【MCAL】MCU模块详解

前言

正文

1. MCU模块介绍

2. MCU依赖的模块

3. MCU模块提供服务

3.1 时钟的初始化

3.2 MCU模式的配置

3.3 MCU软件复位功能

3.4 RAM的初始化

4.MCU重要数据类型

4.1 Mcu_ResetType

4.2 Mcu_ModeType

5. MCU重要API

5.1 Mcu_Init

5.2 Mcu_InitClock

5.3 Mcu_DistributePllClock

5.4 Mcu_GetPllStatus

5.5 Mcu_GetResetReason、

5.6 Mcu_PerformReset

5.7 Mcu_SetMode

6. MCU配置实例

6.1 RH850-U2A时钟介绍

7.总结

前言

MCAL处于AUTOSAR架构的最底层，和具体的芯片强绑定，且不同的芯片使用不同的MCAL配置工具，例如英飞凌芯片系列使用EB配置MCAL，瑞萨芯片系列使用Davince配置MCAL。所以，除了AUTOSAR标准定义好的配置项及标准接口外，不同厂商的MCAL还会有独立于MCAL标准之外的配置，所以MCAL的学习最好是结合具体的工具和芯片来学习。本系列MCAL分享，将基于瑞萨RH850芯片来讲解，本文为MCU（Microcontroller Unit Driver）模块详解篇。

正文

1. MCU模块介绍

MCU直接访问微控制器硬件，位于微控制器抽象层(MCAL)中。

MCU模块为基本的微控制器初始化、上下电、复位和其他MCAL软件模块所需的微控制器特定功能提供服务。在MCU模块初始化之前（提供标准接口服务之前）ECU还会有一段启动代码，启动代码是非常特定于单片机的（非AUTOSAR标准定义之内，和每个具体的芯片厂商强绑定）。本文着重接受AUTOSAR标准MCU模块，提到系统启动代码只是为了提示在标准化的MCU初始化能够启动之前必须考虑到的一些功能。

每个具体MCU的启动代码部分都是独有的，MCU模块只能描述/提供那些公有的服务，如时钟/RAM初始化，上下电，重启。

MCU驱动提供的具体服务:

--描述MCAL其他模块没有覆盖到的功能配置，如时钟设置

--设置锁相环和时钟分配

-- RAM段初始化服务

--激活MCU低功耗模式

--执行MCU重启

--获取MCU重启的原因

其中的难点和重点就算MCU时钟的配置。

2. MCU依赖的模块

Start-up Code:

在MCU驱动程序可以初始化之前，必须执行MCU的基本初始化。这种MCU特定的初始化通常在启动代码中执行。

MCU的启动代码应在通电和任何一种单片机复位后执行。它将执行非常基本的和微控制器特定的启动初始化，并应保持简短，因为单片机时钟和PLL尚未初始化。启动代码应涵盖不属于其他单片机服务或其他MCAL驱动程序的单片机特定初始化。

启动代码应初始化中断和异常向量表的基本地址。这些基本地址作为配置参数或连接器/定位器设置提供。

如果MCU支持中断堆栈，启动代码应初始化中断堆栈指针。中断堆栈指针的基本地址和堆栈的大小作为配置参数或链接器/定位器的设置提供。

启动代码应初始化用户堆栈指针。用户堆栈指针基地址和堆栈大小作为配置参数或链接器/定位器设置提供。

如果MCU支持上下文保存操作，则启动代码应初始化用于上下文保存操作的内存。连续上下文保存操作的最大数量作为配置参数或链接器/定位器设置提供。

启动代码应确保在从MCAL看门狗驱动器初始化看门狗之前，不启动单片机内部看门狗。这可以通过增加看门狗的服务时间来实现。

如果MCU支持数据和/或代码的缓存内存，则应在启动代码中进行初始化和启用它。

启动代码应初始化MCU关于内部内存的特定功能，例如，内存保护。

如果使用外部内存，内存应在启动代码中初始化。启动代码应准备，根据代码位置支持不同的内存配置。在从外部/内部内存中执行代码时，应考虑到不同的配置选项。

不同内存的设置作为配置参数。在启动代码中，应执行MCU时钟系统的默认初始化，包括全局时钟预调节器。

如果MCU支持，启动代码应启用特殊功能寄存器(SFR)的保护机制。

启动代码应该对一些一次性写入寄存器完成写入功能。

启动代码应初始化最低数量的RAM，以便允许正确地执行MCU驱动程序服务和这些服务的调用者。

3. MCU模块提供服务

3.1 时钟的初始化

MCU模块的时钟初始化和具体的MCU类型强相关，不同的MCU有自己独特的时钟单元和时钟树。但是，对于每个MCU芯片来说，每类MCU都提供一个可以灵活配置的时钟树。对于AUTOSAR标准MCU模块而言，MCU模块封装了具体的芯片配置，MCU模块初始化后，完成具体芯片的时钟初始化，为每一个外设模块提供具体的时钟配置（例如，MCU模块根据需求初始化后，U2A16的SPI模块的基准时钟就是80M，ADC模块的时钟就算40M等）。具体的时钟配置参考后面的RH850-U2A16的示例配置。

3.2 MCU模式的配置

每类芯片都有自己的MCU模式，例如RH850-U2A16芯片就有RUN, HALT,STOP,CYCLISTOP,DEEPSTOP,CYCLIRUN六种芯片特有模式。每种模式下的MCU特性或者权限都不一样，比如MCU正常上电后一般运行在RUN模式，如果ECU有深度休眠的需求，经过MCU模式切换就会进入到DeepStop模式（MCU停止运行，但是MCU芯片还是维持上电状态，MCU芯片进入到中断可唤醒状态，所有的RAM数据在芯片唤醒后还能保持住休眠钱状态）。而AUTOSAR标准MCU软件模块需要提供MCU模式的配置，同时提供切换/获取MCU模式的标准接口（MCU重要API中会涉及到）。

3.3 MCU软件复位功能

AUTOSAR标准MCU模块提供了一个名为MCU_PerformReset的执行MCU软件复位的标准接口。

3.4 RAM的初始化

AUTOSAR标准MCU模块应该提供RAM初始化的配置和标准接口，但是实际项目中，如果是断电系统（MCU每次都是PowerOn上电），RAM初始化一般在Main函数之前的Start-Up代码中完成，所以，MCU模块中的RAM初始化一般没有用到。

4.MCU重要数据类型

4.1 Mcu_ResetType

Mcu_ResetType定义了MCU复位的类型：

MCU_POWER_ON_RESET：MCU冷启动（也就是MCU上电）复位。

MCU_WATCHDOG_RESET：MCU看门狗复位（发送看门狗监控异常）。

MCU_SW_RESET：MCU软件复位。

MCU_RESET_UNDEFINED ：未定义复位类型。

4.2 Mcu_ModeType

Mcu_ModeType枚举定义了MCU模式类型，如RUN,HALT模式等。

5. MCU重要API

5.1 Mcu_Init

一般在EcuM模块的硬件第一阶段初始化中完成Mcu模块的初始化，一旦Mcu模块完成初始化后，整个Ecu的时钟体系是一个具体状态，同时提供Mcu模式设置/获取功能，Mcu复位功能。

5.2 Mcu_InitClock

Mcu_InitClock服务初始化PLL和其他MCU特定的时钟选项，只能在使用Mcu_Init初始化后调用函数Mcu_InitClock。Mcu_InitClock应启动PLL锁定程序（如果PLL应初始化），直到PLL锁定后即可返回。如果参数McuInitClock设置为false，则应禁用Mcu_InitClock功能。如果前一个参数设置为TRUE，则此函数可用。

5.3 Mcu_DistributePllClock

Mcu_DistributePllClock服务激活PLL时钟到MCU时钟分布。Mcu_DistributePllClock应激活PLL时钟到MCU时钟分配。Mcu_DistributePllClock将会从MCU时钟分布中删除当前时钟源（例如内部振荡器时钟， oscillator clock）。

MCU模块的环境只能在PLL状态被函数Mcu_GetPllStatus锁定后调用函数Mcu_DistributePllClock。

/* wait till PLL lock */
while(Mcu_GetPllStatus() == MCU_PLL_UNLOCKED)

{

}

/* switch system clock tree to PLL */
Mcu_DistributePllClock();

如果PLL时钟已被MCU硬件自动激活，则功能Mcu_DistributePllClock将在不影响MCU硬件的情况下返回。

如果在PLL锁定之前调用函数Mcu_DistributePllClock，该函数将立即返回E_NOT_OK，无需任何进一步的操作。

如果预编译参数McuNoPll设置为false，则函数Mcu_DistributePllClock应可用。否则，就必须禁用此Api。

5.4 Mcu_GetPllStatus

功能Mcu_GetPllStatus应返回PLL的锁定状态。如果在调用函数Mcu_Init之前调用此函数，则函数Mcu_GetPllStatus将返回MCU_PLL_STATUS_UNDEFINED。如果预编译参数McuNoPll被设置为TRUE，则函数Mcu_GetPllStatus还应返回MCU_PLL_STATUS_UNDEFINED。

5.5 Mcu_GetResetReason、

Mcu_GetResetReason应从硬件读取复位原因，如果硬件支持则返回此原因。如果硬件不支持硬件检测复位原因，则功能Mcu_GetResetReason的返回值应始终为MCU_POWER_ON_RESET。

5.6 Mcu_PerformReset

Mcu_PerformReset应通过使用微控制器的硬件特性来执行微控制器的复位。单片机模块的环境只能在Mcu_Init模块初始化后调用函数Mcu_PerformReset。

5.7 Mcu_SetMode

Mcu_SetMode设置单片机的电源模式。在CPU断电模式下，函数Mcu_SetMode在执行唤醒后返回。

6. MCU配置实例

6.1 RH850-U2A时钟介绍

RH850-U2A芯片提供一下的时钟源头，每个时钟源还有具体的可配置时钟值。

通过时钟源及时钟树的配置，可以产生用于每个具体硬件模块的时钟（如CLK_CPU, CLK_HSB，CLK_LSB等）。

因为时钟源的值有可选配置值，所以模块的时钟也存在可选配置值。

问题：怎么确定每个时钟源及时钟的具体值？

答：需要配置三个特殊的寄存器的具体项。

需要配置：

1）CKSC_CPUC寄存器的CPUCLKSCSID项

2）Option Byte11的CKDIVMD项

3）CLKD_PLLC寄存器的PLLCLKDCSID项

例如：

CKSC_CPUC.CPUCLKSCSID == 0b 且

OPBT11.CKDIVMD == 11b 且

CLKD_PLLC.PLLCLKDCSID == 001b

则我们配置的具体时钟为：

CLK_PLL	800000000
CLK_PLLO	400000000
CLK_IOSC	200000000
CLK_SYS	800000000
CLK_CPU	400000000
CLK_SBUS	200000000
CLK_HBUS	100000000
CLK_UHSB	160000000
CLK_HSB	80000000
CLK_LSB	40000000
CLK_RLIN	80000000
CLK_RCANOSC	40000000
CLK_ADC	40000000
CLK_MSPI	80000000
CLKA_TAUJ	80000000
CLKA_ADC	40000000

7.总结

MCU模块最复杂的就是时钟的配置，需要我们结合具体的芯片特性来具体配置。MCU模式的设置在EcuM模块的Sleep或者Shutdown序列中会用到，需要我们根据具体的需求及芯片的特性来配置。Mcu的复位在Dcm模块和WdgM模块中会用到，是必须配置和实现的功能。RAM的初始化，接触到项目中基本没有在MCU模块中配置过。Mcu模块在其他模块中的使用可以参考其他系类的文章。