技术分享 | 整车控制器片上通讯模块简介（一）

整车控制器作为汽车的大脑，根据采集的加速踏板、制动踏板及其它部件信号，控制各部件控制器的动作，驱动汽车正常行驶。TC275芯片是英飞凌公司开发的一款三核CPU，主频可达200M，核间具有锁步功能，可作为传统车、新能源车及智能驾驶车的整车控制器，图1是芯片架构图。北理新源自主研发的整车控制器采用TC275芯片，且外部器件嵌入了4G通讯模块，用于整车数据的上传。本文基于英飞凌TC275芯片，简要介绍其片上主要通讯模块（不涉及协议原理），包括CAN、ASCLIN、QSPI、PSI5、MSC、ETH、FlexRay、HSSL、I2C和SENT模块，其中ETH、FlexRay、HSSL、I2C和SENT将在第二篇文章介绍。

图1　TC27x芯片架构成示意图

 1.CAN通讯模块

CAN是控制器局域网（Controller Area Network）的简称，是应用最广泛的现场总线之一。CAN总线采用双绞线串行通讯，具有多主机工作模式，实时性强、抗干扰能力强、可靠及低价位等特点。在汽车方面，主要应用的是中高速CAN总线，用于发动机控制系统、传动控制系统、自动变速控制系统、安全气囊、ABS防抱死系统、巡航系统及电池管理等系统，图2显示了CAN总线在汽车上的典型应用。TC275片上CAN模块支持CAN和CANFD模式。CAN模式支持标准帧和扩展帧，速率最高可达1Mbps(通信距离小于40米)。CANFD单帧最多可传输64字节的数据，传输速率最多可设置为5Mbps,但想要在工况下稳定可靠传输，数据端波特率在2Mbps左右比较合理。

图2 CAN总线在汽车上的典型应用

 2.ASCLIN通讯模块 

  TC275片上ASCLIN（Asynchronous/Synchronous Serial Controllerwith LIN）模块可设置为ASC(串口)、SPI和LIN通讯模式，图3为ASCLIN模块不同模式下的引脚配置。

图3 ASCLIN不同模式下的引脚配置（ASCLKO-时钟引脚，ARX-接收数据引脚，ATX-接收数据引脚，ASLSO-片选引脚，ARTS-请求传送数据，ACTS-清除传送请求）

ASC模式即异步串口通讯，最大的优点是仅配置输入输出两根线便可进行通信，支持全双工模式。可用于与3G、4G及5G模块之间的串口通讯，用于发送AT指令及接收通信模块传来的数据。

SPI（Serial Peripheral Interface）模式是串行外围设备接口，是一种全双工，同步的通讯总线。SPI总线采用主从模式，主设备提供同步时钟，支持高速（100MHz以上）通讯，常规只需4根线，节约了芯片管脚。EEPROM、FLASH及AD转换器等都支持SPI通讯。通过SPI写数据至EEPROM，用于存储整车故障信息，控制器下电在上电后，查询故障信息。另外，SPI可用于Flash程序的烧写及AD转换器的控制。

LIN（Local Interconnect Network）总线是基于UART/SCI（通用异步收发器/串行接口）的低成本串行通讯协议，其目标定位于车身网络模块节点间的低端通讯。LIN总线采用单线传输，单主机多从机的概念，传输速率最高限制为20Kbps。TC275片上LIN模块可配置为主模式和从模式，支持LIN 1.3、LIN2.0、LIN2.1和J2602协议。

 3.QSPI通讯模块 

QSPI是Queued SPI的简写，是摩托罗拉公司推出的SPI接口的扩展，比SPI应用更广泛。在SPI协议的基础上，对其功能进行了增强，增加了队列传输机制，推出了队列串行外围接口协议即QSPI协议。

TC275片上QSPI模块支持点对点和单主多从的快速灵活通讯，可配置为全双工和单双工模式、自主从机选择模式、四线和三线连接模式。QSPI单帧可包含2至32位数据，通讯速率最高可达50Mbps。QSPI可用于flash程序烧写及控制开关电路输入模块。例如北理新源VCU选用飞思卡尔的多路开关输入检测模块（MC33975），利用QSPI四条线间接控制了多达22路高低边开关输入，从而节省了芯片引脚，图4是其引脚连接示意图。

图4 TC275通过QSPI控制高低边输入引脚连接示意图

 4.PSI5通讯模块 

PSI（PeripheralSensor Interface）是汽车传感器应用接口标准，而PSI5是基于已存在的外设气囊传感器接口标准的一种开放标准，已在数百万气囊系统应用中得到了验证。传感器可通过双线接口同时进行异步和同步传输，PSI5的技术特性和低实施成本，使它同样适用于许多其它汽车传感器应用。TC275片上PSI5模块支持125Kbps和189Kbps两种传输速率，3个通道可并行工作，每个通道可支持6个传感器数据依次传输。PSI5帧可包含8、10、16、20、24位数据，支持高分辨率传感器数据的传输。

图5  汽车传感器协议-PSI5

 5.MSC通讯模块 

MSC（Ｍicro SecondChannel Interface）是特定用于外部功率设备连接TC27x芯片的串行接口，串行数据的传输方式减少了芯片连接功率设备的引脚数量。图6显示了TC27x利用MSC接口连接外部功率设备的典型应用。

图6 MSC与外部功率设备典型连接示意图

TC275通过下行通道发送控制数据至外部功率设备，通过上行通道接收外部功率设备传送的数据，选择引脚用于片选功能，时钟引脚用于同步传输功能。

撰稿：韩   冰

审核：龙超华