FlexRay总线控制器和TC1796的MLI接口设计

FlexRay总线控制器和TC1796的MLI接口设计

研究了FlexRay总线控制器CIC310和微处理器TC1796的微连接口（MLI）的数据传输原理和总线协议，使用TC1796和CIC310实现MLI接口的高速数据传输，并介绍了一个主控制器连接多个MLI模块的软件和硬件实现方法。整个系统集成度高，适合车载电子设备的大量数据传输。

关键词  TC1796  MLI接口  CIC310  FlexRay总线

引言

　　FlexRay总线是一种点对点形式的具有星形拓扑结构的数据传输总线。提供了传统总线通信协议所不具有的一些特性。FlexRay简化了车载电子设备之间的通信系统架构，使得车载电子单元变得更加稳定和可靠。FlexRay总线具有故障容限，可提供500 kbps～10 Mbps的确定数据传输速率和24位CRC（循环冗余）校验码。

　　FlexRay总线支持2×10 Mbps的数据速率，与CAN总线协议相比，可用的带宽提高了10～40倍。总线速率的提高使电子设备可以快速从总线获取信息，也可以快速将自身信息传送到总线上的其他设备。微处理器和FlexRay总线控制器的数据通信一般采用串行方式、并行方式以及其他方式。并行接口方式是早期采用的高速数据传输方式，但以更高速率传输时则存在多种问题。由于数据和地址总线较多，使得接口复杂，PCB布线难度增大，在高速时钟下每根数据线和地址线都要求尽量等长，否则可能产生数据和地址传输时相应位的紊乱，无法正确传输数据。串行方式硬件连接方便，内部最少只需数据收和数据发2根线，但传输速率较慢。

　　本文介绍一种微连接口MLI（MicroLink Interface）实现总线传输，使用FlexRay总线控制器CIC310及处理器TC1796。CIC310采集总线上各个节点的通信数据，并对总线负载和总线容量进行检测和控制。TC1796将各个节点数据进行处理，他们之间采用微连接口MLI，实现高速数据传输，最快数据传输速率达到37.5  Mbps，完全满足2×10  Mbps的总线数据速率。

1  FlexRay控制器CIC310

　　CIC310是英飞凌公司最近推出的FlexRay总线控制器，其内部结构如图1所示。从图中可以看出，CIC310总线控制器主要由ERay模块、DMA模块、时钟管理模块、中断模块、内存和数据处理以及数据接口模块等组成。

图1  CIC310内部功能框图

　　CIC310有3种接口方式将数据传输到处理器，这3种方式分别为SSC（Synchronous Serial Channel，串行接口）方式、XMU（De?multiplexer 8/16 bit Parallel Interface，非复用的8/16位并行接口）方式和MLI方式。其中SSC为一般的串口连接方式，具有连接简单和连接线少的特点，但数据传输速率较低；XMU接口为并口连接方式，数据传输速度比串口方式快很多，但连接线较多；MLI接口为专用接口方式，一般可以和专用车载控制器连接。英飞凌的TC1796具有和CIC310连接的MLI接口。

　　CIC310和总线接口有2个独立的收发通道，每个通道的数据传输速度可达10 Mbps，片内ERay模块主要负责总线数据的收发、总线和DMA模块的数据交互、向外设产生各种中断以及实现数据读写时钟的管理等。E?Ray模块一般经过数据滤波器，将一些广播帧和总线上其他用户的数据帧滤除后，将本用户的数据帧传输到CIC310片内的DMA模块。DMA模块进行数据处理和数据校验，可以采用事先设定的数据系数进行处理。

2  微处理器TC1796

　　TC1796是基于英飞凌公司TriCore处理器架构的32位微控制器，在一块芯片中集成了微控制器、微处理器和数字信号处理器。具有2 MB的嵌入式Flash和多种创新的片上外设，如毫秒总线、快速模数转换器、微连接口以及新颖的高性能三总线结构，提升了系统总体性能，同时降低了系统成本。其主要特点有：

　　◆ 具有4级流水及并行架构的高性能32位CPU，完全集成DSP处理能力，具有单精度浮点运算单元，工作频率达150 MHz；
　　◆ 具有32位外设控制处理器，2 MB嵌入式程序Flash、128 KB数据Flash、16 KB仿真EEPROM、192 KB片上SRAM；
　　◆ 具有16通道DMA控制器，支持同步burst Flash访问的32位外部总线接口单元，支持2×255个硬件中断源；
　　◆ 具有2个毫秒总线接口、2个通用定时器阵列模块、2个异步/同步串行通道、2个高速同步串行通道、2个高速微连接口、4个CAN节点、4通道快速模数转换器、2个具有8/10/12位精度的16通道模数转换器。

图2  TC1796内部结构图

　　TC1796的内部结构如图2所示。内部主要由PMU（Program Memory Unit，程序存储单元）、DMU（Data Memory Unit，数据存储单元）、FPU（Floating Point Unit，浮点单元）、PMI（Program Memory Interface，程序存储接口）、DMI（Data Memory Interface，数据存储接口）、PCP（Peripheral Control Processor，片内外设控制处理器）、STM（System Timer，系统定时阵列）和PLL（Phase Locked Loop，锁相环）等组成。外部接口包括ADC、FADC（快速ADC）、串口、JTAG（仿真口）、GPIO（通用I/O口）、ASC（异步串口）、CAN、MSC（Micro Second Channel，毫秒口）、MLI口等。

3  MLI接口

　　MLI接口是一种快速同步串行接口，可以在CPU不参与的情况下进行数据传输。图3是MLI接口的典型连接框图。

图3  MLI连接框图

　　图3中，具有MLI接口的处理器称为本地控制器，另一个则为远程控制器。双方都具有发送器和接收器。发送器和接收器之间进行物理连接。本地控制器初始化数据和交互参数，并负责控制所有的数据收发任务。每一次数据收发都必须由本地控制器发起，远程控制器只是被动地响应本地控制器的命令，读取或者发送数据。如果有3个以上的MLI接口进行连接，则只能有1个本地控制器，其他均设置成远程控制器。本地控制器具有1个发送窗口，所有的发送数据均通过发送窗口写入发送器并发送出去。本地控制器接收到数据后通过中断方式通知CPU或者DMA进行读取数据。远程控制器具有1个远程窗口，没有发送窗口；但远程控制器不能控制远程窗口，远程窗口和发送窗口一样，都是由本地控制器操作。实际上，远程控制器相当于一个完全被动的设备。远程控制器收到数据将自动或者手动放到远程窗口中，由远程控制器的CPU或者DMA从相应地址读取。当远程控制器的CPU或者DMA需要发送数据时，本地控制器控制远程窗口读取相应地址的数据，并从发送器发送到本地控制器的接收器。

4  TC1796和CIC310的MLI接口连接

　　TC1796最多可以和4个CIC310的MLI接口连接，这样1个处理器就可以连接4个总线控制器，从而控制8个总线节点并进行数据通信（每个CIC310控制2个总线节点），节省处理器成本。图4为TC1796和2个CIC310的MLI接口连接。TC1796必须作为本地控制器，2个CIC310均为远程控制器。

图4  TC1796与2片CIC310连接

　　TC1796向CIC310发送数据的连接说明如下：MLI的接收器具有4个引脚，分别为RREADYA（接收数据准备好标志）、RVALIDA（接收数据有效标志）、RDATAA（接收数据）、RCLKA（接收时钟）；对应的发送器也具有TREADYA（发送数据准备好标志）、TVALIDA（发送数据有效标志）、TDATAA（发送数据）、TCLK（发送时钟）。其中TDATA和TCLK引脚由TC1796输出，连接到每个CIC310的RDATAA和RCLKA引脚，这样每个CIC310都采用同一个时钟和数据信号。TC1796的4个MLI接口具有4个发送数据准备好标志和发送数据有效标志，分别为TREADYA～TREADYD、TVALIDA～TVALIDD。将每个MLI的一对这样的引脚连接到1个CIC310上，就完成对不同CIC310的选择，从而区分出对哪个CIC310发送数据。从硬件连接可以看出，TC1796虽然可以和多个CIC310连接，但同时只能对1个CIC310发送数据。

　　TC1796接收CIC310的数据连接说明如下：TC1796的MLI接收器每个接口都具有独立的4个引脚，RREADYA～RREADYD、RVALIDA～RVALIDD、RDATAA～RDATAD、RCLKA～RCLKAD，这样每个接口正好和CIC310的发送器的4个引脚连接，可以同时接收4个CIC310的数据。在TC1796内部，将每个CIC310连接到不同的DMA中断上，使用DMA进行数据读取。

　　TC1796与多个CIC310进行连接，采用下行单向通信（TC1796向CIC310发送数据）、上行并行通信（CIC310向TC1796发送数据）的目的是减少总线负载。当总线节点有数据向处理器发送时，处理器总是及时读取数据，避免总线重发数据，同时避免CIC310无法存储突发的大量数据帧。当处理器需要向总线发送数据时，即使处理器需要同时向多个总线节点发送数据，依然采用单个节点轮流发送数据的方式，避免处理器同时将大量数据发送到总线，增加总线负载。一旦总线负载增加，数据传输误码率将大大增加，使得总线恶化。