基于GMSL在汽車電子控制單元中的應(yīng)用分析

Maxim的吉比特（千兆）多媒體串行鏈路（GMSL）方案可以對數(shù)字視頻和音頻數(shù)據(jù)進(jìn)行串行轉(zhuǎn)換，然后通過一對雙絞線串行傳輸。另外，集成雙向控制通道可以使能單個(gè)微處理器（C）對串行器、解串器和所有連接外設(shè)編程。在典型應(yīng)用中可以省去遠(yuǎn)端微處理器及相關(guān)器件，如：時(shí)鐘源/晶體和低壓電源。此方案不但簡化了遠(yuǎn)端設(shè)計(jì)，而且降低了系統(tǒng)成本、尺寸和功耗。但是，有些情況下，考慮到GMSL之外的特殊需求，系統(tǒng)中仍然在鏈路的兩端駐留了μC.這篇應(yīng)用筆記描述了如何連接兩個(gè)μC，控制GMSL.

1雙μC應(yīng)用基礎(chǔ)

使用單μC時(shí)，如果μC位于串行器側(cè)，通常將串行器/解串器兩端控制方向選擇引腳（CDS）置為低電平；如果μC位于解串器側(cè)，則將方向控制選擇置為高電平。然而，如果將串行器的CDS置低、解串器的CDS置高，則每個(gè)GMSL芯片都可以同時(shí)連接到各自對應(yīng)的μC（圖1）。


圖1.簡單的雙μC應(yīng)用原理圖，CDS設(shè)置如圖所示

1.1內(nèi)部操作

使用兩個(gè)μC時(shí)，串行器和解串器的I？C主機(jī)都被禁用，而且RX/SDA和TX/SDL由其對應(yīng)的μC配置為UART接口。由于每個(gè)器件都作為本地器件運(yùn)行，所以不能進(jìn)入休眠狀態(tài)。利用對應(yīng)的低電平有效PWDN引腳控制每個(gè)器件進(jìn)入低功耗狀態(tài)。切記，當(dāng)從電源關(guān)斷狀態(tài)喚醒時(shí)，所有器件設(shè)定都復(fù)位到它們的上電初始值。


圖2.串行器狀態(tài)圖（CDS =低電平）


圖3.解串器狀態(tài)圖（CDS =高電平）

1.2雙μC應(yīng)用中的沖突問題

圖1所示配置中，每個(gè)μC都可以按照GMSL UART協(xié)議與MAX9259串行器、MAX9260解串器或其它μC通信。GMSL不提供防沖突措施，用戶需要自行提供沖突處理措施。

2獨(dú)立組網(wǎng)

防沖突最簡單的方法是讓每個(gè)μC將其附屬的串行器/解串器的FWDCCEN和REVCCEN位置0（0x04 D[1：0]）。這種方案禁用正向和反向控制通道的接收器、發(fā)送器，而且有效地將控制網(wǎng)絡(luò)分成兩個(gè)獨(dú)立網(wǎng)絡(luò)（圖4）。任何通過串行鏈路的通信首先需要每一側(cè)的μC重新使能相應(yīng)鏈路端的通信。這種設(shè)置在“常通”應(yīng)用中非常有效，其關(guān)鍵鏈路特定寄存器的設(shè)置不會(huì)從初始狀態(tài)改變。


圖4.獨(dú)立控制網(wǎng)絡(luò)避免了沖突的可能性

2.1軟件沖突處理

在那些兩端串行鏈路間必須通信的應(yīng)用中，用戶可以通過更高層的協(xié)議避免沖突（圖5）。以下例子中，每個(gè)μC都會(huì)等待ACK幀來判定其指令是否成功。發(fā)生沖突時(shí)，串行器/解串器不會(huì)發(fā)出ACK幀。接收ACK幀失敗后，在重新發(fā)送指令前，μC會(huì)根據(jù)它們的器件地址等待一段時(shí)間。由于此設(shè)計(jì)中，微處理器有不同的器件地址，在重試通信時(shí)不會(huì)出現(xiàn)沖突。


圖5.軟件處理沖突的示例

3單/雙μC應(yīng)用

某些應(yīng)用不要求兩個(gè)μC始終保持工作。工作時(shí)，如果任一端的CDS輸入改變了狀態(tài)，相應(yīng)器件將按照MAX9259數(shù)據(jù)手冊中介紹的鏈路啟動(dòng)步驟恢復(fù)工作。根據(jù)需要，在單μC和雙μC工作中切換，輪流使能GMSL會(huì)占用更少資源。可以關(guān)斷不用的C以降低功耗，有助于延長電池壽命。

3.1遠(yuǎn)端顯示示例（解串器）

在下面應(yīng)用中，鏈路的解串器側(cè)是一個(gè)配置用于遙控電源開/關(guān)的顯示面板。板子關(guān)斷輸入和單/雙μC控制都連接到MAX9260 GPIO0的輸出端（圖6）。一旦上電，GPIO輸出高電平，以保持遠(yuǎn)端器件關(guān)閉，解串器由于附加的反相器配置為遠(yuǎn)端器件。由于MS連接到GPIO，MAX9260在休眠模式下上電，其余所有器件處于低功耗狀態(tài)。

為了開啟遙控面板，串行器喚醒MAX9260并建立串行鏈路。然后，串行器端的μC設(shè)置GPIO0為低電平，使MS置低、反相器輸出高電平。反相器設(shè)置MAX9260為本地器件，并喚醒遠(yuǎn)程顯示面板的其它電路。MS必須置為低電平，以保持MAX9260 UART接口的基本模式。

如需關(guān)斷遠(yuǎn)端面板，則串行器設(shè)置GPIO0為高電平來關(guān)斷遠(yuǎn)端器件并將MAX9260置為遠(yuǎn)端器件。然后，在MAX9260內(nèi)設(shè)置SLEEP = 1，使器件進(jìn)入睡眠模式。


圖6.單/雙μC遠(yuǎn)端顯示舉例

3.2遠(yuǎn)程攝像機(jī)舉例（串行器）

類似于上述例子，鏈路的串行器側(cè)為配置成遠(yuǎn)端電源開/關(guān)的攝像模組。MAX9259的INT輸出控制板子的關(guān)斷輸入和單/雙μC切換（圖7）。在此應(yīng)用中，INT作為GPO使用，通過設(shè)置SETINT（MAX9259的0x0D D7）或解串器的INT輸入對輸出進(jìn)行控制。一旦上電，INT輸出為低電平，保持遠(yuǎn)端器件關(guān)斷。反相器輸出連接到CDS，將串行器配置為遠(yuǎn)端器件。由于低電平有效AUTOS置為高電平，MAX9259在休眠模式下上電。

如要開啟遠(yuǎn)端面板，解串器通過GMSL UART指令喚醒MAX9259.然后，解串器設(shè)置MAX9259的INT輸出為高電平，使所有遠(yuǎn)端器件上電。反相器輸出將MAX9259置為本地器件，可通過本地μC接收UART指令。

如要關(guān)斷遠(yuǎn)端面板，解串器設(shè)置MAX9259的INT輸出為低電平，關(guān)斷遠(yuǎn)端器件且將MAX9259設(shè)置為遠(yuǎn)端器件。然后，解串器在MAX9259內(nèi)設(shè)置SLEEP = 1，使器件進(jìn)入睡眠狀態(tài)。


圖7.單/雙μC遠(yuǎn)端攝像機(jī)舉例

4結(jié)語

雙μC應(yīng)用并不僅僅限于上述示例。對稱、雙向控制面板，隨著實(shí)時(shí)的CDS和旁路設(shè)置（通過MS）可以啟動(dòng)眾多串行器/解串器和μC配置。設(shè)計(jì)人員需要更高的控制手段提高系統(tǒng)能力并使系統(tǒng)功耗降至最低，最大限度地利用現(xiàn)有資源。