藍(lán)牙技術(shù)在汽車(chē)中的應(yīng)用分析

　　基于微控制器的系統(tǒng)發(fā)展日趨精密，給汽車(chē)應(yīng)用帶來(lái)了新功能，同時(shí)也給這些產(chǎn)品認(rèn)證工程帶來(lái)了新挑戰(zhàn)。隨著 RF 技術(shù)（如藍(lán)牙和 Wi-Fi）應(yīng)用越來(lái)越廣泛，在解決管理?xiàng)l例遵守和法律責(zé)任問(wèn)題方面帶來(lái)更高的要求。這些問(wèn)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(hù)提供了高度透明的附加值，不僅可影響購(gòu)買(mǎi)決策，而且還可以發(fā)揮高成本效率以及為進(jìn)入汽車(chē)行業(yè)作好鋪墊。這種挑戰(zhàn)將以客戶(hù)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(lái)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(kāi)發(fā)周期一開(kāi)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(wèn)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(chē)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(chē)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(guò)重的開(kāi)發(fā)成本和在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)后期糾正錯(cuò)誤選擇所帶來(lái)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(chē)應(yīng)用、FCC 和 BQB 的重復(fù)要求而帶來(lái)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(chē)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(chē)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(chē)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(chē)／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(xiāo)售的電氣產(chǎn)品的最常見(jiàn)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(chē)應(yīng)用和非汽車(chē)應(yīng)用也遵守同樣的要求。該檢測(cè)級(jí)別視產(chǎn)品的類(lèi)型而有所變化。

　　2.3 EMC 檢測(cè)軟件

　　美國(guó)汽車(chē)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(lái)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(chē)品質(zhì)／可靠性文檔頒布的。

　　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(guò)程，該過(guò)程可全程跟蹤軟件開(kāi)發(fā)周期以便采取措施來(lái)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(kāi)發(fā)周期進(jìn)行檢測(cè)。除了一般用于軟件開(kāi)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(kāi)銷(xiāo)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(mén)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(kāi)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。

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圖 1. I/O 圖

　　 4.0 汽車(chē)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(chē)應(yīng)用。

　　此外，汽車(chē)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(hù)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(chē)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(xiàn)電收發(fā)器。這些機(jī)制減少內(nèi)部開(kāi)關(guān)電流，效果是減少功耗和減少EMI。藍(lán)牙無(wú)線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(chē)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(kāi)發(fā)符合汽車(chē)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(kāi)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(guò)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(xiàn)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(guò)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(chē) EMC/EMS 要求。這意味著最終產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)人員不必執(zhí)行所有檢測(cè)過(guò)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(lèi)檢測(cè)過(guò)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(kāi)發(fā)人員很有幫助，為他們提供了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和鑒定的可靠起始點(diǎn)。