AUTOSAR MCAL MCU模塊解析

1. 簡(jiǎn)介

MCU驅(qū)動(dòng)程序提供微控制器初始化，掉電功能，復(fù)位和微控制器其他MCAL軟件模塊所需的特定功能的服務(wù)（這里主要指那些公共寄存器的設(shè)置）。需要注意的是，啟動(dòng)代碼和用于升級(jí)的Bootloader是不在AUTOSAR負(fù)責(zé)范圍內(nèi)的，啟動(dòng)代碼是特定于MCU的（不同MCU的啟動(dòng)代碼都不一樣，見下章節(jié)），如下圖所示。

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MCU驅(qū)動(dòng)程序直接訪問(wèn)微控制器硬件，位于微控制器抽象層（MCAL）中。

MCU驅(qū)動(dòng)包含如下功能：

初始化MCU時(shí)鐘，PLL，時(shí)鐘預(yù)分頻器和MCU時(shí)鐘分配。

RAM初始化。

低功耗模式激活。

MCU復(fù)位。

提供從硬件獲取復(fù)位原因的服務(wù)/API。

通常，在AUTOSAR標(biāo)準(zhǔn)中，不強(qiáng)制激活和配置MCU低功耗模式。

啟用/禁用ECU/MCU電源也不是MCU驅(qū)動(dòng)程序的任務(wù)。這將由上層管理模塊來(lái)處理。

　　配置內(nèi)容如下圖所示：

2. 啟動(dòng)代碼

MCU初始化函數(shù)執(zhí)行前，必須先執(zhí)行一些MCU的基本初始化。通常這些特殊的初始化代碼我們叫啟動(dòng)代碼。

MCU的啟動(dòng)代碼應(yīng)該在上電以及任何單片機(jī)復(fù)位源復(fù)位以后執(zhí)行。它通常只執(zhí)行那些非常基本的和微控制器的一些特殊要求的初始化代碼，并且應(yīng)保持簡(jiǎn)短，因?yàn)檫@個(gè)時(shí)候MCU時(shí)鐘和PLL尚未初始化。

如果執(zhí)行太臃腫的代碼肯定會(huì)影響效率，而汽車?yán)锩鎸?duì)系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)間有比較高的要求。

通常啟動(dòng)代碼應(yīng)涵蓋那些沒(méi)有在MCU模塊服務(wù)以及其他MCAL驅(qū)動(dòng)里面包含的功能。以下總結(jié)了啟動(dòng)代碼中將包含的基本功能。該列表僅做參考，因?yàn)槟承┕δ芸赡懿⒎窃谒蠱CU中都支持，或者某些特殊功能未涵蓋。

啟動(dòng)代碼應(yīng)初始化中斷和陷阱向量表的基地址。這些基地址可通過(guò)配置參數(shù)或鏈接器/定位器的設(shè)置提供。

啟動(dòng)代碼將初始化用戶堆棧指針。用戶堆棧指針基地址和堆棧大小。同上，這些信息可通過(guò)配置參數(shù)或鏈接器/定位器設(shè)置提供。

如果MCU支持上下文保存操作，則啟動(dòng)代碼應(yīng)初始化用于上下文保存操作的內(nèi)存。連續(xù)上下文保存操作的最大數(shù)量/大小通過(guò)配置參數(shù)或鏈接器/定位器設(shè)置提供。

啟動(dòng)代碼應(yīng)確保在MCAL看門狗驅(qū)動(dòng)程序初始化之前看門狗不溢出。例如，你可以通過(guò)增加看門狗服務(wù)時(shí)間或直接關(guān)閉看門狗（如果可以的話）來(lái)完成。

如果MCU支持用于數(shù)據(jù)和/或代碼的高速緩存，則應(yīng)在啟動(dòng)代碼中對(duì)其進(jìn)行初始化和啟用。

啟動(dòng)代碼應(yīng)針對(duì)內(nèi)部存儲(chǔ)器初始化MCU的特定功能，例如，存儲(chǔ)器/內(nèi)存保護(hù)。

如果使用外部存儲(chǔ)器，則應(yīng)在啟動(dòng)代碼中初始化相應(yīng)存儲(chǔ)器。啟動(dòng)代碼應(yīng)準(zhǔn)備好根據(jù)代碼位置的不同支持不同的內(nèi)存配置。從外部/內(nèi)部存儲(chǔ)器執(zhí)行代碼時(shí)，應(yīng)考慮不同的配置選項(xiàng)。不同存儲(chǔ)器的設(shè)置應(yīng)作為配置參數(shù)提供給啟動(dòng)代碼。

在啟動(dòng)代碼中，應(yīng)執(zhí)行MCU時(shí)鐘系統(tǒng)的默認(rèn)初始化，包括全局時(shí)鐘預(yù)分頻器。

如果MCU支持，啟動(dòng)代碼應(yīng)啟用特殊功能寄存器（SFR）的保護(hù)機(jī)制。

啟動(dòng)代碼將初始化所有必要的一次性寫入類型寄存器。如果某些寄存器被多個(gè)驅(qū)動(dòng)程序共有，并且這些寄存器我們只希望寫入一次，而不是每個(gè)驅(qū)動(dòng)程序初始化的時(shí)候都去寫一次，這種情況下也非常推薦將這些寄存器放在啟動(dòng)代碼里執(zhí)行。

啟動(dòng)代碼應(yīng)初始化最小數(shù)量的RAM，以便正確執(zhí)行MCU驅(qū)動(dòng)程序服務(wù)和這些服務(wù)的調(diào)用方。

如果支持及需要使用，你還應(yīng)該初始化好安全校驗(yàn)?zāi)K，比如CRC校驗(yàn)，以免發(fā)生位錯(cuò)誤。

注意：?jiǎn)?dòng)代碼取決于ECU和MCU。 規(guī)范的詳細(xì)信息將在MCU的設(shè)計(jì)規(guī)范中進(jìn)行描述。

3. 重要概念及API詳解

3.1 復(fù)位

MCU驅(qū)動(dòng)提供軟件觸發(fā)硬件復(fù)位的服務(wù)，但不是任何用戶都可以使用該服務(wù)，只有那些經(jīng)過(guò)授權(quán)的用戶才能調(diào)用該復(fù)位服務(wù)。

在一個(gè)ECU中，可能會(huì)有多種原因?qū)е聫?fù)位，在不同的應(yīng)用場(chǎng)景中，每次MCU重新初始化后可能需要知道具體的復(fù)位原因，如果硬件支持復(fù)位源查詢功能，則MCU驅(qū)動(dòng)也提供獲取上一次復(fù)位原因的服務(wù)。

3.2 時(shí)鐘

MCU驅(qū)動(dòng)提供使能及設(shè)置MCU時(shí)鐘的服務(wù)。比如：CPU時(shí)鐘，外設(shè)時(shí)鐘，時(shí)鐘分頻器，時(shí)鐘倍頻器等相關(guān)設(shè)置。MCU模塊還為其他BSW模塊提供必備的時(shí)鐘參考點(diǎn)（McuClockReferencePoint）。需要在MCU里面激活并配置好相關(guān)模塊的時(shí)鐘參考源。

3.3 模式

MCU驅(qū)動(dòng)提供激活MCU節(jié)能模式的服務(wù)，也就是我們平時(shí)說(shuō)的低功耗模式。這些服務(wù)通常是直接訪問(wèn)并操作MCU硬件寄存器。現(xiàn)在很多芯片對(duì)節(jié)能模式還劃分了很多等級(jí)，支持多個(gè)不同等級(jí)模式，那么需要根據(jù)你的項(xiàng)目需求在MCU模塊里面配置好你需要使用的模式。

在典型運(yùn)用中，ECU運(yùn)行期間，MCU低功耗模式的進(jìn)入或退出可能會(huì)頻繁切換，在這種情況下，任何一個(gè)MCAL模塊的激活喚醒都會(huì)執(zhí)行喚醒動(dòng)作。

配置節(jié)能模式通常會(huì)影響到PLL，內(nèi)部晶振，CPU時(shí)鐘，外設(shè)時(shí)鐘，內(nèi)核時(shí)鐘等。

MCU的正常模式激活或電源切斷由上層負(fù)責(zé)。

某些MCU喚醒只能通過(guò)硬件復(fù)位來(lái)實(shí)現(xiàn)。

3.4 Mcu_Init

在Mcu_Init函數(shù)執(zhí)行后，那些配置數(shù)據(jù)才允許被相關(guān)函數(shù)訪問(wèn)和使用，比如Mcu_InitRamSection。總的來(lái)說(shuō)，MCU初始化函數(shù)對(duì)寄存器的操作需符合以下條款：

對(duì)于某些寄存器硬件只允許使用一種場(chǎng)景，那些這些寄存器由實(shí)現(xiàn)相關(guān)功能的模塊負(fù)責(zé)。這里標(biāo)準(zhǔn)原文不大好理解，簡(jiǎn)單解釋就是，比如那些外設(shè)控制寄存器（SPI，ADC等等），通常這種寄存器只屬于該外設(shè)（與其他模塊沒(méi)任何關(guān)系），那么很顯然這些寄存器有相關(guān)外設(shè)來(lái)負(fù)責(zé)（SPI，ADC…）。

假如某個(gè)寄存器會(huì)影響多個(gè)硬件模塊，并且該寄存器不屬于I/O寄存器，則MCU模塊負(fù)責(zé)（如果屬于I/O模塊，由PORT模塊負(fù)責(zé)）。

對(duì)于某些寄存器只能寫一次，這種寄存器由啟動(dòng)代碼負(fù)責(zé)（在前文相關(guān)章節(jié)已經(jīng)提及）。

所有其他在前面未被提及類型的寄存器都由啟動(dòng)代碼負(fù)責(zé)。

3.5 Mcu_InitRamSection

該函數(shù)負(fù)責(zé)從指定起始地址開始寫入指定總長(zhǎng)度的指定默認(rèn)值，每次寫入長(zhǎng)度也是配置指定的。共涉及下列配置信息：

McuRamSectionBaseAddress ：指定起始地址

McuRamSectionSize ：指定寫入總長(zhǎng)度

McuRamDefaultValue ：指定寫入默認(rèn)值

McuRamSectionWriteSize ：指定每次寫入長(zhǎng)度

該函數(shù)必須在Mcu_Init函數(shù)執(zhí)行后才能被調(diào)用。

3.6 Mcu_InitClock

該函數(shù)負(fù)責(zé)初始化PLL及其他配置的外設(shè)時(shí)鐘等。該函數(shù)執(zhí)行完后立馬退出，不會(huì)等PLL鎖相/穩(wěn)定（Locked）再退出，所以通常在該函數(shù)調(diào)用后需要用戶自行調(diào)用Mcu_GetPllStatus接口判斷時(shí)鐘是否已鎖相/穩(wěn)定。必須在Mcu_Init函數(shù)后調(diào)用。該函數(shù)是否有效受McuInitClock開關(guān)管控。

3.7 Mcu_DistributePllClock

該函數(shù)只有在McuNoPll設(shè)置為FALSE時(shí)才有效。該函數(shù)負(fù)責(zé)分發(fā)PLL時(shí)鐘，并釋放當(dāng)前的時(shí)鐘源（通常為內(nèi)部晶振）。

MCU從上電到時(shí)鐘初始化這段時(shí)間會(huì)使用默認(rèn)時(shí)鐘（芯片內(nèi)部自帶），所以當(dāng)新的時(shí)鐘PLL鎖相/穩(wěn)定后，需要釋放這個(gè)默認(rèn)時(shí)鐘。

只有在調(diào)用Mcu_GetPllStatus函數(shù)判斷PLL時(shí)鐘鎖相/穩(wěn)定后（Locked）才能調(diào)用該函數(shù)。如果PLL沒(méi)有鎖相/穩(wěn)定就調(diào)用，它會(huì)立即返回錯(cuò)誤。

3.8 Mcu_GetResetReason

如果硬件支持查詢獲取復(fù)位原因，則該函數(shù)返回實(shí)際復(fù)位原因；如果硬件不支持，則返回值固定為上電復(fù)位（MCU_POWER_ON_RESET）。如果該函數(shù)在Mcu_Init函數(shù)之前調(diào)用，則返回未定義復(fù)位源（MCU_RESET_UNDEFINED）。

當(dāng)復(fù)位原因被讀出后，用戶需要保證復(fù)位源被清除掉，以防止獲取到多個(gè)復(fù)位原因。當(dāng)多次調(diào)用該函數(shù)，每次返回結(jié)果應(yīng)該是一樣的。這意味著什么呢？也就是說(shuō)軟件層面有一個(gè)管理機(jī)制，在保證多次調(diào)用返回相同結(jié)果的同時(shí)又得清理掉相應(yīng)的硬件復(fù)位源標(biāo)記。

3.9 Mcu_SetMode

該函數(shù)假定在調(diào)用它之前已經(jīng)禁用了所有中斷。它會(huì)保證不會(huì)丟掉喚醒中斷事件，通常通過(guò)后述方式來(lái)實(shí)現(xiàn)的，在真正設(shè)置掉電模式之前去檢查有沒(méi)有相關(guān)喚醒中斷處于pending狀態(tài)，以此來(lái)保證不會(huì)丟掉喚醒中斷。
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