汽車電子控制器開發(fā)裝置主控制器模塊的研究

阮慧祥

（廣西職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 廣西壯族自治區(qū) 南寧 530000）

引言

傳統(tǒng)的汽車電子控制器在運(yùn)用中存在開發(fā)周期長(zhǎng)、可靠性低、成本高等缺點(diǎn)。隨著電子控制器的不斷研發(fā)國(guó)內(nèi)汽車電子市場(chǎng)已經(jīng)進(jìn)入了一個(gè)快速發(fā)展時(shí)期，汽車電子水平已經(jīng)成為汽車的現(xiàn)代化水平的主要標(biāo)志，因此本文提出了一種具有軟硬件協(xié)同開發(fā)模式的汽車電子控制器快速開發(fā)系統(tǒng)。

1 汽車電子控制器快速開發(fā)系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)方案

汽車電子控制器快速開發(fā)系統(tǒng)當(dāng)中的“快速”指的就是可以減少系統(tǒng)的研發(fā)周期，能夠于現(xiàn)實(shí)的汽車技術(shù)發(fā)展相匹配，并且具有一定的穩(wěn)定性。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了軟件和硬件的協(xié)同開發(fā)，在硬件設(shè)計(jì)上采取模塊化、程序邏輯設(shè)計(jì)上體現(xiàn)了直觀化、模型庫(kù)功能較為強(qiáng)大、可以自動(dòng)生成部分代碼這就為電子控制系統(tǒng)的研發(fā)提供了便利，從而實(shí)現(xiàn)減少投入、降低周期、加強(qiáng)穩(wěn)定的功能。該系統(tǒng)是以C++語(yǔ)言環(huán)境為基礎(chǔ)，通過(guò)電腦和PCI總線來(lái)連接硬件系統(tǒng)并控制各個(gè)功能模塊；軟件系統(tǒng)則基于PC機(jī)的操作系統(tǒng)自動(dòng)生成，通過(guò)功能模塊控制程序的圖形編輯和代碼自動(dòng)生成。

1.1 系統(tǒng)硬件平臺(tái)

在本系統(tǒng)的各個(gè)功能模塊綜合起來(lái)可以歸結(jié)為下面三個(gè)功能模塊。其一是PC機(jī)，PC機(jī)是用戶的控制界面，其主要功能就是為了便于其他功能的控制和實(shí)現(xiàn)。如網(wǎng)絡(luò)之間的互通，為比較復(fù)雜的對(duì)象建立模型，實(shí)現(xiàn)智能算法，設(shè)計(jì)各種軟件等[1]。其二就是主設(shè)備模塊，該模塊的主要功能就是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)從初始到關(guān)閉之間的各種命令，系統(tǒng)初始化之后PCI總線主設(shè)備向PC機(jī)發(fā)出總線占有請(qǐng)求信號(hào)，然后執(zhí)行用戶的各項(xiàng)命令如數(shù)據(jù)傳輸，設(shè)備選擇等。其三就是從設(shè)備模塊，這一模塊主要包括主設(shè)備模塊以外的部分，即存儲(chǔ)和驅(qū)動(dòng)部分。存儲(chǔ)的主要功能就是數(shù)據(jù)的保存，驅(qū)動(dòng)的主要功能就是實(shí)現(xiàn)命令執(zhí)行的預(yù)期效果。

1.2 系統(tǒng)軟件平臺(tái)

軟件是實(shí)現(xiàn)功能的重要組成部分，想要達(dá)到預(yù)期效果就必須要裝置高配置PC機(jī)和功能齊全的軟件包。軟件包分為數(shù)據(jù)管理和圖形編輯兩個(gè)部分，數(shù)據(jù)管理主要管理的就是參數(shù)、對(duì)象模型、功能模塊、邏輯符號(hào)和邏輯算法；圖形編輯則包含源代碼產(chǎn)生器、代碼編譯器和加工器。系統(tǒng)軟件平臺(tái)是保證功能齊全系統(tǒng)穩(wěn)定的核心。

2 控制器主控制板模塊設(shè)計(jì)與DSP系統(tǒng)調(diào)試

2.1 DSP硬件系統(tǒng)的基本電路

其一是電源電路，關(guān)于電源電路需要著重注意的是電源的電壓，不能對(duì)PCB板的布線形成干擾，電壓只能選擇12 V和5 V這兩種。5 V電壓的主要功能，就是為5 V的芯片提供電源，12 V的電壓需要通過(guò)變壓器將其轉(zhuǎn)化成3.3 V。其二是復(fù)位電路，主要起著穩(wěn)定系統(tǒng)功能的作用，一旦處理不當(dāng)就會(huì)形成系統(tǒng)紊亂。復(fù)位電路一般采取專用復(fù)位芯片和RC復(fù)位電路兩種措施，在該系統(tǒng)當(dāng)中選擇了前者。其三就是DSP的JTAG接口電路，傳統(tǒng)的DSP的JTAG接口當(dāng)中都有一個(gè)仿真接口，利用仿真器就能夠?qū)崿F(xiàn)直接訪問(wèn)，除此之外還有編程和調(diào)試的功能，從而有利于對(duì)DSP系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試。本系統(tǒng)也在主控制板上預(yù)留了這一接口。

2.2 DSP硬件系統(tǒng)的調(diào)試

電路板的調(diào)試工作比較復(fù)雜，如果沒(méi)有良好的頭緒，往往無(wú)從下手，最后的結(jié)果只能是漏洞百出，不能滿足人們的使用需求。因此，在本系統(tǒng)的DSP調(diào)試當(dāng)中已從以下幾個(gè)方面入手。首先是電源模塊的調(diào)試，上面介紹了DSP硬件系統(tǒng)電源需要特別注意電壓，這是因?yàn)楸鞠到y(tǒng)的DSP芯片需要提供多種不同的電源，如CPU、鎖相環(huán)等。其次是晶振電路的調(diào)試，晶振電路主要是通過(guò)內(nèi)部的振蕩器鏈接生成時(shí)鐘信號(hào)，這一電路的效果直接影響PCB的工作。檢測(cè)晶振電路的方式一般都是利用示波器來(lái)進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)晶振調(diào)試圖就能夠發(fā)現(xiàn)問(wèn)題（示波器出現(xiàn)正弦波，則晶振電路正常）

2.3 DSP系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境

DSP控制器目前已經(jīng)廣泛運(yùn)用于電機(jī)數(shù)字控制和其他控制系統(tǒng)當(dāng)中，這一控制系統(tǒng)功能強(qiáng)大，壽命較長(zhǎng)，也能夠起到穩(wěn)定系統(tǒng)的功能。DSP系統(tǒng)的開發(fā)主要基于Windows的Codecomposer調(diào)試器，這種調(diào)試器存在兩種工作模式，其一是可以仿真軟件，對(duì)軟件進(jìn)行模擬；其二是具有在線編程硬件的功能[2]。

3 GPLD時(shí)序匹配邏輯控制設(shè)計(jì)

3.1 GPLD簡(jiǎn)介

GPLD是可編程邏輯器的簡(jiǎn)稱，隨著社會(huì)的發(fā)展，尤其是半導(dǎo)體工藝的進(jìn)步，集成電路被廣泛運(yùn)用在電腦、工程、電子等領(lǐng)域，為了提供較好的編程技術(shù)，ASIC應(yīng)運(yùn)而生并且具備運(yùn)算快、成本低、消耗低的特點(diǎn)，但也存在不穩(wěn)定，研發(fā)周期長(zhǎng)等缺點(diǎn)。之后GPLD和FPGA兩款芯片逐漸出現(xiàn)，彌補(bǔ)了ASIC的缺陷，GPLD和FPGA相比各有優(yōu)缺點(diǎn)，GPLD最大的優(yōu)點(diǎn)就是斷電之后不會(huì)丟失配置信息，通電之后不用重新設(shè)置就可以直接使用，非常方便。

3.2 LOCAL端時(shí)序匹配和通信設(shè)計(jì)

首先是本地端的讀寫時(shí)序分析，在PCI目標(biāo)模式的傳輸當(dāng)中，PCI總線控制器的本地端數(shù)據(jù)傳輸分為兩種方式，其一為單周期操作方式，指的是在每次的數(shù)據(jù)傳播當(dāng)中只能傳播一種數(shù)據(jù)，不能同時(shí)傳播多種數(shù)據(jù)；其二是突發(fā)操作方式，指的是每次數(shù)據(jù)傳播只能傳播一批數(shù)據(jù)。在LOCAL端時(shí)序傳播當(dāng)中我們采用的是第一種，即單周期操作方式。其次是DSP讀寫時(shí)序分析，在寫時(shí)序圖當(dāng)中，地址線數(shù)據(jù)線與控制信息對(duì)應(yīng)的是存儲(chǔ)器的寫入允許所存控制，當(dāng)外部處于電平較低時(shí)允許內(nèi)部存儲(chǔ)器操作數(shù)據(jù)。

3.3 PCI本地段控制邏輯功能設(shè)計(jì)

在上面的講解當(dāng)中介紹了本系統(tǒng)的硬件組成，總體邏輯就是主體控制模板利用PCI總線路來(lái)鏈接外部設(shè)備，從而實(shí)現(xiàn)如通信等各個(gè)功能。具體而言就是主體控制模板從外部硬件設(shè)施當(dāng)中讀取命令，然后主體控制模板對(duì)此命令進(jìn)行分析和讀取，然后利用PCI總線的驅(qū)動(dòng)軟件來(lái)快速的執(zhí)行命令。也就是說(shuō)主體控制模板是一個(gè)中樞系統(tǒng)，需要從外界接受信息，同時(shí)要分析信息和發(fā)布命令。為了解決PCI和DSP的時(shí)序匹配問(wèn)題和接口的兼容性，就需要利用GPLD芯片來(lái)進(jìn)行解決。

4 主控制器板卡驅(qū)動(dòng)程序的開發(fā)

1）驅(qū)動(dòng)程序簡(jiǎn)介。系統(tǒng)進(jìn)行到這一步就是需要解決軟件和硬件的結(jié)合問(wèn)題，驅(qū)動(dòng)就是軟件和硬件的潤(rùn)滑劑，是操作系統(tǒng)的接口，解決了這一問(wèn)題基本上就完成系統(tǒng)的初步研發(fā)。驅(qū)動(dòng)程序一般包括設(shè)備的最初狀態(tài)、端口銜接、存儲(chǔ)管理、DAM傳輸和中斷管理，設(shè)備驅(qū)動(dòng)可以加載核心模塊。一個(gè)良好的設(shè)備驅(qū)動(dòng)需要完成以下工作，硬件和軟件的初始工作（即啟動(dòng)工作），能夠創(chuàng)建和刪除數(shù)據(jù)，能夠完成對(duì)設(shè)備的訪問(wèn)和檢測(cè)，可以與其他驅(qū)動(dòng)協(xié)調(diào)，處理電源和添加刪除熱拔插設(shè)備。

2）驅(qū)動(dòng)開發(fā)工具WinDriver。WinDriver是一款功能較為全面的驅(qū)動(dòng)開發(fā)軟件，可以檢測(cè)硬件的狀態(tài)，能夠自發(fā)生成代碼，可以對(duì)程序進(jìn)行調(diào)試，并且能夠解決較為簡(jiǎn)單的問(wèn)題。能夠降低開發(fā)周期，具備了用戶模式，操作簡(jiǎn)單對(duì)編程的知識(shí)要求低，具有很強(qiáng)的穩(wěn)定性。

3）基于WinDriver的PCI設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序開發(fā)。首先是關(guān)于硬件訪問(wèn)問(wèn)題，PC機(jī)器的核心處理器存在兩個(gè)地址空間，微機(jī)接口卡處于兩個(gè)地址空間中間，此處也會(huì)生出一個(gè)空間映射。WinDriver為我們提供了兩個(gè)類別的映射訪問(wèn)，從而解決硬件訪問(wèn)問(wèn)題。其次是中斷處理，在執(zhí)行某種命令的時(shí)候，處理器往往正在進(jìn)行其他的工作，這就會(huì)產(chǎn)生指令的中斷。在解決這一問(wèn)題當(dāng)中WinDriver能夠生成兩種類型的實(shí)例，包含KInterrupt和Kdeferredcall，處理硬件中斷是通過(guò)前者來(lái)完成的。

5 結(jié)語(yǔ)

1）通過(guò)閱讀相關(guān)資料以及文獻(xiàn)了解了具體的平臺(tái)設(shè)計(jì)思路，確定了汽車電子控制器開發(fā)裝置軟硬件平臺(tái)的構(gòu)造框架；

2）進(jìn)行了控制器主控制板模塊設(shè)計(jì)與DSP系統(tǒng)調(diào)試，對(duì)DSP系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境進(jìn)行了模擬；

3）對(duì)GPLD時(shí)序進(jìn)行了匹配邏輯控制設(shè)計(jì)，對(duì)其概念有了一定的了解，并且嘗試對(duì)主控制器板卡驅(qū)動(dòng)程序進(jìn)行了開發(fā)。