支援汽車設計的數位訊號控制器

■彈性化的中斷架構

DSC架構提供彈性極高的中斷架構。DSC通常支援大量可選擇且可設定優先權限的中斷資源與向量(這對于含有眾多感測器與制動啟的應用而言相當有利)。中斷的延遲都相當確定，鮮少會變化，有助于簡化系統研發業者的工作流程。

■執行階段的自我燒錄(RTSP)

大多數汽車應用系統都需求儲存一些常數，利用這些常數并根據環境狀況、轉換器之間的變化以及預先量測的偏移值，校正從感測器擷取到的資料。后置處理演算法也會使用許多常數，例如像濾波器的系數與各種預定系統特性，例如像活塞尺肌⒔氣/燃油比以及誤差門檻等。就資料記憶體的使用效率而言，將這類常數儲存在RAM是相當浪費的作法。DSC元件通常含有可燒錄的快閃記憶體以及快閃型資料EEPROM記憶體，能可靠且有效率的儲存或存取這類常數。在快閃型DSC中，使用者的程式甚至能根據環境、資料或運轉狀況，在執行階段修改這些常數。在許多系統中，可以使用像是控制器區域網路(CAN)這類序列通訊通道，協助系統運用Bootloader演算法來修改某段程式碼或常數。

■線上串列燒錄(ICSP)

快閃型DSC讓使用者能運用一種名為線上串列燒錄的技術，在現場升級產品的韌體。這項功能讓某些控制器能重復應用在不同的汽車子系統以及不同的運轉/環境條件，而且能修正軟體錯誤或校正感測器，或是在最小的成本與最低的延遲下進行功能升級。

■高解析度類比轉數位轉換器(ADC)

許多汽車子系統大量運用感測器，促使業者必須利用具備充裕速度與解析度的晶片內部ADC來量測幅度相當微小且快速變化的流入數據。這對于封閉式路的運作而言尤其重要，例如像量測進氣歧管壓力的樣本，以研判點火火花的確切時間，藉以輸出至最佳的扭力。對于許多汽車功能而言，解析度低于12位元的ADC已不敷需求，若非線性錯誤率高于1 Least Significant Bit(LSB)，這種ADC也不適用。在某些子系統中，裱的速度是主要的考量因素，尤其是像安全氣囊控制這類攸關安全的功能。在其他方面，最重要的考量因素可能是同時量測不同數據的能力。例如，主動式氣壓懸吊系統就需要同時擷取汽車速度、加速度、相對車體/輪胎動態與方向盤的轉動角度等數據。根據模組所需的ADC功能，可視狀況使用適合的DSC元件。

■脈沖寬度調變(PWM)

汽車系統中使用許多閥門與制動器都是由可調整的作業L期脈沖所控制。兩項PWM控制功能的常見實例包括燃油噴射閥門，會在脈沖期間開啟，藉此控制注入氣缸的燃油量;另一項則是點火火花產生器，在脈沖下降至低電壓階段就會產生火花。DSC能自動產生特定波長與極性的PWM訊號。像是動力方向盤、自動變速箱以及空調等子系統，都涉及到精密的馬達控制演算法。某些DSC結合完備的晶片內部L邊元件來支援各種先進PWM演算法。

■相位差編碼器介面(QEI)

精準迅速的量測速度與位置(包括車輛與內部各種機械元件)，是以電子元件有效控制汽車運轉的關鍵。例如像防撞系統就需要量測速度與加速度。相位差編碼器(例如像Optical Encoders)經常是這類功能的理想感測器。有些DSC含有一個內部相位差編碼器介面，能在最少的軟體資源使用率下針對相位差編碼器所產生的訊號快速解碼。

■控制器區域網路(CAN)

一部汽車中含有大量的處理器執行各式各樣的功能，不同的子系統之間必須迅速且可靠的相互通訊，以便分享感測器與控制方面的資訊。各模組之間的通訊除了進行系統層級的監控與偵測外，同時也讓系統不必配置多個偵測器來量測相同的數據。例如在電池監控的功能中，MCU不僅要時常量測電池電壓，亦須傳送開啟或關閉的控制訊號到其他模組，以達到最佳化的電池使用效率，讓汽車順利發動。在汽車網路方面，CANR流排標準在各種通訊標準中子邢嗟敝匾的地位。許多DSC內含一或多種晶片內建CAN控制器，吸引許多業者將它們應用在汽車的設計。更高階通訊協定的軟體支援(例如像遵循OSEK標準的即時作業系統以及CAN應用層的建置)，針對在汽車網路中使用DSC的業者提供更多的功能。

圖二　顯示由CANR流排串連的汽車系統元件

一些典型應用

以下是數位訊號控制器在汽車方面的一些典型應用，雖然沒有完整列出，但可以說明DSC所支援的多元化汽車功能。

●電子動力方向盤;

●電子離合器與變速箱控制;

●晃動與穩定控制;

●座艙噪音消除;

●先進電池監控系統;

●安全氣囊控制;

●點火控制;

●乘客感測器;

●燃油壓力感測器;

●空調控制;

●引擎敲擊偵測;

●引擎熄火(misfire)偵測;

●調適性導航控制;

●燃料電池;

●車內娛樂;

●免持聽筒套件;

●免鑰匙生物辨識車鎖;

結論

汽車系統的需求日趨嚴苛，就功能、連結以及數學運算的需求而言，16位元數位訊號控制器在許多汽車子系統方面已成為理想的處理器架構。愈來愈多創新且強大的功能，包括新型的汽電混合與燃料電池技術，迅速引進至汽車設計領域。這促使業者需要DSC的性能以及多元化的特性。包括像OSEK、CAN-based通訊協定堆疊、TCP/IP以及預先封裝的DSP演算法，將進一步提N這類架構在各種汽車應用中的適用性。