MPC555微控制器及其在汽车电子领域的应用

作者：丁志盛 孙晓民

欢迎访问e展厅 展厅 4 伺服与运动控制展厅 电机驱动器, 伺服电机, 伺服控制系统, 数控系统, ... MPC555微控制器是Motorola PowerPC 500系列的代表产品，专为汽车电子、航空航天、智能系统等高端嵌入式控制系统而设计。该产品可在高速移动、苛刻的环境下工作（工作温度-40～125℃）, 性能优良并具有高度的灵活性和可靠性，适合大批量低成本生产。 MPC555主要有以下功能模块： ● 主频40MHz的精简指令集CPU（RCPU） ● 四级存储器控制器 ● U-Bus系统接口单元（USIU） ● 灵活的指令和数据存储保护单元 ● 448K字节Flash EEPROM ● 26K字节SRAM ● 双时间处理单元（TPU3） ● 18通道模块I/O系统（MIOS1） ● 双队列模数转换模块（QADC） ● 双CAN2.0B控制器模块（TouCANs） ● 队列串行多通道模块（QSMCM） 在设计、开发和应用MPC555微控制器的过程中，各厂商采取合作、联合推广等方式积极引导开发应用产品市场。MPC555微控制器采用了IBM 微控制器的芯片结构技术，AMD闪存存储器技术。专业化嵌入式软硬件开发公司：ETAS、Pi-Technology、Axiom、ADI、Opti-Num Solution、dSPACE等开发出MPC555应用板、I/O模块、实时操作系统、集成开发工具、应用软件等嵌入式软硬件系统与集成开发环境。汽车电子产品开发商BOSCH、德尔福等开发出相应的汽车电子应用产品，从而形成了对MPC555专业化分工、联合开发的产品链方式。这种产业/产品链的开发机制已成为高科技领域成功的发展模式。 软硬件平台及集成开发环境 一套完备的MPC555开发应用系统主要由软硬件平台和集成开发环境组成。针对目标系统，首先要选定与应用产品所处环境和功能参数相匹配的微控制器作为核心控制系统。 伴随着市场竞争越来越激烈，要求快速、灵活开发应用产品，尽量减少和缩短从决策、设计、研发、测试、修正到最终批量生产的各个环节和周期。开发新产品的快慢往往与一个企业的生存紧密相连。为了适应这一要求，近几年，集成开发环境（IDE）技术越来越受到重视。基于模型设计、简化软件编程、软硬件一体化、快速原型建立目标系统、应用程序模块化等先进的开发手段已被广泛应用。另外，嵌入式实时操作系统（RTOS）对系统的安全运行、管理应用系统程序、系统的兼容通用性也至关重要。 集成开发环境的功能包括：提供控制操作界面；通过BDM接口浏览MPC555硬件平台状态和信息；建立控制模型；模拟仿真应用系统控制算法；与编译器连接将控制模型或C语言程序生成MPC555机器源代码；通过BDM 接口将源代码传送到MPC555硬件平台；实时调试运行应用程序等。这种开发模式方便、快捷。采用友好界面连接形象化模型框图、输入计算公式、经验公式等方式编制开发程序，由系统自动将其编译成目标代码。在应用程序经过反复模拟仿真、实时调试运行成功后被装入MPC555硬件平台。 MPC555系统配有各类应用I/O模块与通信接口并装有一套实时操作系统。在操作系统的管理下，开发的应用程序在上位机监控下和脱离上位机两种环境下运行验证。一些特定、重复任务的应用程序被生成模块化的库文件已备调用。为了提高开发系统的实时性，系统具有HIL（Hardware-in-the-loop）、Bypass等硬件在环开发、实时嵌入加载等功能。模块化的应用程序可以实时在线导入导出而丝毫不影响系统的正常运行。 在硬件方面，MPC555微控制器是理想的汽车电子产品嵌入式硬件系统平台。上表列出了国内外专业公司开发的MPC555开发板的情况比较。 在集成开发环境方面，各开发系统普遍采用MathWorks 公司的MATLAB 系列软件产品Simulink、 Stateflow等，用于模拟仿真、建立模型，再与相应的交叉编译器、控制界面连接程序与硬件平台相连构成完整的开发系统。在MPC555应用领域比较有代表性的产品有ETAS 公司的开发工具ASCET-SD，符合OSEK标准的实时操作系统OSEKWorks，调试工具LabCar和相应MPC555的硬件开发板；ADI公司的嵌入式系统的快速原型SIMsystem，开发平台BEACON以及Axiom、 Pi-technology 所生产的MPC555硬件开发系列产品等。 在汽车电子领域，CAN总线通信标准在物理、数据链层面定义了有关通信技术规范。OSEK技术规范是针对符合汽车电子开放式系统及其接口的软件规范所研发的嵌入式实时操作系统，OSEK规范从实时操作系统、软件的开发平台作了全面的定义与规定。该规范最先由德、法两国汽车行业所倡导并日趋完善。它所提出的一整套解决方案代表了未来汽车电子软件行业的发展方向，在国际汽车电子领域的影响力日益增强。 广泛的应用 汽车工业是使用微控制器最多的工业，一辆现代汽车使用微控制器最多达到上百个微控制器。汽车电子系统占整车成本的比例在20世纪90年代末已超过了30％，现在还在继续上升。以32位嵌入式微控制器为基本技术特征的新一代电控单元（ECU）已成为汽车电子领域的主流。 MPC555在推出不久便于1999年获得国际PACE汽车创新产品优秀奖，并在嵌入式计算机控制领域，特别是在汽车电子应用领域迅速发展。由于其优良的性能和强大的市场推广力度，MPC555在各个层次，从高科技研发项目、终端用户（汽车制造厂家）到各专业软硬件开发商都受到高度重视并积极应用，并已成为目前国际汽车电子系统广泛采用的新一代芯片。2000年，MPC500系列产品在汽车行业的年销售额达10亿美元之多（据Motorola报道）。国外的汽车电子工业已形成了从半导体硬件到软件、从部件开发到系统集成应用的一整套开发和生产体系。围绕着汽车制造商，已形成了专业化提供全套应用系统的各类供应商：从硬件设计到软件开发以及各种专用控制原型的提供、各种先进开发工具的配用。 MPC555微控制器在汽车电子领域的应用范例： ● BMW 的 Valvetronic 电子阀门系统为目前国际最先进动力控制系统技术（其三种车型已在道路上运行） ● Ford 的Taurus 动力控制系统 ● 由BMW 联合Motorola 等开发的Byteflight数据传送系统（用于安全气囊） ● Siemens VDO 汽车动力管理一体化系统 ● Ford 采用MPC500系列为Lincoln LS luxury sedans开发的动力控制系统 ● Ford 采用MPC500系列为Jaguar S-Type Sedans 车型的点火、喷油、排气控制 ● 韩国现代公司最新燃料电池轿车SANTA FE FCEV （EVS19展出的）的总成控制 ● MoBIES 项目OEP汽车动力控制开放式试验平台硬件控制单元（ECU） 汽车动力系统、底盘系统、车体以及安全系统等逐渐从传统的机械、液压结构向电子结构以及智能化控制演变，在制动、驾驶、悬挂、助力、车身等控制方面都借助电子化的手段提高性能。GPS全球卫星定位导航系统、稳定管理、电制动、自动驾驶系统以及防撞车、语音识别、网络化、夜间辨别加强等系统都在积极地开发应用当中。另外，通过内部网络将各个独立功能的子系统连接形成实时的资源共享，使系统集成化、智能化，例如，底盘稳定控制系统通过对制动、驾驶和悬挂系统信息的获得而得以优化。 未来的技术开发重点 汽车电子技术的发展为提高整车性能起到了关键性的作用。随着汽车电子化发展的深入，32位微控制器将逐渐取代8位、16位微控制器而成为主流应用产品。未来应重视以下领域的技术开发： ● 软件：标准的I/O驱动模块、实时多任务操作系统、高级语言控制编程、基于模型的算法设计、自动代码生成、虚拟仿真测试。 ● 硬件：提供完整的与软件系统一体化的硬件开发平台。灵活多功能的快速原型，硬件在环仿真HIL（Hardware-in-the-Loop）Simulation，Bypass方法的应用等。 ● 快速原型建立软硬件一体化应用系统：采用快速原型建立目标系统：基于模型设计建立控制算法；模拟系统动态测试验证控制算法；模型实时检验；系统联机测试、检验、调试、修改；自动生成源代码、在线调试标定。 ● 标准化：汽车电子正处于全面发展时期，相关技术的标准也处于建立、完善的阶段。有关通信、网络规范、实时操作系统规范OSEK等技术规范日趋成熟。这类规范与针对性硬件系统互相渗透、互相依赖，成为一体。各大汽车公司联盟争先开发、建立不同的标准体系，以便在汽车电子竞争中抢得先机。 汽车工业的发展围绕安全、节能、环保、舒适、方便的主题为消费者提供高质量、安全可靠、多功能低价位的创新产品。为了适应这一特点，汽车行业以及IT行业的企业越来越认同联合开发的方式，并着重在制定标准、统一开发模式方面加大力度。(end)

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