|
作者Edwin Romero 控制器局域網（CAN）協(xié)議是在20世紀80年代中期專為汽車行業(yè)設計的一種規(guī)范，可在日益增長的互聯(lián)應用中減少數據傳輸的布線復雜性（重量、數量和成本）。 CAN的優(yōu)勢也被其他市場（包括工廠自動化和醫(yī)療應用）接受和吸納，這使其應用范圍更加廣泛，全球每年交付的CAN節(jié)點超過10億個。同樣，每年交付的8位單片機（MCU）也超過10億個。如今，雖然這些統(tǒng)計數據有部分重疊，但今后仍會有大幅增長。 CAN繼續(xù)滿足汽車制造商的需求 傳統(tǒng)的CAN通信以事件為基礎，允許單片機和專用集成電路（ASICS）在應用中直接相互通信，無需主機。CAN經過半導體公司集成后極大降低了成本，并且能夠與更多汽車系統(tǒng)兼容。自2000年初以來，8位MCU也引入了CAN協(xié)議。最近，2015年最先推出的8位MCU設計方案使用獨立于內核的外設（CIP），全新的8位MCU系列能夠解決CAN應用中的許多系統(tǒng)問題。 除了成本效益高之外，CAN的成功還可以歸功于： 穩(wěn)健性 可靠的數據傳輸 易于實現(xiàn) 毫無疑問，除了成本效益極高之外，8位MCU還具有上述優(yōu)勢。因此，8位MCU和CAN是用于滿足汽車網絡需求的完美組合。 多年來的實踐足以證明CAN能夠滿足各種控制系統(tǒng)的需求。隨著汽車網絡需要的各種屬性不斷增加，包括時間觸發(fā)、容錯和單線實現(xiàn)以及具有靈活數據傳輸速率的CAN（CAN FD），CAN規(guī)范也得到擴展。表1顯示的是自30多年前首次推出以來CAN發(fā)生的諸多變化。 表1.用于滿足不同汽車需求的CAN版本
為了將傳感器和執(zhí)行器聯(lián)網以提高系統(tǒng)舒適度，汽車工程師使用局域互連網絡（LIN）協(xié)議來降低成本。但是，LIN是單線主從式網絡，需要對使用CAN的硬件和軟件進行更改。使用CAN的最新汽車應用包括門禁控制、電池充電/電池管理和診斷設備。為了實現(xiàn)全部的車輛要求，尤其是需要從另一個CAN控制系統(tǒng)訪問數據的車輛要求，需要使用8位MCU/CAN。圖1顯示的是將8位MCU/CAN節(jié)點輕松添加到現(xiàn)有CAN總線的示例。 
圖1.不同的CAN實現(xiàn)可以共存，這增加了CAN總線的靈活性 使用支持CAN的8位MCU滿足低成本網絡需求 連接到CAN總線是系統(tǒng)設計人員需要實現(xiàn)的最低功能，通過增加專門用于滿足其他系統(tǒng)要求的外設，簡化設計人員的任務。這些系統(tǒng)任務包括感測一個或兩個用于控制目的的參數、移動電機或激活電磁線圈或者提供其他功能。 使用CIP方法可以降低軟件的復雜程度，并以較低的時鐘速度提供更快的響應時間，同時降低功耗。Microchip PIC18 K83系列中豐富的CIP系統(tǒng)類別包括： • 智能模擬（包括傳感器接口） • 波形控制 • 時序和測量 • 邏輯和數學 • 安全和監(jiān)視 • 通信 • 低功耗和系統(tǒng)靈活性 在這些類別中，具體外設包括： • 帶有存儲器掃描的循環(huán)冗余校驗（CRC），用于確保非易失性存儲器的完整性 • 直接存儲器訪問（DMA），用于在沒有CPU參與的情況下進行存儲器和外設之間的數據傳輸 • 窗口看門狗定時器（WWDT），用于觸發(fā)系統(tǒng)復位 • 帶計算功能的12位模數轉換器（ADC2），可自動進行模擬信號分析，從而實現(xiàn)實時系統(tǒng)響應 • 互補波形發(fā)生器（CWG），用于使能電機控制的高效同步開關 除了使用CAN 2.0B外，集成CAN控制器還能夠完全兼容以前版本的CAN模塊（CAN 1.2和CAN 2.0A）。該產品的功能包括存儲器訪問分區(qū)（MAP），用于在數據保護和自舉程序應用中為設計人員提供支持。器件信息區(qū)（DIA），用于為工廠編程的器件ID和外設校準值提供專用存儲空間。 由于CAN節(jié)點的主要目標是通信，因此8位MCU改進了串行通信，包括支持異步通信和LIN協(xié)議的UART以及更高速的獨立I2C和SPI串行通信接口。表2顯示了15個CIP以及它們滿足具體系統(tǒng)需求的方式。 表2. PIC18 K83系列中獨立于內核的外設可滿足多種系統(tǒng)需求
過去并沒有考慮過在8位MCU中實施這些片上結構，而正是由于這些結構，現(xiàn)在的8位MCU的性能與許多設計人員的期望完全不同，提供的功能遠遠超過十年前設計的MCU。 8位MCU的編程方式非常簡單，與CAN和CIP結合使用時甚至更加容易。當這些8位MCU能夠提供足夠的處理能力時，特別是針對遠程節(jié)點的處理能力，便能夠替代更昂貴且更難編程的16位MCU。而CIP可以提供更多處理能力，實現(xiàn)更多8位MCU選項。 可靈活配置的片上硬件模塊能夠更高效更確定地處理重復嵌入。事實上，由于CAN的確定性，如果MCU陷入循環(huán)，使用CIP的CAN仍然可以在內核之外繼續(xù)運行。 借助最新的8位MCU/CAN + CIP和LIN，網絡設計人員現(xiàn)在可以為CAN和LIN通信提供更多靈活性和選擇。實際上，一些典型的8位MCU LIN應用現(xiàn)在是潛在的CAN應用。例如，如果模塊需要了解網絡上的其他數據（如車輛速度），CAN可能是更好的選擇，或者至少是LIN的備選方案。這對于擋風玻璃雨刮非常有用，可以根據車輛的速度改變雨刷速度，而無需CAN到LIN的網關。另外，如圖2所示，使用系統(tǒng)級CIP可以少用一兩個額外的ASIC。 多年來，汽車中一直使用相同的PWM和互補波形發(fā)生器CIP生成相當復雜的多色LED氣氛照明。由于MCU沒有應用CAN功能，這些驅動程序會連接到LIN總線。將該功能與支持CAN功能的高性價比8位MCU相結合，可為設計提供更高的靈活性和簡化的備用方法。 雖然市面上大多數8位MCU都嚴重依賴內核來處理外設功能，但CIP可實現(xiàn)其他系統(tǒng)設計可能性，不會對CPU造成明顯負擔，這包括：各種傳感器的高精度接口、高功率LED驅動器和/或相當復雜的電機控制水平。 可以使用各種開發(fā)工具確定這些和其他可能性中的哪一種適合特定網絡。例如，MPLAB代碼配置器（MCC）是一款免費的軟件插件，可提供圖形界面來配置特定于應用的外設和功能。借助該工具，系統(tǒng)設計工程師在完成特定任務時可以輕松配置基于硬件的外設，而不必編寫和驗證整個軟件程序。 樹立自信的態(tài)度 對于汽車和工業(yè)應用中的總線架構，系統(tǒng)設計人員肯定有多種選擇。作為一種廣受認可的總線，當需要為現(xiàn)有網絡增加檢測和/或控制功能時，具有附加功能來滿足不同系統(tǒng)需求的MCU使CAN成為一種出色的選擇。憑借其獨立于內核的外設，8位MCU/CAN系列可將CAN擴展到網絡上更具成本效益的節(jié)點中。 新型8位MCU/CAN + CIP為新興汽車網絡應用提供了靈活、經濟高效、簡單而可靠的數據傳輸以及訪問控制、電池充電/電池管理和診斷設備所需的更高性能和系統(tǒng)支持。 參考資料 1. PIC18 K83產品系列：http://www.microchip.com/promo/pic18f-k83 2. MPLAB代碼配置器（MCC）：http://www.microchip.com/mplab/mplab-code-configurator | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
