當(dāng)我們打算把一個16位的微控制器(mcu)升級到32位的時候，通常要考慮多方面的設(shè)計問題。本文以汽車引擎控制單元(ecu)為例，概要介紹了對這些問題的處理方法。

    在過去的二十年當(dāng)中，隨著交通工具復(fù)雜性的日益增加，工程師已將ecu從8位mcu升級為16位以上的器件。目前，這樣一個高度集成的32位risc mcu就是瑞薩公司的sh7058,它是一種具有1mb片上閃存和48kb ram組成的80mhz的mcu。由于存在多種系統(tǒng)需求，如控制擴(kuò)展級輸入/輸出(i/o)、借助于安全性高的通訊鏈接(如can和flexray)與其它的車載系統(tǒng)進(jìn)行通訊以及具有浮點精度的處理算法,當(dāng)今的ecu采用高速32位mcu就是必不可少的配置。

    除了帶來新的性能優(yōu)勢之外，最新的32位mcu減少了電路板設(shè)計的復(fù)雜性，節(jié)省了整體pcb空間，降低了系統(tǒng)的功耗要求，并且減少了電噪音和抵抗電磁干擾(emi)的能力。通常，每一個ecu的制造成本約70到100美元不等，以這一成本計算，一個mcu就占到了總成本的15%-20%。

    采用32位mcu 的系統(tǒng)通常非常復(fù)雜，并且一般需要花2到4年的時間才能完成一個ecu項目，設(shè)計團(tuán)隊通常由1-2個硬件工程師和4-5個軟件工程師組成。為取得理想進(jìn)度，所有的里程碑及需要的資源必須加以正確識別。此外，從概念定義到生產(chǎn)的設(shè)計流程必須與開始相一致。

    項目計劃應(yīng)確定設(shè)計環(huán)境，尤其是開發(fā)工具，并且要考慮測試和調(diào)試規(guī)劃。圖1以圖解形式說明了一個假想的ecu系統(tǒng)圖。

    系統(tǒng)劃分

    在項目開發(fā)早期階段，主要目標(biāo)是確定用硬件實現(xiàn)什么功能，而用軟件要實現(xiàn)什么功能。這一決定將受工程預(yù)算、元件成本、pcb空間和任務(wù)期限這些因素的影響，因而需要權(quán)衡決定。在ecu設(shè)計當(dāng)中，需要運用大量的算法建模和系統(tǒng)仿真以解決設(shè)計劃分的優(yōu)化問題。目前，有一些供應(yīng)商提供解決設(shè)計劃分問題的方案。

    圖1：采用了32位mcu-sh7058的引擎管理系統(tǒng)。

    軟件問題

    開發(fā)32位系統(tǒng)的時候，軟件工程師必須考慮采用什么辦法去許多問題。在ecu應(yīng)用中，如果從以前的設(shè)計中所得的經(jīng)驗證的代碼能夠被重新使用，就會節(jié)省時間，工作量也會減少。大部分的嵌入式設(shè)計要用用到c語言，因而代碼可重用的比例很高。

    但是，移接原有的代碼需要改變外圍驅(qū)動器和代碼區(qū)段，該區(qū)段顯示了與mcu設(shè)計之間具有特定關(guān)系的項目。我們推薦使用像iar's makeapp這樣能節(jié)省數(shù)小時設(shè)計時間的器件驅(qū)動程序代碼生成工具。

    與代碼開發(fā)工作項目相關(guān)的其它重要的問題也不可被忽視：

    * 實時操作系統(tǒng)選擇：已有很多論文和文章就如何選取擇實時操作系統(tǒng)給出了建議。對于ecu設(shè)計，osek已經(jīng)逐漸演變?yōu)樾袠I(yè)標(biāo)準(zhǔn)rtos，可從許多的供應(yīng)商那里買到這種具有確定性、魯棒性、高效率和穩(wěn)定的解決方案。

    * 調(diào)試模式：軟件工程師應(yīng)當(dāng)在項目進(jìn)入集成階段的時候，確信自身具備足夠的查錯及排障的能力，盡管代碼模擬器相當(dāng)可靠，但集成問題還是存在的。這時候要怎么辦？答案各有不同。以ecu設(shè)計為例，一個全速傳統(tǒng)的在線仿真器(ice)的價格昂貴(12,000美元)，它不僅在引擎隔倉中應(yīng)用在線仿真的難度很大，而且不能用于解決棘手的時序問題。

    相比之下，片上調(diào)試(jtag型) 仿真器是經(jīng)濟(jì)的($1,000) ，并且較易于連接到系統(tǒng)上。舉個例子，renesas' e10a,是一種jtag-兼容硬件調(diào)試器，該種調(diào)試器可使工程師詢問并控制寄存器集以及某個超高整處理器的ram存儲器。此外，要提高ecu代碼的精度，軟件工程師要能利用某種aud(高級用戶調(diào)試) 的特性，該aud會形成超高速cpu管線的特別的線跡。renesas sh7058 mcu系列中，mcu上的aud界面是雙向作用的，并且無須暫停cpu，也可使ram進(jìn)行存儲。

    硬件問題

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