CAN總線的關(guān)鍵技術(shù)包括兩方面，硬件和軟件。硬件包括：微控制器、CAN控制器和CAN收發(fā)器。軟件包括節(jié)點(diǎn)控制程序和CAN總線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層協(xié)議。

微控制器作為CAN總線重要的硬件組成，這篇文章中，我們詳細(xì)講解不同分類的微控制器。

1微控制器定義

MCU英文名為Microcontroller Unit，簡寫為MCU，中文稱為微控制器單元或微控制器。由于微控制器是將算術(shù)邏輯單元(Arithmetic Loaic Unit.ALU)、存儲(chǔ)器、定時(shí)器/計(jì)算器及各種/O電路等集成到一個(gè)芯片上，構(gòu)成了一個(gè)基本完整的計(jì)算系統(tǒng)，故而又稱為單片機(jī)(Single-ChipMicrocomputer)。

在微控制器存儲(chǔ)器中的程序，與微控制器硬件和外圍硬件電路緊密配合使用，區(qū)別于PC的軟件，稱微控制器的程序?yàn)楣碳?Firmware)。一般地，微處理器是指CPU在單個(gè)集成電路上，而微控制器是指CPU、ROM、RAM、VO、定時(shí)器等都在單個(gè)集成電路上。與CPU相比，微控制器沒有那么強(qiáng)大的計(jì)算能力，也不具備內(nèi)存管理單元(MemoryManaaement Unit，MMU)，這使得微控制器只能處理一些相對(duì)單一和簡單的控制、邏輯等任務(wù)，其廣泛應(yīng)用于設(shè)備控制、傳感器信號(hào)處理等領(lǐng)域，如一些家電產(chǎn)品、工業(yè)設(shè)備、電動(dòng)工具等。

2微控制器的構(gòu)成

微控制器由中央處理器、存儲(chǔ)器、輸入/輸出幾個(gè)部分組成：

·中央處理器：

中央處理器是MCU的核心部件，包括運(yùn)算器和控制器兩個(gè)主要部分。

運(yùn)算器

運(yùn)算器由運(yùn)算部件——算術(shù)邏輯單元(Arithmetic & Logical Unit，簡稱ALU)、累加器和寄存器等幾部分組成。ALU的作用是把傳來的數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)或邏輯運(yùn)算，輸入來源為兩個(gè)8位數(shù)據(jù)，分別來自累加器和數(shù)據(jù)寄存器。ALU能完成對(duì)這兩個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行加、減、與、或、比較大小等操作，最后將結(jié)果存入累加器。

運(yùn)算器有兩個(gè)功能：

(1) 執(zhí)行各種算術(shù)運(yùn)算。

(2) 執(zhí)行各種邏輯運(yùn)算，并進(jìn)行邏輯測試，如零值測試或兩個(gè)值的比較。

運(yùn)算器所執(zhí)行全部操作都是由控制器發(fā)出的控制信號(hào)來指揮的，并且，一個(gè)算術(shù)操作產(chǎn)生一個(gè)運(yùn)算結(jié)果，一個(gè)邏輯操作產(chǎn)生一個(gè)判決。

控制器

控制器由程序計(jì)數(shù)器、指令寄存器、指令譯碼器、時(shí)序發(fā)生器和操作控制器等組成，是發(fā)布命令的“決策機(jī)構(gòu)”，即協(xié)調(diào)和指揮整個(gè)微機(jī)系統(tǒng)的操作。其主要功能有：

(1) 從內(nèi)存中取出一條指令，并指出下一條指令在內(nèi)存中的位置。

(2) 對(duì)指令進(jìn)行譯碼和測試，并產(chǎn)生相應(yīng)的操作控制信號(hào)，以便于執(zhí)行規(guī)定的動(dòng)作。

(3) 指揮并控制CPU、內(nèi)存和輸入輸出設(shè)備之間數(shù)據(jù)流動(dòng)的方向。

微處理器內(nèi)通過內(nèi)部總線把ALU、計(jì)數(shù)器、寄存器和控制部分互聯(lián)，并通過外部總線與外部的存儲(chǔ)器、輸入輸出接口電路聯(lián)接。外部總線又稱為系統(tǒng)總線，分為數(shù)據(jù)總線DB、地址總線AB和控制總線CB。通過輸入輸出接口電路，實(shí)現(xiàn)與各種外圍設(shè)備連接。

·存儲(chǔ)器

存儲(chǔ)器可以分為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和程序存儲(chǔ)器兩大類。

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器用于保存數(shù)據(jù)，程序儲(chǔ)存器用于存儲(chǔ)程序和參數(shù)。

·輸入/輸出-鏈接或驅(qū)動(dòng)不同的設(shè)備

串行通信端口-MCU和不同外設(shè)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，如UART、SPI、12C等。

3微控制器分類

從位數(shù)上分，可以將微控制器分為：4位、8位、16位、32位。在實(shí)際應(yīng)用中，32位占比55%，8位占比43%，4位占比2%，16位占比1%

可以看出32位和8位微控制器是如今使用最廣泛的微控制器。

位數(shù)的區(qū)別，不可以代表微處理器的好壞，并不是位數(shù)越高的微處理器就越好，也并不是位數(shù)越低的微處理器就越差。

8位MCU是多功能的;它們提供簡單的編程、能源效率和小型封裝尺寸(有些只有六個(gè)引腳)。但是這些微控制器通常不是用來實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)和通信功能的。

最常見的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和通信軟件堆棧是16位或32位。通信外圍設(shè)備可用于一些8位設(shè)備，但16位和32位MCU 往往是更有效的選擇。盡管如此，8位MCU通常用于各種控制、傳感和接口應(yīng)用程序。

從架構(gòu)上分，可以把微控制器分為：RISC(Reduced Instruction Set Computers，精簡指令集計(jì)算機(jī))和CISC(Complex Instruction Set Computers，復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī))這兩類。

RISC是一種執(zhí)行較少類型計(jì)算機(jī)指令的微處理器，起源于80年代的MIPS主機(jī)(即RISC機(jī))，RISC機(jī)中采用的微處理器統(tǒng)稱RISC處理器。這樣一來，它能夠以更快的速度執(zhí)行操作(每秒執(zhí)行更多百萬條指令，即MIPS)。因?yàn)橛?jì)算機(jī)執(zhí)行每個(gè)指令類型都需要額外的晶體管和電路元件，計(jì)算機(jī)指令集越大就會(huì)使微處理器更復(fù)雜，執(zhí)行操作也會(huì)更慢。

CISC包括一個(gè)豐富的微指令集，這些微指令簡化了在處理器上運(yùn)行的程序的創(chuàng)建。指令由匯編語言所組成，把一些原來由軟件實(shí)現(xiàn)的常用的功能改用硬件的指令系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，編程者的工作因而減少許多，在每個(gè)指令期同時(shí)處理一些低階的操作或運(yùn)算，以提高計(jì)算機(jī)的執(zhí)行速度，這種系統(tǒng)就被稱為復(fù)雜指令系統(tǒng)。

4總結(jié)

當(dāng)今汽車電子工程師面臨的一大嚴(yán)峻挑戰(zhàn)就是構(gòu)建一個(gè)低成本、無故障，甚至在發(fā)生故障時(shí)也能工作的汽車系統(tǒng)，在汽車性能逐漸提升的當(dāng)下，微控制器有望提升汽車電子控制單元的性能。

審核編輯：湯梓紅