MPC555微控制器與汽車電子

摘要：介紹32位微控制器MPC555及其應(yīng)用開發(fā)系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)，并分析比較國內(nèi)外軟硬件集成開發(fā)平臺(tái)的應(yīng)用現(xiàn)狀。同時(shí)，對(duì)MPC555嵌入式系統(tǒng)在汽車電子領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行了總結(jié)和預(yù)測。

引言

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(shí)時(shí)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(qiáng)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 555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(jì)。該產(chǎn)品可在高速移動(dòng)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(jí)存儲(chǔ)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(chǔ)保護(hù)單元；

*448KB Flash EEPROM;

*26KB SRAM;

*雙時(shí)間處理單元（TPU3）；

*18通道模塊I/O系統(tǒng)（MIOS1）；

*雙隊(duì)列模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊（QADC）；

*雙CAN2.0B控制器模塊（TouCANs）；

*隊(duì)列串行多通道模塊（QSMCM）。

在設(shè)計(jì)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(chǔ)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-NumSolution、dSPACE等開發(fā)出MPC555應(yīng)用板、I/O模塊、實(shí)時(shí)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(duì)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(jī)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(tái)及系統(tǒng)集成開發(fā)環(huán)境

針對(duì)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(qiáng)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(jì)、研發(fā)、測試、修正到最終批量生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)和周期。開發(fā)新產(chǎn)品的快慢往往與一個(gè)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�；�于模型設(shè)計(jì)（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(jìn)的開發(fā)手段被廣泛應(yīng)用。另外，嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（RTOS）對(duì)系統(tǒng)的安全運(yùn)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(tái)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(tái)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(jī)器源代碼；通過BDM接口將源代碼傳送到MPC555硬件平臺(tái)；實(shí)時(shí)調(diào)試運(yùn)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(jì)算公式、經(jīng)驗(yàn)公式等方式編制開發(fā)程序，由系統(tǒng)自動(dòng)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(shí)時(shí)調(diào)試運(yùn)行成功后被裝入MPC555硬件平臺(tái)。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(shí)時(shí)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(jī)監(jiān)控下和脫離上位機(jī)兩種環(huán)境下運(yùn)行驗(yàn)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(shí)時(shí)性，系統(tǒng)具有HIL（Hardware-in-the-loop）、Bypass等硬件在環(huán)開發(fā)、實(shí)時(shí)嵌入加載等功能。模塊化的應(yīng)用程序可以實(shí)時(shí)在線導(dǎo)入導(dǎo)出而絲毫不影響系統(tǒng)的正常運(yùn)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(tái)。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(tái)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(shí)時(shí)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(tái)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(jì)算機(jī)控制軟件開發(fā)日益龐大的特點(diǎn)；實(shí)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(shí)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(duì)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(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。OSEK規(guī)范從實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)和軟件的開發(fā)平臺(tái)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，在國際車電子領(lǐng)域的影響力日益增強(qiáng)。

在國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)算（863計(jì)劃）電動(dòng)汽車重大專項(xiàng)課題“燃料電池客車多能源動(dòng)力總成控制器軟硬件平臺(tái)”中，北京西曼自動(dòng)化技術(shù)有限公司配合課題承擔(dān)方——清華大學(xué)計(jì)算機(jī)系智能技術(shù)與系統(tǒng)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，積極開發(fā)基于MPC500系列新一代汽車電子ECU軟硬件平臺(tái)以及集成開發(fā)環(huán)境，包括：MPC555評(píng)估板MPC565單板系統(tǒng)、OSEKLinux實(shí)時(shí)

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