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。
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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。
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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：
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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。
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三相电为什么不用零线
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