复旦微

前言

近些年来,电池技术在不断发展和革新,在碳中和大背景推动下,全球锂电池市场不断激增。

为最大程度利用锂电池能量,确保充放和使用的智能化及精准化,电池管理系统(Battery Management System, BMS)必不可少。BMS是保证动力电池使用安全的控制系统,可以时刻监控电池的健康状态。智能化管理及维护各个电池单元,采用主动或被动均衡方式管理电池充电,防止电池出现过充电和过放电。同时也可以估算锂电池剩余电量,方便用户合理规划使用。

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图1. BMS特性图(图片摘自美国科罗拉多州立大学官网)

目前主流的BMS架构是通过图2中的AFE (电池采样芯片)进行电芯电压和温度等信息的采集和电池均衡功能;复旦微MCU作为主控,主要作用是电流采集和电池包的总压采集、充放电逻辑控制、电池健康状态计算、对外通信 (通常需要CAN通信隔离收发器),AFE通过SPI通信将采集的信息传输到MCU;MCU的供电一般采用隔离供电,电池经过隔离DC-DC降压变换器给MCU供电以及控制充放电MOS电路进行电池包的充放电管理。

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图2. 基于复旦微FM33LG0xx系列MCU的BMS应用框图

目前例如48V家储、E-Bike、电动摩托车、叉车/AGV、基站备电、便携式储能的BMS多采用这种架构;而1500V的高压集储、800V家储以及380V工商业储能,需要通过电池包并联或串联组合以达到更高的送电功率,因此其BMS架构也会比较复杂,如图3是目前较为主流的三级架构的BMS方案。

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图3. BMS储能架构系统图

分为单体电池管理模块(BMU)、电池组/簇管理模块 (BCMU)、电池堆管理系统 (BAMS),架构之间的通信利用CAN总线进行数据通信;储能系统采用这种模块化设计,可扩展性强,可以实现定制化服务。

复旦微MCU在BMS应用的优势

主推型号:FM33LE0xx系列,FM33LC0xxN系列,FM33LG0xx系列;

超低功耗

多达5种低功耗运行模式;稳定的超低深度睡眠功耗1uA(RTC保持);支持IWDT睡眠模式停止计数;VBAT独立供电引脚支持RTC独立供电;    

高可靠设计

1.65~5.5V超宽范围工作电压;上下电复位机制;双WDT;晶振停振检测;引脚滤波、复位滤波.    

具备安全特性

AES硬件运算单元,128/192/256-bit;真随机数发生器;用户代码保护;功能安全自检库.    

个性化电路

片上可配置高速RC振荡器,可配置频率输出,出厂调校误差+/-0.5%;可编程胶合逻辑PGL;集成多个OPA、比较器.    

丰富的外设和资源

数字外设:CAN、I2C、SPI、UART、LPUART、I2C_SMB模拟外设:ADC、DAC、COMP、OPA、PGLFlash资源:64K~512K封装形式:32pin~100pin    

复旦微MCU低功耗性能优越,可靠性高,资源及外设丰富,在铅酸电池软件保护板、新国标锂电池软件保护板、12V/24V锂电池软件保护板、电动三轮车、低速车、AGV、家庭储能、便携式储能、1500V高压集储等BMS应用场景广泛应用。

复旦微MCU团队深耕于智能电表MCU,在能源应用、工业应用、汽车工业等可靠性要求高、应用环境严苛的领域积累了大量的技术经验。

复旦微MCU团队坚持以技术创新为核心,用心服务为宗旨,积极布局工业、智能家电、汽车电子、新能源等应用领域。在未来,复旦微MCU团队将持续推出具备行业前瞻性应用的产品,以专业的客户服务,创新的技术来助力行业领域发展。

来源:复微MCU爱好者天地

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11月6至8日,深圳国际电子展暨嵌入式系统展(ELEXCON 2022)顺利举行。上海复旦微电子集团股份有限公司复旦微MCU团队携手合作伙伴一起参展,为大家展示复旦微MCU的主要产品。

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上海复旦微电子集团股份有限公司是国内最早起步进行智能电表专用MCU芯片研发、设计及应用的芯片设计公司。从上世纪90年代初开始,深耕智能电表领域二十年,成为智能电表专用MCU的领头羊。公司在不断推出满足市场需求的低动耗MCU产品系列的同时,也在不断完善产品的生态系统,致力于为客户提供可靠性高、平台化优、易用性强、资源丰富的MCU产品。目前复旦微MCU已广泛应用智能电表、汽车电子、智能水气热表、工业控制、仪器仪表、电机驱动汽车电子、智慧家电、健康医疗、物联网、新能源等多个领域。

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复旦微此次参展产品主要有车用芯片FM33LG0A和FM33FT0A系列、FM33LE0系列、FM33FR0系列、FM33LC0系列、FM33LG0系列、FM33A0XXEV系列、FM33G0系列、FM33L0系列、FM331X系列等多个低功耗MCU系列产品,以及基于复旦微MCU开发的多种智能产品,涵盖蓝牙、LORA、NB-IoT的多种物联网表,NB温湿度气压计、冷链记录仪、900M超高频RFID解决方案、智能门锁、BLDC直流无刷电机控制评估板,电梯层召板、洗衣机显控一体板、冰箱压缩机控制板、空调内机主控板、血糖仪、胎心仪、理疗仪等智慧健康医疗产品。

展位实况

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引言与说明

现有的制冷技术可以分为两大类,第一类是较为传统的压缩气体制冷技术,主要特征为使用易压缩气体作为热介质,利用气体变化实现热量转移,常见的工作气体有氨气、二氧化碳、氟利昂等,这些气体泄露后会造成大气环境污染。第二类则为近些年来新兴的清洁制冷技术,常见的有半导体制冷技术和磁制冷技术,半导体制冷又称为温差电制冷,是一种发展较为成熟的新型制冷方式。

现有的国产新冠疫苗,保存温度大都在2-8℃之间,其他常见疫苗也保存在这个温度区间,例如,狂犬病疫苗、百白破疫苗、甲肝疫苗、脊髓灰质炎糖丸、麻疹疫苗等。

本课题设计了一款用于保存疫苗的半导体制冷设备,硬件系统包括主控电路、制冷电路、开关检测电路、显示电路、照明电路等模块;软件系统包括主程序、DS18B20传感器驱动函数、LCD屏幕驱动函数、开关检测函数、PID算法函数,制冷片控制函数等部分。

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图 制冷系统结构图

主控芯片

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处理器内核:ARM Cortex-M0架构,支持MPU,支持用户/特权模式,64MHz主频,SWD接口,24bit Systick定时器。  

低功耗平台:典型运行功耗130uA/MHz@48MHz,Sleep模式3.3uA typ,DeepSleep模式,RTC走时+全部RAM保持+CPU内核保持,1.5uA typ。 

大容量储存器:256KB Flash空间,32 KB RAM,100000次Flash寿命,自带用户代码保护功能。 

丰富的模拟外设:高可靠、可配置BOR电路,超低功耗PDR电路可编程电源监测模块,3个低功耗模拟比较器,12bit 2Msps SAR-ADC,12bit 1Msps DAC,内置基准电压产生电路,高精度温度传感器(±2℃)。  

通用通信接口:5个UART接口,3个LPUART接口,1个7816智能卡接口,3个主从模式SPI,1个主从模式I2C,1个CAN2.0B接口,7通道外设DMA,可编程CRC校验模块。 

定时器资源:一个16bit高级定时器,最高PWM分辨率120MHz,3个16bit通用定时器,1个32bit基本定时器,1个16bit基本定时器,1个24bit Systick,1个32bit低功耗定时器,1个16bit低功耗定时器,2个看门狗定时器,一个低功耗实时时钟日历(RTCC)。 

LCD资源:芯片内部集成LCD接口,最大支持4COM×44SEG/ 6COM×42SEG/ 8COM×40SEG三种显示方案,支持休眠显示。

传感器工作介绍

本设计使用DS18B20温度传感器。该传感器由DALLAS公司生产,工作电压为3.3~5.5V,温度测量范围为-55℃~125℃,温度测量精度为1℃,分辨率有多种选择,分别对应多种采样时间,如下表所示。

DS18B20分辨率和采样时间

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根据传感器芯片手册编写驱动代码,分别有:复位函数、写入函数、读取函数;各函数结构如下:

复位指令:480-960us拉低+15-60us拉高+回传60-240us低电平

读取指令:1us拉低+15us后读取

写入指令:1us拉低+15-60us中读取

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图 DS18B20复位时序

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图 DS18B20读取时序

根据时序图的要求,我们采用延迟函数实现电平的延迟,采用GPIO设置函数实现电平的设定。在完成基础函数的搭建后,根据DS18B20传感器的工作要求,即可实现温度数据的获取。

人机交互界面介绍

根据FM33LG048芯片内置的LCD显示接口,本设计采用四端口模式来实现人机交互,通过连接4个控制端口(设计采用PA0-PA3),25个数据端口,将温度数据发送到显示屏上,实现数据的可视化。

温度控制介绍

本设计采用位置型PID算法调节温度,共有三个环节分别为:比例控制环节、积分控制环节、微分控制环节。

比例控制(P,proportion):能够成比例控制偏差信号。当出现偏差信号时,偏差信号和比例增益一起产生作用,因而可以提高系统的反应速度。的大小会直接影响系统稳定性,当参数过大时,系统反应速度会明显提高,但是超调量会增加,很容易产生振荡。当参数过小时,系统反应速度慢且调节效果差,造成大量资源浪费。因而,单纯的比例控制并不能获得稳定的效果,需要加入积分微分环节。

 

积分控制(I,integral):能够减小系统的稳态误差和静态误差。当出现偏差信号时,积分环节始终会发生作用。参数决定了积分作用的强弱,的大小和积分作用呈反比关系。在积分时间充足的条件下,积分控制可以完全消除静态误差。但是积分控制和比例控制一样,作用太强也会产生超调震荡。

微分控制(D,differential):能够减小系统的动态误差。当出现偏差信号时,微分环节能够给出修正信号,避免偏差信号快速变大带来的调节失效。参数决定了微分修正的大小,当过大时,系统误差变化赶不上修正变化,会产生震荡现象。当输入没有变化时,微分控制不起作用,因此需要和比例控制、积分控制一起使用。

PID控制器具有三者的优点,比例控制器可以提高反应速度,积分控制器消除静态误差、微分控制器预判系统误差发展趋势,选择合适的、、可以实现快速调节输出量。

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图  温度输出函数流程图

创新点

1、采用国产单片机芯片FM33LG048完成了半导体制冷系统设计,并制作实物设备完成性能检测实验。

2、开发基于FM33LG048单片机的DS18B20传感器驱动代码。

3、提出不同的使用场景下的制冷方案,从而为不同需求的用户提供个性化方案。

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图 系统制冷测试状态(红色LED为继电器吸合指示灯)


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图 LCD全显示状态图

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图  主程序流程图

来源:复微MCU爱好者天地

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人类从孩童到白发苍苍,触摸着世界,感受着世界。现如今,许多电子设备具备Touch功能与其进行交互,让木讷的电子设备也能感受到人类的温度。

复旦微电子集团股份有限公司深耕集成电路产业,其MCU团队推出的FM33FR0xx系列MCU产品带有的TSI电容触摸功能,在智能家电、智能家居、智慧能源等方面具有良好的应用。

FM33FR0xx系列的TSI电容触摸功能最大支持14个独立按键通道 (可任意配置为接近检测通道);具有高电容检测灵敏度;支持Baseline调校来补偿外界对于电容的影响;具有防水功能和低功耗检测;TSI不仅支持Button、Slider传统触摸方式,还支持接近感应。

触摸检测原理

现如今Touch技术主要分为自容式和互容式,此外还有自互容一体的。

以自容式为例:

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(A)

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(B)

图1. 自电容触摸原理图

自电容按键连接到电容传感器PAD的单个电极测得电容量为C。C值是由电极及其周围导体形成的静态电容Cs和手指与电极产生的Cf的复合值。

由图1可知,当传感器 PAD处于未被触摸状态的时候,传感器 PAD 和走线的电场仅能耦合到网格铺地上,形成传感器的静态电容Cs。在有手指触摸的情况下,传感器 PAD 和手指之间就通过覆盖层形成了一个对地的电容Cf,这使得传感器 PAD 的电容值变大。因此,TSI 模块通过检测传感器的电容值的变化,可以检测到触摸行为。为了使触摸传感电路更好地工作一般需要在电极上方增加一层覆盖层,厚度可以为1-5毫米,如图1所示。

TSI检测电路

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图2. TSI内部检测电路原理图

TSI模块首先需要通过采样时钟对内部的开关施加FSW的开关信号,用于驱动传感器等效电容Cp进行充放电 (注意,FSW的开关频率至少保证电容是满充满放)。

充放电的电源来源于CREF,如图2所示。为将CREF的电压始终稳定在一个固定的参考电压上,电压比较电路通过采样CREF的电压对IDAC进行闭环控制,如图2 所示。

CP每次进行满充和满放,等于从储能电容CREF取走一个CP的电荷量。从这个角度看,可以将传感器电路和充放电路看作等效电阻Req,进行对地放电,如图3所示。电容的变化就可以看作电流的变化。

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图3、触摸等效电路图

利用Sigma-Delta方法在周期内扫描一个通道,计算IDAC打开的时间占据周期时间的比例,该比例与电容量成一次关系。TSI软件库可衡量这个比例值来检测触摸。

TSI Tuner 软件工具

复旦微电MCU团队致力于为客户提供优质服务。团队开发的TSI Tuner工具旨在为用户能够快速建立触摸应用原型设计,并且可进行参数调整满足客户需求。

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如需想了解更多关于FM33FR0xx系列的TSI功能和TSI Tuner细节,可以点击此链接,如有相关疑问,可在论坛注册后留言。

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复旦微MCU团队于2022年7月正式发布魔方MFANG v2.4,最新上线FM33LE0xx系列,生态进一步完善,使用体验再度提升!

为了给广大用户提供更优质的服务,我们的魔方研发团队积极听取用户建议,不断优化使用体验,让您的芯片配置工作更为简单!

新增LE0系列支持

魔方MFANG v2.4新增FM33LE0xx系列,您可在“个人工作区-新建-新建工程-芯片系列”中选择“FM33LE0xx”,然后选择所需的“芯片型号”来创建新工程。目前支持的FM33LE0xx系列有FM33LE013、FM33LE023、FM33LE015、FM33LE025、FM33LE016和FM33LE026六种型号,广大复旦微MCU爱好者可轻松实现可视化的LE0系列配置操作,快来上手体验吧!

“再添新家族,魔方MFANG

“再添新家族,魔方MFANG

更丰富的配置例程

魔方MFANG v2.4现已发布FM33LG0系列、FM33LC0系列的多个官方例程,如LPUART0_TXRXQuery, RTCA_ReadWrite, COMP1_IRQ…… 支持用户选择“新建-从例程模板新建”或者“新建-新建工程-工程来源-从例程模板导入”,极大简化用户开发工作。更多例程将陆续发布,敬请期待!

“再添新家族,魔方MFANG

“再添新家族,魔方MFANG

“再添新家族,魔方MFANG

FM33LE0xx系列MCU

FM33LE0xx系列MCU是复旦微推出的最新产品,该系列是FM33LC0xx系列的成本友好版本,在保证硬件兼容的基础上,复旦微MCU团队对其片上存储资源和外设资源进行了更加精准的规划,并且优化了部分功能。该系列与客户端的需求契合度更高,为客户端的产品研发提供了更多可能性。

该系列是基于ARM Cortex-M0内核的32位低功耗MCU芯片,最高主频为64MHz,提供最大128KB FLASH & 16KB RAM,片上集成LCD驱动、带温补的RTC、SAR-ADC、AES加密,以及丰富的通用外设接口;支持多种封装形式,包括:LQFP64 / LQFP48 / QFN32 / TSSOP24;广泛适用于物联通讯、智能家居、BMS、工业控制、智能家电、冷链运输等多种领域,用户可根据实际情况无障碍替换LC0系列产品,从而大大节约时间和资金成本。

“再添新家族,魔方MFANG

“再添新家族,魔方MFANG

关于魔方MFANG

MFANG是复旦微MCU团队推出的一款专业的垂直在线芯片应用、配置工具,复旦微MCU用户可便捷高效地完成复旦微MCU芯片配置并一键生成工程代码。最新推出的MFANG v2.4提供芯片可视化配置、工程管理、产品索引、例程中心、资料下载中心、时钟树配置等多种实用功能,支持LC0、LG0和LE0系列MCU,可满足广大复旦微MCU用户的开发工作需求,极大缩短MCU开发周期。
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这么实用的工具,

还等什么,赶快上手体验吧 !

魔方MFANG v2.4 入口:

https://mfang2.fmdevelopers.com.cn/

也可以通过 复旦微开发者论坛 入口跳转:

http://www.fmdevelopers.com.cn/

(原有用户可用先前的注册邮箱直接作为MFANG v2.4的账户)

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引言与说明

现有的制冷技术可以分为两大类,第一类是较为传统的压缩气体制冷技术,主要特征为使用易压缩气体作为热介质,利用气体变化实现热量转移,常见的工作气体有氨气、二氧化碳、氟利昂等,这些气体泄露后会造成大气环境污染。第二类则为近些年来新兴的清洁制冷技术,常见的有半导体制冷技术和磁制冷技术,半导体制冷又称为温差电制冷,是一种发展较为成熟的新型制冷方式。

现有的国产新冠疫苗,保存温度大都在2-8℃之间,其他常见疫苗也保存在这个温度区间,例如,狂犬病疫苗、百白破疫苗、甲肝疫苗、脊髓灰质炎糖丸、麻疹疫苗等。

本课题设计了一款用于保存疫苗的半导体制冷设备,硬件系统包括主控电路、制冷电路、开关检测电路、显示电路、照明电路等模块;软件系统包括主程序、DS18B20传感器驱动函数、LCD屏幕驱动函数、开关检测函数、PID算法函数,制冷片控制函数等部分。

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图 制冷系统结构图

主控芯片

“基于复旦微MCU的半导体制冷器方案"

处理器内核:ARM Cortex-M0架构,支持MPU,支持用户/特权模式,64MHz主频,SWD接口,24bit Systick定时器。

低功耗平台:典型运行功耗130uA/MHz@48MHz,Sleep模式3.3uA typ,DeepSleep模式,RTC走时+全部RAM保持+CPU内核保持,1.5uA typ。

大容量储存器:256KB Flash空间,32 KB RAM,100000次Flash寿命,自带用户代码保护功能。

丰富的模拟外设:高可靠、可配置BOR电路,超低功耗PDR电路可编程电源监测模块,3个低功耗模拟比较器,12bit 2Msps SAR-ADC,12bit 1Msps DAC,内置基准电压产生电路,高精度温度传感器(±2℃)。

通用通信接口:5个UART接口,3个LPUART接口,1个7816智能卡接口,3个主从模式SPI,1个主从模式I2C,1个CAN2.0B接口,7通道外设DMA,可编程CRC校验模块。

定时器资源:一个16bit高级定时器,最高PWM分辨率120MHz,3个16bit通用定时器,1个32bit基本定时器,1个16bit基本定时器,1个24bit Systick,1个32bit低功耗定时器,1个16bit低功耗定时器,2个看门狗定时器,一个低功耗实时时钟日历(RTCC)。

LCD资源:芯片内部集成LCD接口,最大支持4COM×44SEG/ 6COM×42SEG/ 8COM×40SEG三种显示方案,支持休眠显示。

传感器工作介绍

本设计使用DS18B20温度传感器。该传感器由DALLAS公司生产,工作电压为3.3~5.5V,温度测量范围为-55℃~125℃,温度测量精度为1℃,分辨率有多种选择,分别对应多种采样时间,如下表所示。

“基于复旦微MCU的半导体制冷器方案"

根据传感器芯片手册编写驱动代码,分别有:复位函数、写入函数、读取函数;各函数结构如下:

复位指令:480-960us拉低+15-60us拉高+回传60-240us低电平

读取指令:1us拉低+15us后读取

写入指令:1us拉低+15-60us中读取

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图 DS18B20复位时序

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图 DS18B20读取时序

根据时序图的要求,我们采用延迟函数实现电平的延迟,采用GPIO设置函数实现电平的设定。在完成基础函数的搭建后,根据DS18B20传感器的工作要求,即可实现温度数据的获取。

人机交互界面介绍

根据FM33LG048芯片内置的LCD显示接口,本设计采用四端口模式来实现人机交互,通过连接4个控制端口(设计采用PA0-PA3),25个数据端口,将温度数据发送到显示屏上,实现数据的可视化。

温度控制介绍

本设计采用位置型PID算法调节温度,共有三个环节分别为:比例控制环节、积分控制环节、微分控制环节。

比例控制(P,proportion):能够成比例控制偏差信号。当出现偏差信号时,偏差信号和比例增益一起产生作用,因而可以提高系统的反应速度。的大小会直接影响系统稳定性,当参数过大时,系统反应速度会明显提高,但是超调量会增加,很容易产生振荡。当参数过小时,系统反应速度慢且调节效果差,造成大量资源浪费。因而,单纯的比例控制并不能获得稳定的效果,需要加入积分微分环节。

积分控制(I,integral):能够减小系统的稳态误差和静态误差。当出现偏差信号时,积分环节始终会发生作用。参数决定了积分作用的强弱,的大小和积分作用呈反比关系。在积分时间充足的条件下,积分控制可以完全消除静态误差。但是积分控制和比例控制一样,作用太强也会产生超调震荡。

微分控制(D,differential):能够减小系统的动态误差。当出现偏差信号时,微分环节能够给出修正信号,避免偏差信号快速变大带来的调节失效。参数决定了微分修正的大小,当过大时,系统误差变化赶不上修正变化,会产生震荡现象。当输入没有变化时,微分控制不起作用,因此需要和比例控制、积分控制一起使用。

PID控制器具有三者的优点,比例控制器可以提高反应速度,积分控制器消除静态误差、微分控制器预判系统误差发展趋势,选择合适的、、可以实现快速调节输出量。

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图 温度输出函数流程图

创新点

1、采用国产单片机芯片FM33LG048完成了半导体制冷系统设计,并制作实物设备完成性能检测实验。

2、开发基于FM33LG048单片机的DS18B20传感器驱动代码。

3、提出不同的使用场景下的制冷方案,从而为不同需求的用户提供个性化方案。

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图 系统制冷测试状态(红色LED为继电器吸合指示灯)

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图 LCD全显示状态图

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图 主程序流程图

来源:复微MCU爱好者
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围观 95

IEC 60730安全标准定义了多种测试和诊断方法,确保面向家用电器的嵌入式控制硬件和软件的安全运行,为了实现功能安全,必须消除系统出现故障时产生危害的风险。

适用设备分类

IEC 60730标准涵盖了交流电器的机械、电气、电子、EMC和交流电器的异常操作,其中为电子控制器软件定义了三种类别:

Class A: Not intended to be relied upon for the safety of the equipment. (如房间恒温器、湿度控制、照明控制、计时器、开关等)

Class B: To prevent unsafe operation of the controlled equipment. (如洗衣机Keil uVision 5工程移植方法、洗碗机、烘干机、冰箱、智能炊具等)

Class C: To prevent special hazards. (如自动燃烧器控制、封闭的热水器的热切断等)

“复旦微MCU之IEC60730

IEC60730 Class B

复旦微MCU提供的IEC60730 Class B软件库包括一系列测试用例,为用户提供了快速集成IEC 60730测试的途径,可以显著减少开发工作、时间和成本,帮助大型电器市场的自动化控制制造商满足IEC60730 Class B规范。目前,该软件库支持的芯片系列有:FM33LC0系列,FM33LG0系列。

IEC60730 Class B软件库包含:启动时测试,运行时测试。

启动时测试内容:CPU寄存器自检,程序计数器PC自检,Flash内容完整性校验,RAM功能自检,系统时钟和中断自检;

运行时测试内容:CPU部分寄存器自检,Flash内容完整性校验,RAM功能分块自检,栈上溢下溢检测,系统时钟和中断自检。

部分检测功能可通过修改宏定义值进行开关和配置。

变量存储方式:源码+反码校验,存储在一对相邻的独立区域内。测试运行出现异常时,软件库提供统一的错误处理函数,便于用户对错误进行处理。

下图为IEC60730 Class B软件库的文件结构:

“复旦微MCU之IEC60730

该软件库需占用一些外设和Flash、RAM空间,用户可能会在集成软件库过程中遇到问题时使用串口或IO口来指示当前测试状态和调试,因此用户在MCU选型时需要考虑自身产品使用的资源和保证软件库用以完成任务的资源。

软件库的设计理念:底层实现和应用分离。所有底层操作相关代码均被放置在platform文件夹下的([芯片系列]_impl.c/.h)中,用户可修改各函数实现来调整软件库使用的资源。

上面介绍的复旦微MCU IEC60730 Class B软件库包括一系列测试用例,为用户提供了快速集成IEC 60730测试的途径,可以显著减少开发工作、时间和成本,帮助大型电器市场的自动化控制制造商满足IEC60730 Class B规范。接下来主要讲解启动和运行时的测试内容。

IEC60730 Class B软件库包含:启动时测试,运行时测试。

“复旦微MCU之IEC60730

“复旦微MCU之IEC60730

CPU寄存器自检

覆盖了除“程序计数器PC”以外的所有寄存器(R0~R12、PSP/MSP、LR、APSR、PRIMASK、CONTROL寄存器)。

自检方法:使用“静态存储器测试(Static memory test)”,向寄存器写入特定测试特征,检测寄存器是否具有该错误。先使用较为复杂的测试流程对R0寄存器完整性进行验证,然后使用R0寄存器作为辅助寄存器来测试其他寄存器。

自检差异:不同的ARM Cortex-M内核支持的指令集不同,则自检实现方式存在一定差异。

覆盖范围:启动时:R0~R12、PSP/MSP、LR、APSR、PRIMASK、CONTROL;运行时:R0~R12。

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程序计数器自检

自检方法:①使用启动时功能测试(Functional test)进行检测,软件库在两个特殊地址(可覆盖测试特征)放置了特别的检测函数,可比较返回值和预先定义值来验证程序计数器;②使用独立的时间片监测(Independent time-slot monitoring of the program sequence)方法,通过看门狗定时器进行程序计数器检测(看门狗定时器保证了程序执行流程的正确)。

执行阶段:仅在启动时执行。

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FLASH内容完整性校验

自检方法:周期性修改检查,先在FLASH映像文件后附件一个CRC32校验值(对代码空间进行计算得到的),通过CRC算法对相同空间计算CRC32校验值,并对二者进行比对验证完整性。

覆盖范围:启动时:一次性对全程序空间进行计算并比对;运行时:分时-固定的块大小-全程序空间分块计算-比对(分块原因:全代码空间校验耗时较长,严重影响主程序的实时性)。

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RAM自检

自检方法:周期性静态存储器测试(Periodic static memory test),通过执行March C/March X测试来覆盖RAM存储器的该项故障。RAM自检期间Class B软件库将暂时屏蔽中断(关键寄存器内容在开始前全部保存至备份寄存器中)。

覆盖范围:启动时:全RAM空间-March C测试;运行时:覆盖Class B软件库的安全变量存储区域和用户指定的空间范围。

“复旦微MCU之IEC60730

系统时钟自检

自检方法:使用频率监测(Frequency monitoring)的方法。启动时,自检将尽量利用芯片的特定外设功能;若没有可利用的外设,软件库会使用和运行时测试相同的软件方法。运行时,自检将采用一个独立时钟源(低速时钟、RCLP或RCLF)驱动的定时器,在其一个完整的计数周期内,记录另一个使用系统时钟驱动的定时器的溢出次数,然后将溢出次数和理论值进行比较,判断是否在能够容忍的范围内;芯片拥有时钟校准模块(CCL)的情况下,软件库将直接使用该模块进行时钟频率捕获。

自检差异:启动时:测试程序启动定时器并延时等待测试结果,并进行比较/或者使用特定外设;运行时:测试程序维护一个测试运行标志位,依据标志位情况,控制定时器启动、等待和进行比较/或者使用CCL进行测试。

“复旦微MCU之IEC60730

中断频率自检

自检方法:使用时间片监测(Time-slot monitoring)的方法,运行时,采用一个独立时钟源(低速时钟、RCLP或RCLF)驱动的定时器,在一个完整的计数周期内记录中断次数,并将该次数和理论值进行比较,判断其是否在用户配置的容差范围内。中断频率自检(仅在运行时执行)和系统时钟自检采用同一套软件测试方法,所需的独立频率定时器也可以直接复用。

“复旦微MCU之IEC60730

栈溢出检测

该测试为额外可选的检测内容,非IEC 60730标准强制要求,旨在对程序的栈溢出错误进行覆盖。

自检方法:软件库修改链接器配置文件,将栈放置在特定位置(RAM区域末尾),在其首尾加入4个字的保护特征。运行时测试中,如果检测到该特征被改写,则发生了上溢/下溢。

执行阶段:仅在启动时执行。

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IEC 60730安全标准定义了多种测试和诊断方法,确保面向家用电器的嵌入式控制硬件和软件的安全运行,为了实现功能安全,必须消除系统出现故障时产生危害的风险。

适用设备分类

IEC 60730标准涵盖了交流电器的机械、电气、电子、EMC和交流电器的异常操作,其中为电子控制器软件定义了三种类别:

Class A: Not intended to be relied upon for the safety of the equipment. (如房间恒温器、湿度控制、照明控制、计时器、开关等)

Class B: To prevent unsafe operation of the controlled equipment. (如洗衣机Keil uVision 5工程移植方法、洗碗机、烘干机、冰箱、智能炊具等)

Class C: To prevent special hazards. (如自动燃烧器控制、封闭的热水器的热切断等)

“复旦微MCU之IEC60730

IEC60730 Class B

复旦微MCU提供的IEC60730 Class B软件库包括一系列测试用例,为用户提供了快速集成IEC 60730测试的途径,可以显著减少开发工作、时间和成本,帮助大型电器市场的自动化控制制造商满足IEC60730 Class B规范。目前,该软件库支持的芯片系列有:FM33LC0系列,FM33LG0系列。

IEC60730 Class B软件库包含:启动时测试,运行时测试。

启动时测试内容:CPU寄存器自检,程序计数器PC自检,Flash内容完整性校验,RAM功能自检,系统时钟和中断自检;

运行时测试内容:CPU部分寄存器自检,Flash内容完整性校验,RAM功能分块自检,栈上溢下溢检测,系统时钟和中断自检。

部分检测功能可通过修改宏定义值进行开关和配置。

变量存储方式:源码+反码校验,存储在一对相邻的独立区域内。测试运行出现异常时,软件库提供统一的错误处理函数,便于用户对错误进行处理。

下图为IEC60730 Class B软件库的文件结构:

“复旦微MCU之IEC60730

该软件库需占用一些外设和Flash、RAM空间,用户可能会在集成软件库过程中遇到问题时使用串口或IO口来指示当前测试状态和调试,因此用户在MCU选型时需要考虑自身产品使用的资源和保证软件库用以完成任务的资源。

软件库的设计理念:底层实现和应用分离。所有底层操作相关代码均被放置在platform文件夹下的([芯片系列]_impl.c/.h)中,用户可修改各函数实现来调整软件库使用的资源。

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FM33FR0xx系列MCU

复旦微电子又添新家族!秉承专“芯”成就未来的宗旨,复旦微电子从客户的实际需求出发,规划并研发了FM33FR0xx系列MCU。

““芯”品

随着科技的进步人们的生活水平显著提高,越来越多的智慧家电产品开始走进千家万户。家电产品的智能化升级换代离不开微控制器的支持,高处理能力、大存储容量、丰富的外设、支持在线升级等逐渐成为MCU选型的标配。复微MCU近期推出的FM33FR0xx系列是一款兼具功能与性能的明星新品,该系列在FM33LC0xx系列基础上优化提升,针对家电应用需求进行设计研发。同时,FM33FR0xx增加了更多外设,集成了电容触摸按键控制器,双路CAN和双路LIN,并保持一贯的优异低功耗表现,是白色家电、智能家居、新能源和汽车电子领域的有力之选!

““芯”品

该系列基于32位 ARM Cortex-M0内核,最高主频为48MHz,提供最大384KB Program FLASH,8KB Data FLASH(50万次擦写),flash支持ECC;最大32KB RAM,带有奇偶校验;拥有多种封装形式,包括:LQFP44 / LQFP48 / LQFP64 / LQFP80 / LQFP100。除此以外,FM33FR0xx系列MCU还有如下亮点:

TOUCH

集成电容触摸按键控制器,具备Touch功能,最大支持14个独立安检通道。可支持自电容检测和互电容检测,按键电容范围:5~50pF,具有低功耗、防水、硬件滤波等特点。

LCD

LCD段码显示驱动电路,最大支持4COM×44SEG / 6COM×42SEG / 8COM×40SEG。

LED

LED段码驱动,最大支持8SEG×32DIG,扫描模式下可实现键盘扫描功能,最大支持4×4实现16个按键的扫描。

TAU

集成TAU定时器阵列单元,支持2组共12个独立的16bit向上计数器。

FSCAN

最大支持2路独立的FSCAN模块,可用于经典CAN总线数据收发;带有双CAN总线,支持CAN 2.0A和2.0B协议。

I2C-SMBUS

最大支持2路独立I2C-SMBus,可实现MCU与外部I2C或SMBus器件之间的同步通信。另有多达4个I2C主机。

ADC

片上2Msps 12bit SAR-ADC,最大23CHs,可实现温度、电池电压或外部输入直流/交流信号的采样。

COMPARATOR

集成2个比较器,其中1个为rail-to-rail比较器,支持轨到轨输入及多种功耗模式;1个为低功耗比较器,其典型功耗为200nA。

HDIV

内置HDIV硬件除法器,可帮助软件加速除法运算。

PGL

内置PGL功能,可实现简单的胶合逻辑,帮助减少系统设计PCB上的逻辑器件。

AES

内置安全功能。具有AES硬件运算单元128 / 192 / 256-bit,支持ECB / CBC / CTR / GCM / GMAC模式;内置TRNG;内置全球唯一识别码UID号。

IEC 60730

支持家用电器安全标准IEC 60730和行业相关标准IEC 61508。

“”“芯”品

为了实现客户端快速有效的产品开发进程,复旦微MCU团队也一直在同步进行生态的更新与完善。我们的每款系列产品都配备相应的开发板辅助工程师进行功能验证;专业的垂直在线芯片配置工具魔方MFANG可助力芯片配置并一键生成工程代码;复旦微开发者论坛为广大复微MCU用户提供了丰富的软硬件开发资料供大家参考和交流;微信公众号复微MCU爱好者天地为大家提供信息获取和交流的入口,尽可能在不同层面节省客户端的开发成本。

FM33FR0xx系列是一款高集成度、易用、大容量的低功耗MCU产品,兼具功能与性能,可满足客户端的多种应用场景。复旦微MCU团队将持续调研客户端的需求,对产品做进一步的迭代升级,敬请期待!

“”“芯”品

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导语:“缺芯”事件给国产芯片厂商提供了进入汽车市场的“窗口期”。

“窗口期”迎来机遇

汽车芯片长期以来由全球少数几家垄断,而从去年以来的“缺芯”事件给国产芯片厂商提供了进入汽车市场的“窗口期”。

“我们做别的行业,十年前大家对国产MCU接受程度较低,现在慢慢认可了,汽车也一样。汽车也面临从非国产转向国产的过程,只不过汽车确实门槛比较高。现在有比较好的‘窗口’期,我们就组成了攻坚团队,去了解汽车对芯片的要求。”复旦微电子高级工程师、电力电子事业部总经理助理翟金刚在接受第一财经等媒体采访时表示。

12月8日,复旦微电子发布首款车用MCU产品,推出的首款FM33LG0xxA系列MCU目标应用领域包括雨刮器、车窗、座椅位置、车顶、门锁、空调、尾门控制器、电子换挡器、照明控制等。复旦微电力电子事业部技术市场经理王超告诉第一财经,首款车用MCU产品FM33LG0xxA系列预计将在明年第一季度到第二季度上车。

“复旦微FM33LG0xxA车用案例"
复旦微FM33LG0xxA车用案例

“复旦微FM33LG0xxA系列芯片资源"
复旦微FM33LG0xxA系列芯片资源

如何应对困难和挑战?

从全球看,车用MCU市场主要由瑞萨、恩智浦、英飞凌、德州仪器和微芯科技占领,国产MCU市场占比小于1%。王超介绍称,国产芯片厂商面临较高的壁垒。

首先是技术壁垒。王超表示,汽车行业有很多对产品稳定性、安全性、可靠性、寿命方面的技术指标要求。

其次,汽车电子认证过程复杂,需要大投入,短期内很难盈利。车规级芯片要满足功能安全标准ISO26262、质量管理体系认证IATF16949、可靠性标准AEC-Q系列等认证。

此外,在产能紧缺的情况下,国产厂商也面临供应链安全问题。“国内很多MCU厂家在汽车MCU市场基础比较薄弱,出货量非常少。对我们来说,供应链也会有相对比较大的挑战。”王超告诉第一财经。

在全球普遍缺芯的情况下,国内汽车厂商也开始寻求替代方案。王超称,今年有很多车企或零部件厂家给国产MCU提供了进入汽车市场的窗口,对国内厂商而言是非常大的机遇。

“但机遇往往和挑战并存。在这样的时间窗口里,我们怎么把产品做出来,并且顺利上车,通过汽车厂商的测试验证,未来如何继续提高占有率,对我们来说都是非常重要的,也是我们正在思考的。”王超表示。

一旦汽车芯片供应链恢复正常,“窗口期”不再,国内厂商又该如何应对?“做好自己的产品是第一要素。如果产品有问题,肯定走不长久,这个是大前提。”翟金刚告诉第一财经。

其次,是区别于国外厂商的本地化服务。翟金刚介绍称:“我们产品从无到有,到行业广泛使用,核心还是服务。我们提供‘管家式’服务,以前做其他行业时,客户碰到问题了,我们会主动帮忙定位问题,而不是要客户先证明是MCU的问题我才去,否则用户对我的第一感觉就很不好。我们对代理商也都是这么要求的。客户真正用起来,发现国产芯片并不比进口芯片差。”

关于汽车生态

作为芯片设计业的老兵,翟金刚认为,从汽车芯片看,硬件并不难,难在搭建生态,“做MCU没有生态,根本就没办法做大。我们的挑战在于怎么让客户快速转移到国产芯片,给客户提供完备的生态。”

这也是国产芯片厂进入汽车圈面临的壁垒。“做汽车这个行业免不了遇到AUTOSAR(汽车开放系统架构),没有符合AUTOSAR,都不好意思说我是做车用芯片的。”翟金刚笑称。

汽车开放系统架构联盟由全球汽车制造商、零部件供应商及半导体和软件系统公司联合建立,致力于为汽车工业开发一个开放的、标准化的软件架构。不少汽车大厂均要求供应商符合AUTOSAR设计要求,而国内的芯片厂商才刚起步。

翟金刚介绍称,AUTOSAR设计要求打印成文件有3米多高,“AUTOSAR对开发团队的素质要求很高,从软件到硬件,跟你接触的上层技术和下层技术都要懂,要不然干不了,而且没有中文翻译资料,全是英文,我们都是边看边自己翻。”

(此内容为第一财经原创,著作权归第一财经所有。)
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