Freescale的S12系列16位MCU在車身控制系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛，用于車身控制器BCM,、門鎖模塊,、RKE接收器、智能執(zhí)行器,、燈光模塊等車身ECU中,。在某整車廠開(kāi)發(fā)的車身控制模塊中，采用MC9S12XS128做為中央處理器,，實(shí)現(xiàn)了車身控制的大部分功能,，包括門鎖控制、燈光控制,、雨刷控制,、車窗控制和防盜報(bào)警，還實(shí)現(xiàn)了CAN／LIN網(wǎng)關(guān)功能，通過(guò)CAN總線接收車速和碰撞信號(hào),，從而實(shí)現(xiàn)安全駕駛和緊急操作,，通過(guò)LIN總線接收來(lái)自雨量傳感器的信號(hào),，控制雨刷的快速,、慢速或間歇操作。下面從硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵技術(shù)方面介紹MC9S12XS128在BCM中的應(yīng)用,。
1 硬件設(shè)計(jì)
1.1 MC9S12XS128簡(jiǎn)介
MC9S12XS128是一款針對(duì)汽車電子市場(chǎng)的高性能16位單片機(jī),，具有速度快、功能強(qiáng),、成本低,、功耗低等特點(diǎn)。其芯片資源及特性如下：
1）總線速度高達(dá)40 MHz,；
2）128 KB程序Flash和8 KB DataFlash,，用于實(shí)現(xiàn)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，均帶有錯(cuò)誤校正碼（ECC）,；
3）可配置8位,、10位或12位ADC，3μs的轉(zhuǎn)換時(shí)間,；
4）內(nèi)嵌MSCAN模塊用于CAN節(jié)點(diǎn)應(yīng)用,，內(nèi)嵌支持LIN協(xié)議的增強(qiáng)型SCI模塊及SPI模塊；
5）4通道16位計(jì)數(shù)器,；
6）出色的低功耗特性,，帶有中斷喚醒功能的10，實(shí)現(xiàn)喚醒休眠系統(tǒng)的功能,；
7）8通道PWM,，易于實(shí)現(xiàn)電機(jī)控制。
1.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
基于S12XS128實(shí)現(xiàn)的BCM硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示,。由圖可見(jiàn),，BCM硬件電路包括開(kāi)關(guān)信號(hào)檢測(cè)、CAN／LIN通訊,、負(fù)載控制及監(jiān)控幾部分,。其中開(kāi)關(guān)信號(hào)檢測(cè)通過(guò)多路開(kāi)關(guān)檢測(cè)芯片MC33993實(shí)現(xiàn)，LIN通訊通過(guò)UART模塊和LIN總線物理層收發(fā)器TJA1021共同實(shí)現(xiàn),，CAN通訊通過(guò)CAN模塊和CAN總線物理層收發(fā)器TJA1055共同實(shí)現(xiàn),，負(fù)載控制通過(guò)智能功率器件實(shí)現(xiàn)，智能功率器件除了實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)載的功率驅(qū)動(dòng),，還可以提供鏡像工作電流,，這樣通過(guò)對(duì)其鏡像工作電流取樣ADC轉(zhuǎn)換便可以監(jiān)測(cè)負(fù)載的工作狀況。
圖1 基于S12XS128實(shí)現(xiàn)的BCM硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
1.3 開(kāi)關(guān)信號(hào)檢測(cè)
在BCM的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)中,，由開(kāi)關(guān)狀態(tài)及其狀態(tài)變化觸發(fā)對(duì)控制負(fù)載的控制是最常見(jiàn)也是最重要的一種控制方式,，由于開(kāi)關(guān)信號(hào)繁多,，而且BCM的控制負(fù)載多采用10的方式進(jìn)行控制，這樣在XS128的IO引腳有限的情況下,，怎樣完成對(duì)多個(gè)開(kāi)關(guān)狀態(tài)的監(jiān)測(cè)成為設(shè)計(jì)中的一大挑戰(zhàn),。同時(shí)對(duì)于電池供電的汽車電子應(yīng)用而言，BCM本身有低功耗的需求,，當(dāng)滿足低功耗條件時(shí),，進(jìn)入低功耗模式，系統(tǒng)關(guān)斷不必要的模塊,，降低功耗,；當(dāng)若干特定開(kāi)關(guān)的狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，系統(tǒng)需要啟動(dòng)相關(guān)模塊,，進(jìn)入正常工作模式,，這樣不僅要實(shí)現(xiàn)正常工作模式下的開(kāi)關(guān)狀態(tài)采集及其狀態(tài)變化的捕捉，還需要實(shí)現(xiàn)低功耗模式下的喚醒功能,。
對(duì)部分開(kāi)關(guān)信號(hào)采用分立的方式進(jìn)行采集,，其余則采用Freescale可編程多路開(kāi)關(guān)檢測(cè)接口芯片MC33993實(shí)現(xiàn)，其硬件電路如圖2所示,。
圖2 硬件電路圖
MC33993通過(guò)SPI和處理器通信,，可檢測(cè)22路開(kāi)關(guān)量輸入信號(hào)，并可以設(shè)置哪些開(kāi)關(guān)通道可以觸發(fā)中斷,。首先XS128通過(guò)SPI向MC33993發(fā)送控制命令字,，進(jìn)行初始化設(shè)置，設(shè)定MC33993的工作方式,，并使能那些中斷喚醒的開(kāi)關(guān)通道的可觸發(fā)中斷功能,。在正常工作模式下XS128通過(guò)SPI接口周期讀取MC33993的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，在低功耗模式下可觸發(fā)中斷的開(kāi)關(guān)通道狀態(tài)發(fā)生變化時(shí),，便可以喚醒XS128,，進(jìn)入正常工作模式。
2 軟件設(shè)計(jì)
2.1 軟件流程設(shè)計(jì)
BCM的軟件設(shè)計(jì)采用初始化+循環(huán)體的軟件結(jié)構(gòu),，軟件流程圖如圖3所示,。首先進(jìn)行全局變量和所用外設(shè)（包括IO、ADC,、SPI,、PWM、TIME-R,、SCI）的初始化,，然后在循環(huán)體內(nèi)依次進(jìn)行開(kāi)關(guān)信號(hào)檢測(cè)、LIN通信、RKE通信以及負(fù)載控制,。對(duì)負(fù)載控制邏輯而言,，開(kāi)關(guān)信號(hào)、LIN信號(hào)和RKE信號(hào)都是觸發(fā)其控制操作的輸入信號(hào),，而且由于需要把若干開(kāi)關(guān)信號(hào)填充到LIN幀中,，所以把負(fù)載控制放在循環(huán)體的最后，各軟件模塊次序如圖3所示,。
圖3 軟件流程圖
2.2 開(kāi)關(guān)信號(hào)檢測(cè)軟件設(shè)計(jì)
在BCM的開(kāi)關(guān)控制邏輯中,，開(kāi)關(guān)信號(hào)的狀態(tài)及其變化經(jīng)常作為某個(gè)控制邏輯的背景條件和激勵(lì)信號(hào)，所以在程序設(shè)計(jì)時(shí),，對(duì)單個(gè)物理開(kāi)關(guān)信號(hào)需要確定其當(dāng)前狀態(tài)及狀態(tài)跳變（包括開(kāi)關(guān)閉合到斷開(kāi)和開(kāi)關(guān)斷開(kāi)到閉合的變化）。由于BCM需要采集的開(kāi)關(guān)信號(hào)比較多,，為了程序的簡(jiǎn)潔和邏輯的清晰,，定義一個(gè)結(jié)構(gòu)體將各路開(kāi)關(guān)信號(hào)統(tǒng)一起來(lái)，利用結(jié)構(gòu)體的位變量特性節(jié)約變量空間,，利用結(jié)構(gòu)的統(tǒng)一性節(jié)約開(kāi)關(guān)信號(hào)檢測(cè)函數(shù)的代碼空間,。設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)體如下：
在上述結(jié)構(gòu)體中Switch表示開(kāi)關(guān)信號(hào)的當(dāng)前狀態(tài)，Swon_event和Swoff_event分別表示開(kāi)關(guān)從斷開(kāi)到閉合和從閉合到斷開(kāi)的變化,，CurSw和Detect_cnt用于開(kāi)關(guān)信號(hào)采集,、的軟件消抖功能。設(shè)計(jì)一10 ms的定時(shí)器,，周期讀取開(kāi)關(guān)當(dāng)前狀態(tài),，3次確認(rèn)以判斷Switch、Swon_event,、Swoff_event,。其代碼實(shí)現(xiàn)如下：
3 結(jié)束語(yǔ)
采用MC9S12XS128設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一款車身中央控制器BCM，從處理器特性,、硬件結(jié)構(gòu),、多路開(kāi)關(guān)擴(kuò)展及開(kāi)關(guān)信號(hào)檢測(cè)等方面描述了BCM的硬件設(shè)計(jì)，從軟件流程設(shè)計(jì),，開(kāi)關(guān)信號(hào)狀態(tài)監(jiān)測(cè)及變化捕捉的軟件實(shí)現(xiàn)上描述了BCM的軟件設(shè)計(jì),。該BCM經(jīng)裝車試驗(yàn)，運(yùn)行穩(wěn)定,，功能可靠,，已經(jīng)進(jìn)入小批量預(yù)生產(chǎn)階段，具有很高的實(shí)用價(jià)值,。