CAN滿足汽車資料傳輸需求
傳統的CAN通訊以事件為基礎，允許微控制器和專用積體電路(ASICs)在應用中直接相互通訊，採無主機設計。CAN經過半導體公司整合後，大規模地降低了成本，並且能夠與更多汽車系統相容。自2000年初以來，8位元MCU也導入了CAN協議。2015年最先推出的8位元MCU設計方案加入核心獨立周邊(CIP)，新問世的8位元MCU系列能夠解決CAN應用上許多系統的問題。
除了成本效益高之外，CAN的成功還可以歸功於其穩健性、可靠的資料傳輸，以及易於實現的特性。毫無疑問，除了成本效益極高之外，8位元MCU還具有上述優勢。因此，8位元MCU和CAN的優良組合，滿足汽車網路需求，也降低節點的成本。根據過去的經驗，CAN能夠滿足各種控制系統的需求。隨著汽車網路需要的各種屬性不斷增加，包括時間觸發、容錯和單線實現以及具有靈活資料傳輸速率的CAN(CAN FD)，CAN規範也得到擴展。表1所示為30多年前首次推出CAN以來所發生的諸多變化。
為了將感測器和致動器聯網以提高系統舒適度，汽車工程師使用區域互聯網路(LIN)協定來降低成本。但是，LIN是單線主從式網路，需要更改使用CAN的硬體和軟體。使用CAN的最新汽車應用包括門禁控制、電池充電/電池管理和診斷設備。為了滿足車輛全部的要求，尤其是從另一個CAN控制系統存取車輛資料的要求，通常就需要使用8位元MCU/CAN。圖1是將8位元MCU/CAN節點添加到現有CAN匯流排的範例。
8位元MCU實現低成本網路需求
連接到CAN匯流排是系統設計人員需要實現的最低功能，透過增加專門用於滿足其他系統要求的周邊，簡化設計人員的任務。這些系統任務包括感測一個或兩個用於控制目的的參數、馬達轉動的位移、啟動電磁線圈或者提供其他功能。
使用CIP方法可以降低軟體的複雜程度，並以較低的時脈速度提供更快的回應時間，同時降低功耗。在Microchip PIC18 K83系列中的CIP系統類別包括：
·智慧類比(包括感測器介面)
·波形控制
·時序和測量
·邏輯和數學
·安全和監視
·通訊
·低功耗和系統靈活性
在這些類別中，具體周邊包括：
·帶有記憶體掃描的迴圈冗餘校驗(CRC)，用於確保非揮發性記憶體的完整性。
·直接記憶體存取(DMA)，用於在沒有CPU參與的情況下進行記憶體和周邊之間的資料傳輸。
·視窗看門狗計時器(WWDT)，用於觸發系統重設。
·帶計算功能的12位元類比至數位轉換器(ADC2)，可自動進行類比訊號分析，進而實現即時系統回應。
·互補波形發生器(CWG)，用於達成馬達控制的高效同步開關。
除了使用CAN 2.0B外，整合CAN控制器還能夠完全相容以前版本的CAN模組(CAN 1.2和CAN 2.0A)。該產品的功能包括記憶體存取分區(MAP)，用於在資料保護和自我載入程式應用中為設計人員提供支援。元件資訊區(DIA)，則用於為工廠程式設計的元件ID和周邊校準值提供專用儲存空間。
由於CAN節點的主要目標是通訊，因此8位元MCU改進了串列通訊，包括支援非同步通訊和LIN協定的UART以及更高速的獨立I2C和SPI串列通訊介面。圖2顯示了15種CIP以及它們滿足具體系統需求的方式。過去並沒有考慮過在8位元MCU中實施這些on-chip結構，而正是由於這些結構，現在的8位元MCU的性能與許多設計人員的期望完全不同，所提供的功能遠遠超過十年前設計的MCU效能。
8位元MCU的程式設計方式非常簡單，與CAN和CIP結合使用時甚至更加容易。當這些8位元MCU能夠提供足夠的處理能力時，特別是針對遠端節點的處理能力，便能夠替代更昂貴且更難程式設計的16位元MCU。而CIP可以提供更多處理能力，實現更多8位元MCU選項。可靈活配置的on-chip硬體模組，能夠更高效更確定地處理重複嵌入。事實上，由於CAN具備良好的穩定性，如果MCU卡在迴圈的運作時，使用CIP的CAN仍然可以在核心之外繼續運行。
借助最新的8位元MCU/CAN+CIP和LIN，網路設計人員現在可以為CAN和LIN通訊提供更多靈活性和選擇。實際上，一些典型的8位元MCU LIN應用現在是潛在的CAN應用。例如，如果模組需要瞭解網路上的其他資料(如車輛速度)，CAN可能是更好的選擇，或者至少是LIN的備選方案。模組所蒐集到的數據對於擋風玻璃雨刷非常有用，可以協助系統根據車輛的速度改變雨刷速度，而無需CAN到LIN的閘道。另外，如圖2所示，使用系統級CIP可以少用一、兩個額外的ASIC。
多年來，汽車中一直使用相同的PWM和互補波形發生器CIP產生相當複雜的多色LED氣氛照明。由於MCU沒有應用CAN功能，這些驅動程式會連接到LIN匯流排。而目前將該功能與支援CAN功能的高性價比8位元MCU相結合，可為設計提供更高的靈活性和簡化的備用方法。
雖然市面上大多數8位元MCU都嚴重的依賴核心來處理周邊功能，但CIP可實現其他系統設計的可能性，不會對CPU造成明顯負擔，包括各種感測器的高精度介面、高功率LED驅動器和/或相當複雜的馬達控制水準。
使用者可以測試各種開發工具，確定哪些工具和其他可能性中的哪一種適合特定網路。例如，MPLAB周邊函數產生器(MCC)是一款免費的軟體外掛程式，可提供圖形介面來配置特定於應用的周邊和功能。借助該工具，系統設計工程師在完成特定任務時可以配置基於硬體的周邊，而不必編寫和驗證整個軟體程式。
CAN具高度成本效益
對於汽車和工業應用中的匯流排架構，系統設計人員有多種選擇。作為一種廣受多數採用的匯流排，當需要為現有網路增加檢測和/或控制功能時，具有附加功能來滿足不同系統需求的MCU使CAN成為一種良好的選擇。憑藉其獨立於核心的周邊，8位元MCU/CAN系列可將CAN擴展到網路上更具成本效益的節點中。新型8位元MCU/CAN+CIP為新興汽車網路應用提供了靈活、經濟高效、簡單而可靠的資料傳輸以及存取控制、電池充電/電池管理和診斷設備所需的更高性能和系統支援。
(本文作者為Microchip 8-bit MCU部門產品行銷經理)
