道，能夠控制速度計(jì)、轉(zhuǎn)速計(jì)等的指針。它還具有用于里程表指示的段式 LCD 控制器（32段 x 4com）和用于生成充當(dāng)轉(zhuǎn)向信號(hào)聲源的波形的發(fā)聲器。和傳統(tǒng)產(chǎn)品相比，該發(fā)聲器的功能得到了大幅提高。盡管傳統(tǒng)發(fā)聲器只具有能夠在音量改變的情況下逐漸降低音量的淡出效應(yīng)功能，但是 MB91770 系列除了具有淡出效應(yīng)以外，還能夠按照規(guī)定的速度降低或提高音量。并且，可以利用16位分辨率實(shí)現(xiàn)音量微調(diào)，從而實(shí)現(xiàn)更平滑的音變。

MB91770 系列的應(yīng)用實(shí)例如圖3所示。

圖3：MB91770 系列的應(yīng)用實(shí)例



■ MB91725 系列（面向車體控制應(yīng)用）

通過(guò)汽車內(nèi)的各種開(kāi)關(guān)輸入以及來(lái)自于內(nèi)置式汽車傳感器的信息控制汽車內(nèi)的空調(diào)和 BCM 系統(tǒng)。無(wú)論外界的天氣狀況和行車條件如何，必須具有空調(diào)才能保持舒適的車內(nèi)條件。在汽車停放在炎熱的太陽(yáng)光下時(shí)，通過(guò)執(zhí)行最佳控制將汽車內(nèi)部的溫度迅速降至較為舒適的水平，并根據(jù)來(lái)自于各個(gè)傳感器的信息保持舒適的車內(nèi)溫度。BCM 系統(tǒng)可以在多個(gè)車體系統(tǒng) ECU（如車門(mén)、座椅和組合開(kāi)關(guān)）上實(shí)現(xiàn)集中控制。制造商也在考慮整合無(wú)鑰匙進(jìn)入的 ECU 功能等。

MB91725 系列具有大量?jī)?nèi)置式串行接口，因此能夠利用 CAN/LIN 網(wǎng)絡(luò)連接到多個(gè) ECU 上。它還具有定時(shí)器功能的多條通道和 A/D 轉(zhuǎn)換器，從而實(shí)現(xiàn)了各種功能整合。

并且，除了面向程序的主 Flash 存儲(chǔ)器以外，MB91725 系列還具有面向數(shù)據(jù)的內(nèi)置式 Flash 存儲(chǔ)器。這可以在從面向程序的主 Flash 存儲(chǔ)器中執(zhí)行程序的過(guò)程中在面向數(shù)據(jù)的 Flash 存儲(chǔ)器內(nèi)進(jìn)行寫(xiě)入/擦除操作；這樣就可以替代 E2PROM。這就有助于減少 ECU 電路板上的元件數(shù)量。

[數(shù)據(jù) Flash 的優(yōu)勢(shì)]

● 不再需要 E2PROM，并且可以縮小電路板面積

● 提高數(shù)據(jù)寫(xiě)入速度

● 數(shù)據(jù)、程序等存儲(chǔ)在微控制器中的 Flash 存儲(chǔ)器內(nèi)，這樣有助于防止信息泄漏。

圖4展示了 MB91725 系列的應(yīng)用實(shí)例。

產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)

表1展示了本產(chǎn)品的主要技術(shù)指標(biāo)。

開(kāi)發(fā)環(huán)境

本產(chǎn)品采用片上調(diào)試方法。在傳統(tǒng)產(chǎn)品中，必須利用 ICE 主單元和驗(yàn)證用評(píng)估芯片實(shí)現(xiàn)調(diào)試，然后通過(guò)利用汽車上的器件實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)評(píng)估。本產(chǎn)品允許利用實(shí)際器件進(jìn)行單元系統(tǒng)評(píng)估和汽車評(píng)估。并且，它采用單線調(diào)試接口，可以實(shí)現(xiàn)汽車評(píng)估或一致性測(cè)試，并且能夠利用通用同軸電纜、在高達(dá)10米的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)小型 ICE 主單元和目標(biāo)電路板之間的通信。這可以簡(jiǎn)化按照常規(guī)難以實(shí)現(xiàn)的汽車評(píng)估。

圖5展示了開(kāi)發(fā)環(huán)境視圖，表2展示了開(kāi)發(fā)環(huán)境配置。

未來(lái)開(kāi)發(fā)

開(kāi)發(fā)了面向儀表盤(pán)控制和車身控制應(yīng)用的產(chǎn)品之后，我們會(huì)繼續(xù)開(kāi)發(fā)內(nèi)置 FR81S CPU 內(nèi)核的微控制器系列產(chǎn)品，包括面向馬達(dá)控制應(yīng)用的產(chǎn)品。

圖4：MB91725 系列的應(yīng)用實(shí)例



圖5：開(kāi)發(fā)環(huán)境視圖



表1：本產(chǎn)品的主要技術(shù)指標(biāo)

表2：開(kāi)發(fā)環(huán)境配置

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