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详析GMSL在双汽车电子控制单元中的应用

02/06 13:33
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ADI的千兆多媒体串行链路(GMSL)方案可以对数字视频和音频数据进行串行转换,然后通过一对双绞线串行传输。另外,集成双向控制通道可以使能单个微处理器(µC)对串行器解串器和所有连接外设编程。在典型应用中可以省去远端微处理器及相关器件,如:时钟源/晶体和低压电源。此方案不但简化了远端设计,而且降低了系统成本、尺寸和功耗。但是,有些情况下,考虑到GMSL之外的特殊需求,系统中仍然在链路的两端驻留了µC。这篇应用笔记描述了如何连接两个µC,控制GMSL。

双µC应用基础

使用单µC时,如果µC位于串行器侧,通常将串行器/解串器两端控制方向选择引脚(CDS)置为低电平;如果µC位于解串器侧,则将方向控制选择置为高电平。然而,如果将串行器的CDS置低、解串器的CDS置高,则每个GMSL芯片都可以同时连接到各自对应的µC(图1)。

图 1. 简单的双µC应用原理图,CDS设置如图所示

内部操作

使用两个µC时,串行器和解串器的I2C主机都被禁用,而且RX/SDA和TX/SDL由其对应的µC配置为UART接口。由于每个器件都作为本地器件运行,所以不能进入休眠状态。利用对应的低电平有效PWDN引脚控制每个器件进入低功耗状态。切记,当从电源关断状态唤醒时,所有器件设定都复位到它们的上电初始值。

图2. 串行器状态图(CDS = 低电平)

图3. 解串器状态图(CDS = 高电平)

双µC应用中的冲突问题

图1所示配置中,每个µC都可以按照GMSL UART协议与 MAX9259 串行器、 MAX9260 解串器或其它µC通信。GMSL不提供防冲突措施,用户需要自行提供冲突处理措施。

独立组网

防冲突最简单的方法是让每个µC将其附属的串行器/解串器的FWDCCEN和REVCCEN位置0 (0x04 D[1:0])。这种方案禁用正向和反向控制通道的接收器、发送器,而且有效地将控制网络分成两个独立网络(图4)。任何通过串行链路的通信首先需要每一侧的µC重新使能相应链路端的通信。这种设置在"常通"应用中非常有效,其关键链路特定寄存器的设置不会从初始状态改变。

图4. 独立控制网络避免了冲突的可能性

软件冲突处理

在那些两端串行链路间必须通信的应用中,用户可以通过更高层的协议避免冲突(图5)。以下例子中,每个µC都会等待ACK帧来判定其指令是否成功。发生冲突时,串行器/解串器不会发出ACK帧。接收ACK帧失败后,在重新发送指令前,µC会根据它们的器件地址等待一段时间。由于此设计中,微处理器有不同的器件地址,在重试通信时不会出现冲突。

图5. 软件处理冲突的示例

单/双µC应用

某些应用不要求两个µC始终保持工作。工作时,如果任一端的CDS输入改变了状态,相应器件将按照MAX9259数据手册中介绍的链路启动步骤恢复工作。根据需要,在单µC和双µC工作中切换,轮流使能GMSL会占用更少资源。可以关断不用的µC以降低功耗,有助于延长电池寿命。

远端显示示例(解串器)

在下面应用中,链路的解串器侧是一个配置用于遥控电源开/关的显示面板。板子关断输入和单/双µC控制都连接到MAX9260GPIO0的输出端(图6)。一旦上电,GPIO输出高电平,以保持远端器件关闭,解串器由于附加的反相器配置为远端器件。由于MS连接到GPIO,MAX9260在休眠模式下上电,其余所有器件处于低功耗状态。

为了开启遥控面板,串行器唤醒MAX9260并建立串行链路。然后,串行器端的µC设置GPIO0为低电平,使MS置低、反相器输出高电平。反相器设置MAX9260为本地器件,并唤醒远程显示面板的其它电路。MS必须置为低电平,以保持MAX9260 UART接口的基本模式。

如需关断远端面板,则串行器设置GPIO0为高电平来关断远端器件并将MAX9260置为远端器件。然后,在MAX9260内设置SLEEP = 1,使器件进入睡眠模式。

图6. 单/双µC远端显示举例

远程摄像机举例(串行器)

类似于上述例子,链路的串行器侧为配置成远端电源开/关的摄像模组。MAX9259的INT输出控制板子的关断输入和单/双µC切换(图7)。在此应用中,INT作为GPO使用,通过设置SETINT(MAX9259的0x0D D7)或解串器的INT输入对输出进行控制。一旦上电,INT输出为低电平,保持远端器件关断。反相器输出连接到CDS,将串行器配置为远端器件。由于低电平有效AUTOS置为高电平,MAX9259在休眠模式下上电。

如要开启远端面板,解串器通过GMSL UART指令唤醒MAX9259。然后,解串器设置MAX9259的INT输出为高电平,使所有远端器件上电。反相器输出将MAX9259置为本地器件,可通过本地µC接收UART指令。

如要关断远端面板,解串器设置MAX9259的INT输出为低电平,关断远端器件且将MAX9259设置为远端器件。然后,解串器在MAX9259内设置SLEEP = 1,使器件进入睡眠状态。

图7. 单/双µC远端摄像机举例

其它应用

双µC应用并不仅仅限于上述示例。对称、双向控制面板,随着实时的CDS和旁路设置(通过MS)可以启动众多串行器/解串器和µC配置。设计人员需要更高的控制手段提高系统能力并使系统功耗降至最低,最大限度地利用现有资源。

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亚德诺半导体全称为亚德诺半导体技术有限公司(analog devices,inc.)简称ADI。是一家专营半导体传感器和信号处理ic的卓越的供应商,ADI将创新、业绩和卓越作为企业的文化支柱,并基此成长为该技术领域最持久高速增长的企业之一。ADI是业界卓越的半导体公司,在模拟信号、混合信号和数字信号处理的设计与制造领域都发挥着十分重要的作用。

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