智能化设计使得BCM能更有效、可靠地驱动负载

随着对更多功能及更高可靠性的需求持续增长，汽车电子的种类和复杂性也在迅速增加。汽车内有许多种电子子系统，比如底盘电子、驾驶员信息电子和车身电子。车身电子子系统提供座椅调节、车内照明和雨刷等功能。智能化设计使得车身控制模块(BCM)能更有效、可靠地驱动负载。
BCM是汽车内最重要的模块之一。BCM被用来控制不需专用控制器的常用“车身”功能，包括车窗、车镜、车门锁和车灯控制，以及接收发自车钥匙和胎压监测器信息的RF接收器等功能。此外，BCM还具有通过网络总线在不同模块间传输数据的网关作用。因为BCM连接多个汽车总线，所以它是为汽车增加新功能的理想平台。当汽车电子设计工程师想为汽车添加新的功能，但又没有太多时间、空间或预算来增加新模块时，他们常可通过为BCM编写新软件并借助其连网能力来实现这些功能。
显然，对BCM的需求因车而异，但一个应用趋势是开发一种可覆盖多种车型的单一模块，以便汽车制造厂降低开发和维护成本。对每种车型只需进行一些配置工作，就可在多个汽车平台上更迅速地部署该模块，从而缩短产品整体上市时间。
BCM的工作可大致分为两部分：控制部分，包括MCU、传感器输入和车内网络；电源部分，包括可提供大功率信号以驱动各种负载的功率器件。设计电源部分时需了解用于车身电子的各种负载特性。例如，LED因其低功耗、优异的鲁棒和可靠性，所以正迅速取代白炽灯。电子马达也用于实现升降车窗、改变座椅位置及调整车镜等机械功能。阻性元件则被用在座椅加热及后车窗除霜应用中。
将控制和电源电路整合到一个模块需要解决一些挑战。当BCM设计人员开始新设计时，他们必须考虑控制和电源部分的全部可能的器件选择，然后，在考虑了所有设计因素的情况下，决定如何将两者结合起来以最好地满足需求。设计人员在选择合适的器件组合时，必须考虑的设计因素主要有：功耗预算、散热、鲁棒性以及成本。例如，电源部分传统上一般只采用功率继电器，但最近的设计已显现出向固态方案转变的迹象。固态电子可提供更鲁棒的方案，以降低总体成本。此外，通过将这些固态器件与智能数字控制器结合起来，设计人员可实现以前不可能完成的诊断和故障防范保护功能。最终，设计人员的目标是生成一种具有成本效益、能完全满足应用需要并具有高可靠性以符合严苛汽车标准的BCM。
图1是基于NEC电子的32位MCU V850ES/Fx3的BCM原理框图，它给出了模块与传感器输、电源部分的连接。采用MCU的好处是能将控制问题分给硬件外设和软件算法来解决。与用硬件实现控制的方法相比，这种模块设计方法具有更多的灵活性。此外，采用MCU还能在系统内进行诊断(甚至实施自诊断)，从而使系统更鲁棒。

图1：基于32位MCU V850ES/Fx3的车身控制模块原理框图。
在实现车身模块的控制部分时，最关键的决策是选用一款带合适外设、可满足应用对性能和成本预算要求的MCU，比如NEC电子的V850ES/Fx3 MCU等方案。V850ES/Fx3基于V850 32位CPU内核，并针对汽车车身应用进行了优化。V850内核是为嵌入式系统设计的，它具有高性能处理能力、快速中断响应速度及高效数据传输能力等实时性能。该内核还包括一款专用的、为每一个中断源配备独立向量的中断控制器，从而可以快速响应各种请求。片上直接存储器访问(DMA)单元可对存储器和系统总线进行访问，可在无需CPU干预情况下进行数据传输。
特别是，V850ES/Fx3 MCU集成了多种车身模块特别需要的先进外设。例如，定时器对车身应用非常重要，它被用于调度任务、捕捉RF脉冲等外部信号，更重要的是它能生成控制车内LED等所需的脉宽调制(PWM)信号。V850ES/Fx3 MCU就能提供多个具有可编程能力、可运行多种模式的定时器宏，它还能同步各定时器以增加PWM能力。为满足OEM对网络不断增加的需要，该MCU系列集成了5条控制器局域网(CAN)通道，每个通道具有独立的信息缓存器和无需CPU干预就可以滤除信息的屏蔽寄存器。针对低速的局域互连网(LIN)应用，V850ES/Fx3 MCU支持8条LIN信道，并具有一个用硬件处理LIN协议的多LIN主控(MLM)单元，从而节省了CPU资源。该MCU具有多达40个模数转换通道来处理模拟信号，这些信道具有管脚诊断、自动放电及灵活的触发资源。

除对智能片上外设的需求外，嵌入式汽车电子中一个压倒性趋势是使用闪存。例如，V850ES/Fx3 MCU的代码闪存空间从6?kB到1MB，它还有其它的片上存储器可用作数据存储器来存储需耐久(high-endurance)的数据。
车身电子应用对MCU最苛刻的要求之一是在车不发动时MCU仍要保持工作。在此情况下，MCU必须支持待机模式，以可接收的功耗水平提供必需的功能。V850ES/Fx3 MCU拥有NEC电子的用于低功耗模式的MF2嵌入式闪存工艺技术，它能使MCU仅运行诸如内部时钟和系统所需的周期性定时器等必需的外设，此时耗电仅为10到15uA，从而可满足最苛刻的功耗要求。集高密度闪存与低漏电流逻辑双美与一身，在使整个MCU拥有出类拔萃性价比的同时还可降低功耗。