藍(lán)牙技術(shù)在汽車中的應(yīng)用

        基于微控制器的系統(tǒng)發(fā)展日趨精密,給汽車應(yīng)用帶來了新功能,同時(shí)也給這些產(chǎn)品認(rèn)證工程帶來了新挑戰(zhàn)。

        隨著 RF 技術(shù)（如藍(lán)牙和 Wi-Fi）應(yīng)用越來越廣泛,在解決管理?xiàng)l例遵守和法律責(zé)任問題方面帶來更高的要求。這些問題包括新技術(shù)之間的兼容性、新技術(shù)與舊技術(shù)之間的沖突以及對(duì)安全臨界系統(tǒng)安全性的影響。

　　藍(lán)牙為客戶提供了高度透明的附加值,不僅可影響購(gòu)買決策,而且還可以發(fā)揮高成本效率以及為進(jìn)入汽車行業(yè)作好鋪墊。這種挑戰(zhàn)將以客戶為本的技術(shù)帶入對(duì)于可靠性、電磁兼容性／敏感性 (EMC/EMS) 及高品質(zhì)設(shè)計(jì)／制造方法要求越來越高的行業(yè)。

　　新技術(shù)的出現(xiàn)要求對(duì)潛在的產(chǎn)品故障模式進(jìn)行嚴(yán)密的勘查,這可能涉及到系統(tǒng)間復(fù)雜的交互。產(chǎn)品設(shè)計(jì)工程師現(xiàn)在意識(shí)到從產(chǎn)品開發(fā)周期一開始乃至安裝和使用階段,務(wù)必確定潛在的不遵守管理?xiàng)l例的問題和風(fēng)險(xiǎn),務(wù)必應(yīng)用有計(jì)劃的設(shè)計(jì)和檢驗(yàn)措施。在汽車應(yīng)用中與美國(guó)聯(lián)邦通訊委員會(huì) (FCC)、藍(lán)牙認(rèn)證組織 (BQB)、美國(guó)保險(xiǎn)商實(shí)驗(yàn)室 (UL) 和歐洲組織等制定了相關(guān)的管理?xiàng)l例要求,這些要求與汽車行業(yè)中微控制器應(yīng)用的硬件和軟件功能有關(guān)。而影響選擇合適的微控制器可幫助設(shè)計(jì)工程師避免過重的開發(fā)成本和在產(chǎn)品開發(fā)后期糾正錯(cuò)誤選擇所帶來的上市時(shí)間影響。最后,本文提供了一項(xiàng)認(rèn)證檢測(cè)總結(jié)而不是每一機(jī)身的單一檢測(cè)數(shù)據(jù),以便避免為了符合汽車應(yīng)用、FCC 和 BQB 的重復(fù)要求而帶來的冗余任務(wù)。

　　2.0 微控制器應(yīng)用中的管理?xiàng)l例要求　　

　　在討論藍(lán)牙特定要求的詳細(xì)情況之前,先回顧一下汽車行業(yè)中對(duì)微控制器的一般要求。這些要求包括：　　
　　·對(duì)汽車和 FCC/CE 認(rèn)證的 EMC/EMS 要求　　
　　·美國(guó)保險(xiǎn)商實(shí)驗(yàn)室 (UL) 規(guī)定的電氣安全　　
　　·汽車特有的品質(zhì)／安全性檢測(cè)

　　2.1 EMC/EMS 要求　　

　　自FCC 宣布不得制造更多的電磁波頻譜污染后,人們對(duì)電氣系統(tǒng)中電磁兼容性的關(guān)心一直日漸增加。芯片和系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工程師已遵從汽車／FCC 認(rèn)證準(zhǔn)則,在不降低工作性能的前提下減少了電子系統(tǒng)的電磁輻射。

　　2.2 數(shù)字產(chǎn)品的 EMC 檢測(cè)要求　　

　　在美國(guó)和歐洲銷售的電氣產(chǎn)品的最常見電磁兼容性 (EMC) 檢測(cè)要求對(duì)使用藍(lán)牙連接的產(chǎn)品和不使用藍(lán)牙連接的產(chǎn)品通常都是一致的。此外,基于微控制器的汽車應(yīng)用和非汽車應(yīng)用也遵守同樣的要求。該檢測(cè)級(jí)別視產(chǎn)品的類型而有所變化。

　　2.3 EMC 檢測(cè)軟件　　

　　美國(guó)汽車工程師學(xué)會(huì) (SAE) 制訂了一種檢測(cè)方法,它使用標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)板來測(cè)量板卡上安裝的芯片的電磁輻射。EMC 檢測(cè)板和檢測(cè)軟件的組合還可用于執(zhí)行 FCC 檢測(cè)。

　　3.0 美國(guó)保險(xiǎn)商實(shí)驗(yàn)室要求 (UL)　　

　　UL 1998 標(biāo)準(zhǔn)是作為一項(xiàng)軍事或汽車品質(zhì)／可靠性文檔頒布的?！　?/p>

　　它的一項(xiàng)重要要求是分析潛在風(fēng)險(xiǎn)并實(shí)施跟蹤過程,該過程可全程跟蹤軟件開發(fā)周期以便采取措施來處理這些風(fēng)險(xiǎn)。UL 1998 的另一項(xiàng)重要要求是全程對(duì)軟件開發(fā)周期進(jìn)行檢測(cè)。除了一般用于軟件開發(fā)和發(fā)行后檢測(cè)的檢測(cè)外,該標(biāo)準(zhǔn)還要求進(jìn)行故障模式和壓力檢測(cè)。當(dāng)復(fù)核產(chǎn)品以驗(yàn)證是否符合標(biāo)準(zhǔn)時(shí),提交檢測(cè)方案和檢測(cè)結(jié)果以證明與標(biāo)準(zhǔn)相符。

　　當(dāng)微控制器成為電氣系統(tǒng)的關(guān)鍵控制元素時(shí),它應(yīng)包括關(guān)鍵架構(gòu)、硬件／軟件特征以便符合管理機(jī)構(gòu)提出的安全性／檢測(cè)要求。這些要求務(wù)必符合軟件／硬件的最小開銷要求。

　　對(duì)微控制器的要求包括：

　　設(shè)備架構(gòu)務(wù)必保證所有指令在程序存儲(chǔ)器之外執(zhí)行;該程序存儲(chǔ)器包含應(yīng)用軟件和安全／診斷軟件。對(duì)這些指令的任何修改務(wù)必要求具有有計(jì)劃的外部工作。

　　由于微控制器程序存儲(chǔ)器中的軟件在設(shè)備運(yùn)行中扮演重要的角色,因此指令集中務(wù)必包含某一指令以允許在運(yùn)行時(shí)期間執(zhí)行檢驗(yàn)和及CRC 計(jì)算。

　　單芯片硬件管理功能如 監(jiān)視器 (看門狗)和“電力減弱”探測(cè)提供額外級(jí)別的保護(hù)。

　　端口結(jié)構(gòu)應(yīng)在不需要進(jìn)行特殊編程的情況下能夠探測(cè)端口打開和端口不足。每個(gè) I/O 引腳可同時(shí)設(shè)定為輸出和輸入的地址,以提供有效而快捷的診斷能力。 

圖 1. I/O 圖

　　4.0 汽車品質(zhì)／安全性要求

　　現(xiàn)有的非藍(lán)牙微控制器正在大量出貨,以供應(yīng)要求高安全性和品質(zhì)的安全臨界汽車應(yīng)用。

　　此外,汽車制造商對(duì)微控制器供應(yīng)商提出了一些品質(zhì)／可靠性要求。這些重要范圍包括：

　　掃描檢測(cè) － 保證所有晶體管工作正常（達(dá)到 99% 以上）。

　　電氣應(yīng)力檢測(cè) － 在電壓高于指定最大工作電壓、但低于設(shè)備擊穿電壓下檢測(cè)設(shè)備。

　　內(nèi)置自檢 (BIST) － 對(duì)編碼進(jìn)行反

復(fù)試驗(yàn),以進(jìn)行不同的單芯片功能檢測(cè)和客戶特定檢測(cè)。

　　Maverick 部件檢測(cè) － 消除變形的設(shè)備。因此,在出貨時(shí)應(yīng)保證每個(gè)設(shè)備工作性能是一致的。

　　5.0 在汽車應(yīng)用中增加藍(lán)牙連接

　　5.1 藍(lán)牙軟件

　　藍(lán)牙規(guī)范定義了在設(shè)備未有效通信時(shí)可能會(huì)涉及到的電源管理模式。這些模式可用于實(shí)施各種功率減少策略,如減少或暫停 CPU 時(shí)鐘、關(guān)閉外部設(shè)備或關(guān)閉無(wú)線電收發(fā)器。這些機(jī)制減少內(nèi)部開關(guān)電流,效果是減少功耗和減少EMI。藍(lán)牙無(wú)線設(shè)備的功耗是藍(lán)牙芯片集整體功耗的主要組成部分。電源管理模式還可用于僅在需要時(shí)才保持無(wú)線設(shè)備處于全功率狀態(tài)。（802.11b 系統(tǒng)與其相比較則有些不同,該系統(tǒng)中的無(wú)線設(shè)備始終保持加電狀態(tài),接近已連接的局域網(wǎng)的功耗。）

　　5.2 藍(lán)牙硬件

　　汽車應(yīng)用中鑒定合格的微控制器現(xiàn)在可提供集成的藍(lán)牙支持（指藍(lán)牙基帶硬件和協(xié)議堆棧軟件）。 這為開發(fā)符合汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品提供了低風(fēng)險(xiǎn)、快通道的好處。

　　5.3 內(nèi)置 RF 檢測(cè)模式

　　藍(lán)牙協(xié)議堆棧為 RF 檢測(cè)提供內(nèi)置檢測(cè)模式。有兩種方法可進(jìn)入藍(lán)牙檢測(cè)模式：

　　靜態(tài)方法 － 藍(lán)牙核心在啟用檢測(cè)模式選項(xiàng)時(shí)已初始化,因此在啟動(dòng)時(shí)就已進(jìn)入檢測(cè)模式。

　　動(dòng)態(tài)方法 － 應(yīng)用軟件發(fā)送命令,該命令導(dǎo)致藍(lán)牙堆棧進(jìn)入檢測(cè)模式。最終應(yīng)用產(chǎn)品可觸發(fā)此模式。例如,應(yīng)用軟件可讀取開關(guān)或按鈕。

　　5.4 檢測(cè)／鑒定

　　要幫助嵌入式藍(lán)牙產(chǎn)品通過鑒定檢測(cè),藍(lán)牙解決方案的供應(yīng)商有望提供在基帶處理器和藍(lán)牙無(wú)線設(shè)備上運(yùn)行的全套嵌入式藍(lán)牙堆棧,作為預(yù)檢測(cè)／預(yù)鑒定組件。

　　要使鑒定合格,必須將組件整合到最終產(chǎn)品或參考設(shè)計(jì)中,然后通過一組最少的檢測(cè)（如藍(lán)牙的《鑒定程序參考文檔》中所述）。

　　此外,此參考設(shè)計(jì)板還需要進(jìn)行改進(jìn),以便符合 FCC 和汽車 EMC/EMS 要求。這意味著最終產(chǎn)品的開發(fā)人員不必執(zhí)行所有檢測(cè)過程,而預(yù)檢測(cè)組件和最終產(chǎn)品鑒定通常會(huì)進(jìn)行此類檢測(cè)過程。鑒定／檢測(cè)單獨(dú)的藍(lán)牙組件及整合這些組件的參考設(shè)計(jì)對(duì)產(chǎn)品開發(fā)人員很有幫助,為他們提供了產(chǎn)品開發(fā)和鑒定的可靠起始點(diǎn)。

　　6.0 管理機(jī)構(gòu)間的重復(fù)要求

        表 1. EMC 檢測(cè)要求 　

      表 2. RF 檢測(cè)要求 　

     表 3. 檢測(cè)硬件／軟件 　  

     表 4. 軟件質(zhì)量、錯(cuò)誤恢復(fù)和診斷  

        7.0 藍(lán)牙處理器（微控制器）示例

　　美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司推出的 CP3BT1x 設(shè)備是使用藍(lán)牙連接的汽車級(jí)微控制器示例。該 CPU 采用最新版本的 CompactRISC 處理器核心 － 一種高性能的16 位處理器,為嵌入式控制和連接應(yīng)用設(shè)計(jì)了 32 位擴(kuò)展。此外,CP3BT1x 設(shè)備提供以下功能：　　
　　

       256KB 閃存程序存儲(chǔ)器
　　
        8KB 閃存數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器
　　10KB SRAM
　　USB 1.1 (CP3BT10) 或 CAN 2.0B (CP3BT13) 接口
　　UART
　　SPI/Microwire 接口
　　ACCESS 總線接口（I2C 兼容）
　　編解碼器接口
　　具有控制和捕獲寄存器的定時(shí)器
　　37 (CP3BT10) 或 40 (CP3BT13) GPIO 引腳
　　100 引腳 LQFP 和 48引腳芯片比例（7 × 7 毫米）封裝
　　功率／性能比是 0.5 mA/MHz。
　　非常低的功耗（頻率 12 MHz,電流在 2.5V 條件下僅為 6 mA）
　　12 MHz 運(yùn)行頻率（在單芯片上增大為 24 MHz）提供足夠的 CPU 帶寬,來運(yùn)行藍(lán)牙協(xié)議堆棧和應(yīng)用程序任務(wù)。

　　美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司提供了完整的預(yù)檢測(cè)／預(yù)鑒定藍(lán)牙堆棧,其中包括低級(jí)別和高級(jí)別協(xié)議層。這套完整的堆棧執(zhí)行為應(yīng)用代碼提供了充足的芯片程序存儲(chǔ)器。美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司為該技術(shù)的各方面提供一站式應(yīng)用支持,這些方面包括：芯片、開發(fā)工具、嵌入式藍(lán)牙軟件和 µC/OS-II 操作系統(tǒng)?！?/p>

　　8.0 小結(jié) 　　　

　　將汽車電子儀器連接到本地藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)的好處日益明顯,并且很快成為有購(gòu)買意向的客戶所青睞的標(biāo)準(zhǔn)特征。但是,汽車行業(yè)對(duì)可靠性和兼容性有特殊的要求,超出了正常的家庭和辦公標(biāo)準(zhǔn)。新無(wú)線技術(shù)的引進(jìn)為復(fù)雜的系統(tǒng)進(jìn)行交互創(chuàng)造了新的可能性,因此用于保證無(wú)干擾的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)的重要性日益突出。汽車應(yīng)用中鑒定合格的微控制器現(xiàn)在可提供集成的藍(lán)牙硬件和無(wú)線產(chǎn)品,它們?yōu)殚_發(fā)符合汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品提供了低風(fēng)險(xiǎn)、快通道的好處。