8. Краткая история м/п техники и электронно-управляемых устройств

В мире существует не так много фирм, причастных к разработке и изготовлению автомобильной электроники. BOSCH, LUCAS, AC Delco, (Nippon) Denso.Сами автомобильные фирмы имеющие мощные электронные отделы - этоFORD, GMC. Никому не придет в голову при разработке нового двигателя самостоятельно разрабатывать, например, топливные форсунки - обычная практика - такие изделия берут готовые или заказывают по согласованным требованиям у специализированных фирм.

История автомобильной электроники несколько запаздывает по применяемой элементной базе, поскольку требуется время на разработку автомобильных приложений, а также не сразу появляются сертифицированные изделия с расширенным диапазоном температур (бывают т.н. коммерческие - 0-70, индустриальные -40...+85, автомобильные -40...+125(105), военные -55...+125).

Итак, перечислим события в мире электроники и электроники автомобильной. Сие перечисление отнюдь не претендует на полноту. Также следует учесть, что ниже будут названы лишь первое упоминание о тех или иных событиях. Массовое применение тех или иных решений начиналось спустя несколько лет. Однако, как полет Гагарина в 1961 был первым, так и аналогичные события в других областях без сомнения весьма интересны.

Изобретение транзистора - 1948

Интегральная схема - Texas Instruments, 1959(6 транзисторов с внутренними связями)

Fairchild (fair – порядочный, белокурый), 1959, Bob Noyce

К первому серьезному внедрению электронных устройств в автомобиле пожалуй можно назвать применение силовых диодов вместе с генератором переменного тока (Chrysler - 1960, ГАЗ-53 - 1967г.).

Изобретение МОП-транзистора, 1961

Контактно-транзисторное зажигание – GMC, 1962

Регулятор напряжения интегральный – GMC, 1967

Транзисторное управление впрыском – VW, 1967 г., (на лампах -Chrysler - 1957)

ОЗУ 1 кбит – Intel,1969

Управление впрыском топлива L-модификация– BOSCH, 1970

4-разрядный микропроцессор Intel-4004, 1971 (108 кГц, адрес. 640 байтов, 10 мкм, 2300 тр-ров)

8-разрядный микропроцессор Intel-8080, 1974(2 МГц, 64К, 6 мкм, 6000тр-ров,питание +5, +12, -5В)

Коммутатор зажигания высокой энергии - GMC, 1973

(Управление впрыском топливаL-модификация- Toyota 1975)

8-разрядный микроконтроллер Intel-8048 – 1975 (предшественник 8051)

8-разрядный микропроцессор Intel-8085 – 1976 (Intel-8080, +5В, послед. приемо-передатчик)

Микропроцессорная система управления моментом зажигания – MISAR - GMC, 1976

Управление впрыском топлива с датчиком кислорода,BOSCH VOLVO 1976

Управление впрыском топлива с датчиком кислорода Toyota,Nissan 1977

Контроль детонации – GMC, 1977

Комплексная система управления двигателем Ford - EEC-1, 1977

ОЗУ 64 кбит, 1978

16-разрядный микропроцессорIntel-8086/88 –1978-9 (5-10 МГц, 1024К, 3 мкм, 29000 тр-ров, производительность х10 8080)

8-разрядный микроконтроллер Intel-8051/31 –1981 (12 МГц, 4 кВ – прогр.память, ОЗУ 128 байтов, расширяются до 64К, три порта вв/выв., послед. передатчик, 1 млн. инстр./с)

Комплексная система управления двигателем Ford - EEC-IVс 16-р. м/п – 1982

16-разрядный микропроцессорIntel-80286 – 1982 (8-12 МГц, 16МВ, 1.5 мкм, 134000 тр-ров, производительность х3-6 8086). Введен защищенный режим для многозадачных применений

16-разрядный микроконтроллер Intel-8096, 80186, –1983

ОЗУ 256 кбит, 1983

Комплексная система управления двигателем и трансмиссией BMW – 1983

32-разрядный микропроцессор MC 68020 – Motorola, 1984

ОЗУ 1Мбит, 1985

32-разрядный микропроцессорIntel-80386, 1985 (16-40 МГц, 4ГВ, 1 мкм, 275000 тр-ров, производительность ?) Усовершенствован защищенный режим для многозадачных применений, вводится cash-память для ускорения работы с динамической памятью (100 нс и 25 нс при 40 МГц)

Если прежде м/п для компьютеров и автомобилей не принципиально отличались, то после интеграции матем. сопроцессора с основным стало очевидным, что направления в развитии стали существенно различными. Для автомобилей не требуются расчеты с плавающей точкой, зато требуется разнообразная периферия (дискретный ввод/вывод, АЦП, PWM), т.е. автомобильные м/п - это микроконтроллеры или м/п с интегрированной периферией. В компьютерах идет гонка за повышением производительности, в том числе при обработке графической информации. Для автомобилей не требуются большие размеры ОЗУ (используются ЗУ статического типа). В компьютерах с появлением операционных систем графического типа (Windows, OS/2 etc.)размеры ОЗУ исчисляются многими мегабайтами (используются ЗУ динамического типа).

Компьютерное направлениеразвития м/п.

32-разрядный микропроцессорIntel-80486 –1989 (25-50 МГц, 4ГВ, 0.8-1 мкм, 1.2 млн. тр-ров, производительность ?)Интеграция матем. сопроцессора с основным процессором в одном кристалле, введение в кристалл cash 1 уровня 8 кВ, отсутствие внутреннего деления частоты на 2 (80386). Спустя некоторое время появились образцы с удвоением, а еще позднее – с утроением исходной частоты (DX2-66, DX4-100), требуется принудительное охлаждение (миниатюрный вентилятор).

32/64-разрядный микропроцессорIntel-Pentium P5 -1993. (60, 66 МГц, 4ГВ, 0.8 мкм, 3.1 млн. тр-ров, производительность x5 80486DX -33).Внешняя шина данных процессора становится 64-разрядной)... Введение в кристалл cash 1 уровня 8 кВ данные + 8 кВ инструкции. На частоте 66 МГц процессор потреблял от 5В-источника 16 Вт! Принудительное охлаждение (миниатюрный вентилятор) становится неотъемлемой частью м/п.

32/64-разрядный микропроцессорIntel-Pentium P54 -1994. (0.8 мкм, 3.3 млн. тр-ров). Борьба с потреблением тока – вводится питание вместо 5В 3.3В. Изменен посадочный разъем (321 контакт –Socket7). На частоте 100МГц процессор потреблял от источника 3.3В не более 11 Вт. Спустя 1 год вводится отдельное питание ядра – 2.9В. Источник 3.3В питает только схемы внешнего интерфейса. При 100 МГц токи максимальные потребления составили 2800 мА/2.9В и 350 мА/3.3В, т.е максимум мощности рассеивания уже составил 9.3Вт. С 1996 года процессоры стали иметь два источника питания.

32/64-разрядный микропроцессорIntel-Pentium Pro P5… -1995. Socket8 387к. (150-200 МГц, 4ГВ, 0.32 мкм?, 5.5 млн. тр-ров, производительность ?). Поддерживает многопроцессорную конфигурацию. Не более 35W при 200 МГц.

Процессоры Pentium с 1996 года(P55 – 166, 200, 233 MHz, питание ядра 2.8V, 321/296 контакт?? –Socket7)выпускались со спецификациейMMX (Multi Media Extension).MMX – это дополнительные команды для обработки графической информации,совершенно бесполезные в автомобильных применениях.

32/64-разрядный микропроцессорIntel-Pentium PII –1998. (200-500 МГц, 4ГВ, 0.25 мкм, … млн. тр-ров, производительность ?). Были slot-варианты с большим размером cash-памяти L1/L2 16+16/512KB, но серия закончилась традиционным конструктивом Socket370 (PPGA). Появились удешевленные версии Celeron. (P6C Mendocino 2V 300-533 МГц, 220нм, 7.5? или ? 19 млн. тр-ров, L1/L2 16+16/128 KB, 19W/300MHz, FSB 66MHz)

32/64-разрядный микропроцессорIntel-Pentium PIII –1999. Ядро-разъемCoppermine–FC-PGA /Tualatin – FC-PGA2 (FC–FlipChip– перевернутыйChip). Введены инструкции SSE -"Streaming SIMD Extension, векторные инструкции" (P 500-1400 МГц, 4ГВ, 180/130нм, 27/44 ? млн. тр-ров, L2 256/512 KB, 39W/1000MHz, FSB 100/133MHz). Версии Celeron. (P… Coppermine 1.5-1.75V 533-1100 МГц, 180нм, 29 млн. тр-ров, L2 128кБ, 39W/1000MHz, FSB 66/100MHz), (P… Tualatin 1.5V 1100-1400 МГц, 130нм, /// млн. тр-ров, L2 256KB, 40W/1200MHz, FSB 100MHz)

32/64-разрядные микропроцессорыIntel-Pentium IV – 2000…2006. МикроархитектураNetBurst.

P4 Ядро-разъем-контактовWillamette180нм 42 млн. тр-ров, 423 конт., 1300-1700MHz,L1: 8kB – данные, +12000 команд, L2 256KB, SSE2 (Streaming SIMD (Single Instruction Multiple Data – одна команда, множество данных) Extension 2) (+144 команды), FSB (Frequency System Bus) 400MHz. 5 контактов выдают двоичный код для стабилизатора Vcc. Диапазон напряжений от 1.850В (код 00000) до 1.100В (код 11110) с шагом 25 мВ. 2 контакта определяют системную частоту 100, 133, 200 из которой синтезируется частота шины (х4) и частота ядра. В нагрузку (в комплекте) придавались два модуля памяти RIMM по 64MB каждый. Другой быстрой памяти тогда не было.

P4CeleronЯдро-разъем-контактовWillamette180нм, 478конт. (85 - +Vcc, 181 - GND)1700-1800/400, L2 128 KB.

P4A-CЯдро-разъем-контактовNorthwood130нм, 55 млн. тр-ров, 478конт., L1: 8kB – данные, +12000 команд, L2 512kB. 1600-3400MHz.FSB400(A)/533(B)/800(C)MHz.Celeron2000-2800/400, L2 128 KB.

P4EЯдро-разъем-контактовPrescott2004г.90нм, 125 млн. тр-ров, 478 конт.,L1: 16kB – данные, +12000 команд, L2 1024kB, SSE3,HyperThreading. 2800-3800/533,800. Последние варианты этой серии пересели на разъем 775к.CeleronDxxx2130-3200/533,L2 256 KB, без поддержки HyperThreading.Модели:D310, 315, 320…350 - 478 конт., суффиксJ– наличиеEDBбезEM64T.D326, 331, 336, …351, 355 - 775к., наличиеEDBиEM64T.

P4? Ядро-разъем-контактовPrescott2М 2005г.90нм, 169 млн. тр-ров, 775конт.,L1: 16kB – данные, +12000 команд, L2 2048kB, SSE3,HT.FSB800MHz. Модели: 630, 640, 650, 660, 670, 662, 672, Celeron D 352, 356, 360 – 3200,3333,3400/533. L2=512KB

P4? Ядро-разъем-контактовCedarMill2006г. 65нм, ? млн. тр-ров, 775конт.,L1: 16kB – данные, +12000 команд, L2 2048kB, SSE3,HT.FSB800MHz. Модели: 631, 641, 651, 661, 671, 633-673, Celeron D 3xx

Микроархитектура Core (с 2006г.)

P4DЯдро-разъем-контактов:…, …,…

Автомобильное направлениеразвития м/п.

М/п в БУ не применяются. Используются т/н микроконтроллеры, включающие в одной микросхеме м/п, устройства памяти (ОЗУ и ПЗУ-FLASH), дискретные порты В/В, схемы Capture/Compare и т.д.

Клан INTEL 8031/51 выпускается различными фирмами более 30 лет. DALLAS (и INFINEON - С509) внутреннее деление частоты на 12 заменяет делением на 4. DALLAS выпускает кристаллы, работающие на частоте 33 МГц (эквивалентно INTEL == 99 МГц).

NXP (PHILIPS) (Let’s make goods better) – 80С552. АЦП 10-р., 8 каналов, схемы захвата (4) и сравнения (3), имеется 2 штатных и один дополнительный таймер, 8 К – ПЗУ, 256 б. – ОЗУ, 5 8-битных портов дискретного вв/выв., UART, IIC, 2-PWM, корпус 68 конт.

INFINEON (SIEMENS) - С509 (80С517А) дополнил ядро 8051 АЦП 10-р., 12 каналов, схемы захвата (5) и сравнения (21), улучшен блок выполнения арифметических операций (32-бит деление за 3 мкс, 16-битн. умножение за 2 мкс при 24 МГц), имеется 2 штатных и два дополнительных таймера, ПЗУ внешнее, 3К(2К) – ОЗУ, 7 8-битных портов дискретного вв/выв., 2-UART, корпус 100 (84) конт. Применён в ЯНВАРЬ 5.х, МИКАС 7.х (МИКАС 5.4)

Семейства INTEL 80186, 80196

32-разрядный микропроцессор c внешней памятью и интегрированной периферией IBM PC AT -Intel-80386EX –1994г. РС подобная архитектура микропроцессор/периферия. Начался было, да умер! Фирма сосредоточилась только на м/п для компьютеров.

FREESCALE (MOTOROLA) - лидер по производству встраиваемых микроконтроллеров.

Семейство 8-разрядных микроконтроллеров AVR фирмы ATMEL

Семейство 8-разрядных микроконтроллеров серий 12, 14, 16, 17, 18… MICROCHIP- наиболее бурно развивающиеся дешевые системы.

TEXAS INSTRUMENTS– 16р. семействоMSP430, более мощныеDSP16/32р.TMS320

INFINEON (SIEMENS)/ STM – 16р. семействоС166/167 и последователи