基于MPC5634的汽車控制器多路AD采樣的設計

摘要：分析了以飛思卡爾32位PowerPC微控制器MPC5634為核心的汽車控制器多路采樣的功能，介紹了MPC5634中eQADC模塊和DMA模塊的工作機制。針對MPC5634進行多路模擬信號采集量大的問題，提出了一種利用DMA模塊協作完成多路采樣的方法。針對采集信號有偏差的問題，提出了一種利用MAC單元進行校正的方法。通過測試表明，該系統運行可靠穩定，能夠及時準確地采集多路的模擬信號，并降低了主CPU的負荷。本文網絡版地址：http：//www.eepw.com.cn/article/235425.htm

關鍵詞：MPC5634；eQADC；DMA；校正

DOI： 10.3969/j.issn.1005-5517.2014.3.011

引言

隨著汽車對控制系統的要求和依賴性提高，AD采樣的設計模塊成為汽車控制器中重要的組成部分。AD采樣的結果是汽車控制器控制執行器的依據，它的速率和精度在汽車控制中起著重要的作用。

本文主要介紹一種基于MPC5634的多路模擬信號采集方法，通過增強型直接內存訪問（DMA）方式，自動在RAM和增強型隊列式模數轉換器eQADC模塊之間轉移數據，能高效和準確地完成對模擬信號的采集。

1 增強型隊列式模數轉換器eQADC模塊

1.1 eQADC模塊的結構

MPC5634的eQADC模塊有兩個可獨立工作的ADC轉換單元（ADC0和ADC1），40路模擬通道（可擴展），0～5V的轉換范圍，轉換精度有8位、10位、12位三種精度可選，具有軟件和硬件兩種觸發方式，采樣方式有單次方式和連續方式等，ADC的工作時鐘可達15MHz。速率和精度可以滿足汽車控制器的要求。圖1為eQADC模塊的結構框圖，顯示了eQADC模塊的主要組成部分。

1 . 2 命令緩存CFIFO的工作機制

e Q A D C模塊有6個命令緩存CFIFO，每個CFIFO有4個深度，CFIFO有單次掃描和連續掃描的操作模式，配置為不同的掃描模式時，CFIFO就有不同的觸發機制。當配置為單次掃描模式時，每次會使存儲于隊列中的eQADC轉換命令序列執行一次。當設置為連續掃描模式時，只要隊列啟動后，就可以持續的運行。數據的流程如圖2所示。1.3 eQADC的命令格式

eQADC有配置命令和轉換命令兩種命令格式。配置命令用于對eQADC模塊進行初始化設置，像使能ADC模塊單元，設置時鐘分頻因子，轉換速率因子，使能DMA請求等；轉換命令主要用于設置采集哪個通道，用哪個ADC模塊單元轉換，轉換的結果放在6個結果緩存的哪一個里面，是否對采集的結果進行校正等。

2 增強型存儲器直接訪問（DMA）模塊

DMA控制器是總線上的一個主機，能夠在片內資源（Flash、RM和I/O外設等）以及片外資源之間傳輸數據。DMA有32個通道，在某個時刻只能有一個通道成為總線上的主機并進行數據傳輸。為了解決他們之間的沖突，DMA有兩種可編程的優先級機制：固定優先級機制和輪詢優先級機制。一旦一個通道成為主機，該通道將通過先讀再寫的操作方式，把數據從一個存儲器地址傳輸到另一個存儲器地址。每個DMA通道都有一個獨立的傳輸控制描述符（TDCn）。

3 多路eQADC采樣程序設計

在這次的設計中，數據的傳輸是通過DMA進行的。多路eQADC采樣程序設計主要包括命令隊列、結果隊列的定義，eQADC的初始化，DMA初始化，觸發CFIFO等。程序的設計流程如圖3。

3.1 定義數組

本文中cQUEUE0[40]被定義為轉換命令的存儲數組，rQUEUE0[40]被定義為轉換結果的存儲數組。把所有通道的轉換命令分別放在數組cQUEUE0[40]中，最后采集的結果分別放在數組rQUEUE0[40]中，這個可以隨時讀取rQUEUE0[40]中的數據被汽車控制器所用。

3.2 初始化DMA

TCD0對應于CFIFO0，TCD1對應于RFIFO0。由于本設計只要一個命令緩存CFIFO0和一個結果緩存RFIFO0就可以滿足設計要求，故只用到一個CFIFO0，一個RFIFO0，以及與他們對應的TCD0和TCD1。設置TCD0：源地址為cQUEUE0，目的地址為0xFFF80010，源地址偏移為4，傳輸的大小為32位，次要字節傳輸數NBYTES為2；主迭代數為40；設置TCD1：源地址為rQUEUE0，目的地址為0xFFF80032，源地址偏移為4，傳輸的大小為16位，次要字節傳輸數NBYTES為2；主迭代數為40。

3.3 初始化eQADC

初始化轉換命令的存儲數組cQUEUE0[40]，本設計是采用ADC0模塊單元，12位精度，采用校正，一次采集40個通道的模擬量。配置eQADC的寄存器，時鐘分頻因子為2，使能DMA0，DMA1請求等。

3.4 校正寄存器的設置

本項目的芯片功能很強大，以前的校正都需要外面加硬件來校正采樣結果，MPC5634自帶的有校正功能，本項目采用的校正是這樣的：ADC的初步轉換結果將通過MAC單元來完成校正。MAC單元執行下列算法來進行校正：

Idealresult=GCCXADCresult+ O C C + 2（1）

G C C為增益校正的常數，它是在寄存器A D C n _ G C C R中定義的；O C C為偏移量校正常數，它在寄存器ADCn_ OCCR中定義的。

GCCR與OCCR的值是需要計算來確定的。通過以下公式進行求解：

Idealresult1=GCCXADCresult1+O CC+2 （2）

Idealresult1=GCCXADCresult1+O CC+2 （3）

為了求出GCCR與OCCR的值，我們只需要兩個通道的理想結果和實際的結果就行了，通道44和通道43的電壓值分別對應0.25Vdd和0.5Vdd。而他們的實際結果可以采集到。因此，可以求出GCCR和OCCR的值。

3.5 使能DMA請求

設置使能DMA0和DMA1請求。

3.6 觸發CFIFO0

設置CFIFO0為連續轉換模式，這樣就可以連續、持續地采集信號，并及時把采集的結果放到結果存儲數組中，如此就可以保證汽車控制器在結果存儲數組中所讀取的數據為最新的采集結果，可以使控制器根據最新的數據來控制各個執行器。

4 主程序和執行結果

void main（void）

{

u i n t 3 2 _ t c Q U E U E 0 [ 4 0 ] ；//定義命令存儲數組

uint16_t rQUEUE0[40]； //結果存儲數組

dma_init_fnc（）； //DMA初始化

eqadc_init_fnc （）； //eQADC初始化

set_calconstants （）；//校正寄存器的設置

dma_able（）；//使能DMA0，DMA1

cfifo0_trig（）；//使能DMA0，DMA1

while（1）

{

}

}

5 結束語

本設計完成了汽車控制器的采樣模塊的設計，它保證在時間上和精度上滿足汽車控制器的要求。通過不斷地測試，該設計達到了系統所要求的性能和功能。

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