近年來，隨著微控制器進入汽車控制領域，汽車發展產生了劃時代的變化，汽車的動力性、操作穩定性、安全性、燃油經濟性、對環境的友好性都得到了大幅提升。然而，任何技術都具有局限性，電子設備的大量應用，必然導致車身布線愈長愈復雜、運行可靠性降低、故障維修難度增大。特別是電子控制單元的大量引入，為了提高信號的利用率，要求大批的數據信息能在不同的電子單元中共享，汽車綜合控制系統中大量的控制信號也需要實時交換，傳統線束已遠遠不能滿足這種需求，于是在網絡技術和現場控制技術的基礎上，出現了各種適用于汽車環境的網絡技術。

應對汽車網絡的挑戰

　　和其它控制現場相比，汽車內溫度變化范圍大(?45℃~100℃)，電磁干擾和其它電子噪聲強，環境惡劣，因此網絡在車內的運行可靠性尤為重要，這不但體現在網絡結構自身的容錯能力和抗干擾能力上，而且也體現在信號的編碼方式和傳輸方式上。為了應對挑戰，汽車半導體供應商 —— 飛思卡爾聯合業務伙伴一起力 推FlexRay——一種用于汽車 的高速可確定性的，具備故障容錯的總線系統。

　　RlexRay是一個確定性的、具有容錯 功能的通信協議，通過在確定的時間槽中傳遞信息，以及在兩個通道上的故障容錯和冗余信息的傳送，能為高級控制應用提供高達10Mbps的數據速率。這種高速通信技術可以提高網絡吞吐量，減少用于消除帶寬瓶頸的并行控制器局域網(CAN)的數量，從而幫助降低系統成本。憑借其高帶寬優勢，FlexRay技術已經成為汽車網絡骨干的理想協議。此外，其雙通道架構也可以滿足高級安全系統的冗余要求。FlexRay集諸多優點于一身，能幫助開發更為安全、更具響應性、更加可靠和環保的下一代汽車產品。

S12XF提供更多設計自由

　　隨著FlexRay技術首次在2007年新模型車中的應用，高速通信網絡正在重新定義汽車的安全和性能。為了幫助推廣這種創新技術，近期，飛思卡爾擴展了公司的16位汽車微控制器(MCU)系列，其新產品MC9S12XF系列采用了FlexRay技術，并將閃存擴展到512K。該系列基于飛思卡爾廣泛使用的高容量S12架構，為FlexRay網絡上的嵌入式節點提供高性能的分布式控制解決方案。S12XF系列共有4種高集成度的MCU，提供不同的存儲器配置，并 配備了高性能的XGATE RISC協處理器。該系列還提供多種封裝選擇，從112針腳的小外形四方扁平封裝(LQFP)設備，到10毫米 x 10毫米的64針腳LQFP，這是目前市場上體積最小的FlexRay控制器。體積小巧的S12XF MCU非常適合于一些空間受到嚴格限制的應用，例如與FlexRay網絡上的32位中心控制器通信的分布式執行器和傳感器控制模塊。16位S12XF設備可以作為各種高級安全應用和主動駕駛應用的終端節點，這些應用包括：懸架控制、主動防側翻、主動制動、車道偏離告警系統、停車調度協作和電子式駐車系統。(圖1：S12XF芯片)

圖1 (略)

MC9S12XF系列的特性：

. 50MHz S12X 內核，基于高效的16位CISC架構；

. 集成的單/雙通道FlexRay v2.1，每通道支持2.5、5、8和10 Mb/s的數據速率；

. FlexRay時鐘，采用頻率從4MHz到40MHz不等的晶體振蕩器，使用PLL(鎖相環)實現成本和EMC的優化；

. 集成XGATE RISC協處理器，提供高達100 MIPS的額外處理能力；

. 512KB、384KB、256KB和128KB的汽車質量閃存選擇，帶有糾錯碼(ECC)；

. 1 6通道的模數轉換器(ADC)，可配置的8/10/12位分辨率，只需3μs的轉換時間；

. 集成的電機控制模塊，使用6通道脈沖寬度調制器(PWM)，具有故障保護和電流感應輸入；

. 支持控制器局域網(CAN)、本地互連網絡LIN和串行外圍設備接口(SPI)協議；

. 增強型周期中斷定時器，具有3個同步源(ADC、PMF觸發器功能，增強電機控制算法)；

. 小型封裝選擇，根據I/O的需要進行擴展；

    作為FlexRay Consortium的創始成員之一，飛思卡爾是第一家將基于FlexRay控制器的16位架構推向汽車市場的半導體公司。飛思卡爾提供了廣泛的基于FlexRay的產品，并且飛思卡爾是目前唯一的其所提供的FlexRay 控制器在即將投產的汽車中采用的半導體供應商。此外，飛思卡爾還為其FlexRay 解決方案提供廣泛的生態系統支持，包括開發軟件和入門工具箱。

XGATE協處理器優勢盡顯

    除了提供FlexRay技術外，S12XF系列還集成了飛思卡爾的XGATE協處理器，該處理器的功能類似于主CPU的專用協處理器。基于RISC的XGATE協處理器于2004年推出，基 于S12X架構，克服了實現更高MCU性能的設計挑戰，并且不會增加成本，也沒有因增加獨立處理器而產生的復雜性。XGATE協處理器的運行速度是主CPU的兩倍，并且沒有任何CPU處理開銷，能夠提高系統性能，最高運行性能達到100MIPS。借助該協處理器架構，S12XF設備能夠提供毫不遜色于很多32位MCU的性能，同時保持了飛思卡爾S12X架構的優勢，如低系統成本和高編碼效率。

　　XGate具有眾多優勢，例如可將其應用在提高汽車效能中。目前，大多數汽車應用對實時效能的要求都很高，通常超過模塊的實際功能。例如汽車的儀表板必須可以顯示車輛目前的狀態，同時可接收并處理從傳感器傳來的實時信息。由于XGate不僅可以接收這項信息，還可予以格式化并儲存，因此CPU可用來響應駕駛人互動的時間便大量增加，更可減少顯示器可能出現的噪聲干擾。根據廣泛使用的S12架構，這種雙重方法的好處就非常明顯了。大多數現代化汽車都是利用通信網關來允許不同的通信網路互傳信息。此外，網關還可以執行 其它功能。

　　XGate可以在大約4μs內執行一 個典型的網關工作(檢查CAN ID，儲存 于內存，然后復制到傳送緩沖器(transmit buffer)中)，而S12需9μs。這表示使用XGate，CPU可儲存高于9μs的中斷。對一個具有5個CAN網絡完全滿載的非常忙碌連接網 關而言，它可節省超過20%的CPU處理能力，卻僅用到XGate的10%。對于一個更復雜的網關而言，要將個別位字段或信號在多個CAN上進行路由傳送，XGate的處理速度通常可高于每秒處理35000 則信息。

　　另外，除了提供改善的實時效能，這種雙重架構途徑也可為實時軟件設計者帶來意想不到的好處。許多架構式分析及設計工具依賴設計者將資料流處理與實時或控制處理分開。這個方法可以簡化高階設計，但卻隱藏了在建置時潛藏的效能問題。有了S12X，設計者可輕易確保實時處理不會互相沖突，因為主CPU可以完全將重心放在主要資料的處理。

　　為了推動下一代汽車網絡架構的發展，飛思卡爾致力于以其高度成熟的技術來滿足市場需求，幫助設計人員產生更多靈感。其提供的以MC9S12XF為代表的一系列的FlexRay控制器，因為具有諸多優點，也一定會幫助設計人員設計出更具有前瞻性的應用。