?

　　隨著汽車工業(yè)的飛速發(fā)展，汽車在控制、通信和網(wǎng)絡(luò)方面的要求越來越復(fù)雜。以32位微控制器及嵌入式實時操作系統(tǒng)為基本技術(shù)特征的新一代電控單元ECU(Electronic Control Unit)成為汽車電子應(yīng)用的主流。

　　32位微控制器MPC555以其強大的性能在汽車電子等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

　　1、MPC555微控制器簡介

　　MPC555 微控制器是Motorola PowerPC 500系列的代表產(chǎn)品，是專為汽車電子、航空航天、智能系統(tǒng)等高端嵌入式控制系統(tǒng)所設(shè)計。該產(chǎn)品可在高速移動及苛刻的環(huán)境下工作(工作溫度：-40～125℃), 性能優(yōu)良，并具有高度的靈活性和可靠性，適合大批量低成本生產(chǎn)。 MPC555主要有以下功能模塊：

　　?主頻40MHz的精簡指令集CPU(RCPU);

　　?四級存儲器控制器;

　　?U-Bus系統(tǒng)接口單元(USIU);

　　?靈活的指令和數(shù)據(jù)存儲保護單元;

　　?448KB Flash EEPROM ;

　　?26KB SRAM;

　　? 雙時間處理單元(TPU3);

　　?18通道模塊I/O系統(tǒng)(MIOS1);

　　?雙隊列模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊(QADC) ;

　　?雙CAN2.0B控制器模塊(TouCANs);

　　?隊列串行多通道模塊(QSMCM)。

　　在設(shè)計及開發(fā)應(yīng)用MPC555微控制器過程中，廠商采取合作、聯(lián)合推廣等方式積極引導(dǎo)開發(fā)應(yīng)用產(chǎn)品市場。MPC555微控制器采用了IBM 微控制器的芯片結(jié)構(gòu)技術(shù)、AMD閃存存儲器技術(shù)。專業(yè)化嵌入式軟硬件開發(fā)公司：ETAS、Pi-Technology、Axiom、ADI、Opti- Num Solution、dSPACE等開發(fā)出MPC555應(yīng)用板、I/O模塊、實時操作系統(tǒng)、集成開發(fā)工具、應(yīng)用軟件等嵌入式軟硬件系統(tǒng)與集成開發(fā)環(huán)境。汽車電子產(chǎn)品開發(fā)商：BOSCH、德爾福等開發(fā)出相應(yīng)的汽車電子應(yīng)用產(chǎn)品。從而形成了對MPC555專業(yè)化分工、聯(lián)合開發(fā)的產(chǎn)品鏈方式。這種產(chǎn)業(yè)/產(chǎn)品鏈的開發(fā)機制已成為高科技領(lǐng)域成功的發(fā)展模式。

　　2、MPC555應(yīng)用軟硬件平臺及系統(tǒng)集成開發(fā)環(huán)境

　　針對目標(biāo)系統(tǒng)，首先要選定與應(yīng)用產(chǎn)品所處環(huán)境和功能參數(shù)相匹配的微控制器作為核心控制系統(tǒng)。另外，完備、強大的開發(fā)環(huán)境技術(shù)支持也至關(guān)重要。伴隨著市場競爭越來越激烈，要求快速、靈活地開發(fā)應(yīng)用產(chǎn)品，盡量減少和縮短從決策、設(shè)計、研發(fā)、測試、修正到最終批量生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)和周期。開發(fā)新產(chǎn)品的快慢往往與一個企業(yè)的生存緊密相連。為了適應(yīng)這一要求，近幾年，集成開發(fā)環(huán)境(Integrated Development Environment, IDE)技術(shù)得到了越來越廣泛的重視。基于模型設(shè)計(Model-Based Design)、簡化軟件編程、軟硬件一體化、快速原型(Rapid Prototyping)建立目標(biāo)系統(tǒng)、應(yīng)用程序模塊化等先進的開發(fā)手段被廣泛應(yīng)用。另外，嵌入式實時操作系統(tǒng)(RTOS)對系統(tǒng)的安全運行、管理應(yīng)用系統(tǒng)程序、系統(tǒng)的兼容通用性也至關(guān)重要。

　　一套完備的MPC555開發(fā)應(yīng)用系統(tǒng)主要由軟硬件平臺和集成開發(fā)環(huán)境組成。集成開發(fā)環(huán)境的功能包括：提供控制操作界面;通過BDM接口瀏覽MPC555硬件平臺狀態(tài)和信息;建立控制模型;模擬仿真應(yīng)用系統(tǒng)控制算法;與編譯器連接將控制模型或C語言程序生成MPC555機器源代碼;通過BDM 接口將源代碼傳送到MPC555硬件平臺;實時調(diào)試運行應(yīng)用程序等。這種開發(fā)模式方便快捷，采用友好界面連接形象化模型框圖、輸入計算公式、經(jīng)驗公式等方式編制開發(fā)程序，由系統(tǒng)自動將其編譯成目標(biāo)代碼。在應(yīng)用程序經(jīng)過反復(fù)模擬仿真，并實時調(diào)試運行成功后被裝入MPC555硬件平臺。MPC555系統(tǒng)配有各類應(yīng)用I/O模塊與通信接口，并裝有一套實時操作系統(tǒng)(RTOS)。

　　在操作系統(tǒng)的管理下，開發(fā)的應(yīng)用程序在上位機監(jiān)控下和脫離上位機兩種環(huán)境下運行驗證。一些特定、重復(fù)任務(wù)的應(yīng)用程序被生成模塊化的庫文件已備調(diào)用。為了提高開發(fā)系統(tǒng)的實時性，系統(tǒng)具有HIL(Hardware-in-the-loop)、Bypass等硬件在環(huán)開發(fā)、實時嵌入加載等功能。模塊化的應(yīng)用程序可以實時在線導(dǎo)入導(dǎo)出而絲毫不影響系統(tǒng)的正常運行。

　　在硬件方面， MPC555微控制器是理想的汽車電子產(chǎn)品嵌入式硬件系統(tǒng)平臺。表1列出了國內(nèi)外專業(yè)公司開發(fā)的MPC555開發(fā)板情況比較。

　　在集成開發(fā)環(huán)境方面，各開發(fā)系統(tǒng)普遍采用MathWorks 公司的MATLAB 系列軟件產(chǎn)品Simulink、 Stateflow等，用于模擬仿真、建立模型，再配上相應(yīng)的交叉編譯器、 控制界面連接程序與硬件平臺相連，構(gòu)成一完整的開發(fā)系統(tǒng)。在MPC555應(yīng)用領(lǐng)域中，比較有代表的產(chǎn)品有ETAS 公司的開發(fā)工具ASCET-SD;符合OSEK標(biāo)準(zhǔn)的實時操作系統(tǒng)OSEKWorks;調(diào)試工具LabCar和相應(yīng)MPC555的硬件開發(fā)板;ADI公司的嵌入式系統(tǒng)的快速原型 SIMsystem;開發(fā)平臺BEACON，以及Axiom、 Pi-technology 的MPC555硬件開發(fā)系列產(chǎn)品等。

　　為了適應(yīng)嵌入式計算機控制軟件開發(fā)日益龐大的特點;實現(xiàn)軟件開發(fā)的模塊化和可移植性;確保各分布式控制子系統(tǒng)之間的通信暢通;盡可能地實現(xiàn)不同廠商的控制模塊間的互換性和兼容性，應(yīng)用系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化成為迫切需要解決的課題。在汽車電子領(lǐng)域，CAN總線通信標(biāo)準(zhǔn)在物理層、數(shù)據(jù)鏈層定義了有關(guān)通信技術(shù)規(guī)范。 OSEK(Open Systems and the Corresponding InteRFaces For Automotive Electronics)技術(shù)規(guī)范是針對符合汽車電子開放式系統(tǒng)及其接口的軟件規(guī)范所研發(fā)的嵌入式實時操作系統(tǒng)。OSEK規(guī)范從實時操作系統(tǒng)和軟件的開發(fā)平臺兩方面作了全面的定義與規(guī)定。該規(guī)范最先由德、法兩國汽車行業(yè)所倡導(dǎo)并日趨完善。它所提出的一整套解決方案代表了未來汽車電子軟件行業(yè)的發(fā)展方向，在國際汽車電子領(lǐng)域的影響力日益增強。

　　在國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃(863計劃)電動汽車重大專項課題“燃料電池客車多能源動力總成控制器軟硬件平臺”中，北京西曼自動化技術(shù)有限公司配合課題承擔(dān)方——清華大學(xué)計算機系智能技術(shù)與系統(tǒng)國家重點實驗室，積極開發(fā)基于MPC500系列新一代汽車電子ECU軟硬件平臺以及集成開發(fā)環(huán)境，包括：MPC555評估板、MPC565單板系統(tǒng)、OSEKLinux 實時操作系統(tǒng)等。這些為發(fā)展我國自主知識產(chǎn)權(quán)汽車電子關(guān)鍵核心技術(shù)，積極開發(fā)嵌入式軟硬件及集成開發(fā)環(huán)境。

　　3、MPC555微控制器在汽車電子領(lǐng)域的應(yīng)用

　　MPC555推出不久，便于1999年獲得汽車行業(yè)國際PACE汽車創(chuàng)新產(chǎn)品優(yōu)秀獎,并在嵌入式計算機控制領(lǐng)域，特別是汽車電子應(yīng)用領(lǐng)域得到迅速發(fā)展。由于其優(yōu)良的性能和強大的市場推廣力度，MPC555在各個層次，從高科技研發(fā)項目、終端用戶(汽車制造廠家)到各專業(yè)軟硬件開發(fā)商都予以高度的重視，并積極開發(fā)應(yīng)用MPC555產(chǎn)品。例如，美國MoBIES (Model-Based Integration of Embedded System)基于模型一體化嵌入式系統(tǒng)科研項目。MoBIES是由美國國防部DOD(Department of Defense)國防高技術(shù)研究項目局DARPA(Defense Advanced Research Projects Agency)信息處理技術(shù)辦公室IPTO(Information Processing Technology Office)資助的項目。此項目旨在為嵌入式系統(tǒng)開發(fā)基于模型的軟件組件集成技術(shù)。MoBIES項目日期從2000年6月開始到2003年11月結(jié)束。該項目的汽車OEP(Automobile Open Experimental Platform，汽車動力控制系統(tǒng)開放式試驗平臺)由Vehicle Dynamic Laboratory承擔(dān)，采用MPC555為系統(tǒng)硬件控制單元。MPC555被重視的程度日益加強。

　　MPC555微控制器在汽車電子領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，是目前被國際汽車電子系統(tǒng)廣泛采用的新一代芯片。MPC500系列產(chǎn)品在2000年汽車行業(yè)的年銷售額達10億美元之多(據(jù)Motorola報道)。國外的汽車電子工業(yè)已形成了從半導(dǎo)體硬件到軟件到部件開發(fā)，再到系統(tǒng)集成應(yīng)用的一整套開發(fā)和生產(chǎn)體系。圍繞著汽車制造商，形成了專業(yè)化、可提供全套應(yīng)用系統(tǒng)的各類供應(yīng)商：從硬件設(shè)計到軟件開發(fā)，以及各種專用控制原型的提供，再配用先進的開發(fā)工具，使專業(yè)設(shè)計人員和制造商在生產(chǎn)一線開發(fā)、調(diào)試新產(chǎn)品等。這大大縮短了產(chǎn)品的開發(fā)周期。

　　MPC555微控制器在汽車電子領(lǐng)域的應(yīng)用范例：

　　BMW 的 Valvetronic 電子閥門系統(tǒng)為目前國際最先進的動力控制系統(tǒng)技術(shù)(其三種車型已在道路上運行);

　　Ford 的Taurus 動力控制系統(tǒng);

　　由BMW 聯(lián)合Motorola 等開發(fā)的Byteflight數(shù)據(jù)傳送系統(tǒng)(用于安全氣囊);

　　Siemens VDO 汽車動力管理一體化系統(tǒng);

　　Ford 采用MPC500系列為Lincoln LS Luxury Sedans開發(fā)的動力控制系統(tǒng);

　　Ford 采用MPC500系列為Jaguar S-Type Sedans 車型的點火、噴油、排氣控制;

　　韓國現(xiàn)代公司最新燃料電池轎車SANTA FE FCEV (EVS19展出的)的總成控制;

　　MoBIES 項目OEP汽車動力控制開放式試驗平臺硬件控制單元(ECU)。

　　汽車動力系統(tǒng)、底盤系統(tǒng)、車體以及安全系統(tǒng)等逐漸從傳統(tǒng)的機械、液壓結(jié)構(gòu)向電子結(jié)構(gòu)以及智能化控制演變。在制動、駕駛、懸掛、助力、車身等控制方面都借助電子化的手段提高性能。GPS全球衛(wèi)星定位導(dǎo)航、穩(wěn)定管理、電制動、自動駕駛以及防撞車、語音識別、網(wǎng)絡(luò)化、夜間辨別加強等系統(tǒng)都在積極的開發(fā)應(yīng)用當(dāng)中。另外，通過內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)將各個獨立功能的子系統(tǒng)連接形成實時的資源共享，使系統(tǒng)集成化、智能化。例如，底盤穩(wěn)定控制系統(tǒng)：通過對制動、駕駛和懸掛系統(tǒng)信息的獲得而得以優(yōu)化。

　　4、MPC555應(yīng)用發(fā)展前景

　　MPC555嵌入式系統(tǒng)在汽車行業(yè)有著廣闊的應(yīng)用前景。隨著我國國民經(jīng)濟的飛速發(fā)展，人民生活水平的提高，汽車有望成為居民新的消費熱點以及國民經(jīng)濟新的增長點。隨著中國加入WTO, 競爭也越來越激烈。正像BMW 總裁Helmut Panke所說的，未來的發(fā)展趨勢將是 “from the sheet metal to software”。傳統(tǒng)汽車制造業(yè)必然要與信息、計算、電子技術(shù)相結(jié)合，汽車生產(chǎn)企業(yè)與IT行業(yè)的合作關(guān)系將越來越緊密。先進的方法和手段將不斷應(yīng)用到產(chǎn)品的開發(fā)與生產(chǎn)當(dāng)中。MPC555在汽車電子領(lǐng)域的應(yīng)用將不斷得到提升。我們有必要加大開發(fā)MPC555嵌入式計算機控制系統(tǒng)的應(yīng)用，推進我國汽車電子行業(yè)的發(fā)展。