汽車電子嵌入式API與發(fā)動機信號模擬及數(shù)據(jù)標(biāo)定系統(tǒng)的研制

摘要：隨著我國汽車工業(yè)的飛速發(fā)展，汽車電子產(chǎn)品的研發(fā)和生產(chǎn)也進入了一個上升期。而嵌入式操作系統(tǒng)的研發(fā)能夠?qū)ζ囯娮酉到y(tǒng)的總成控制應(yīng)用的基礎(chǔ)編程接口和專業(yè)編程接口進行控制，而且為了能夠配合柴油機電控單元以及軟硬件平臺和控制算法的調(diào)試，因此也誕生了通用的汽車發(fā)動機信號模擬系統(tǒng)，以確保能夠模擬發(fā)動機各種信號以及實際運行環(huán)境。同時為了能夠?qū)Πl(fā)動機的工況數(shù)據(jù)進行采集和監(jiān)測以及匹配與標(biāo)定，對于數(shù)據(jù)標(biāo)定系統(tǒng)的研發(fā)也是非常重要的工作。

關(guān)鍵詞：嵌入式API系統(tǒng);發(fā)動機信號模擬;數(shù)據(jù)標(biāo)定系統(tǒng)

能夠支持汽車電子系統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)平臺是由微型系統(tǒng)內(nèi)核以及應(yīng)用編程接口庫所組成，嵌入式操作的系統(tǒng)內(nèi)核能夠負責(zé)任務(wù)調(diào)度和事件處理等等，而編程接口庫則負責(zé)對汽車電子開發(fā)常用算法以及單片機底層硬件的驅(qū)動函數(shù)進行控件級封裝以便于用戶調(diào)用?；A(chǔ)編程接口庫能夠?qū)ζ囉布脚_單片機的底層功能進行函數(shù)封裝，以確?？刂扑惴ǖ拈_發(fā)人員能夠直接調(diào)用功能函數(shù)，以確保便于完成對底層硬件的操作;而專業(yè)的編程接口庫可以為用戶應(yīng)用程序的開發(fā)提供能夠直接采用的通用算法，并且封裝成函數(shù)來讓用戶進行采用。API函數(shù)庫是基于上述算法函數(shù)庫以及底層的驅(qū)動函數(shù)庫之上，并且是針對柴油發(fā)動機點開 系統(tǒng)的具體需要以及功能，而且能夠?qū)瘮?shù)和算法進行更近一層的封裝，為用戶提供了更具體也更標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)用函數(shù)庫。

發(fā)動機信號模擬系統(tǒng)主要是針對發(fā)動機電控經(jīng)常使用的周期量、數(shù)字量以及模擬量進行設(shè)計的，能夠提供發(fā)動機所需的各種基本信號，而且各個信號單元也能夠利用CAN總線進行通訊，同時利用USB-CAN總線數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化單元來確保上位機能夠?qū)υ撓到y(tǒng)的實時監(jiān)控，進而確保各個信號之間能夠聯(lián)動調(diào)節(jié)以及發(fā)動機各種特殊各種模式的設(shè)定。

而發(fā)動機工況采集和數(shù)據(jù)標(biāo)定系統(tǒng)則是為了確保發(fā)動機數(shù)據(jù)能夠在線讀寫，上位機和柴油機電控系統(tǒng)ECU通過USB-CAN總線數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)以完成通訊，進而對柴油機工況的數(shù)據(jù)進行實時采集以及數(shù)據(jù)匹配和在線修改，為發(fā)動機工況監(jiān)測以及匹配數(shù)據(jù)標(biāo)定等工作打好基礎(chǔ)。

一、嵌入式API系統(tǒng)

API系統(tǒng)指的是應(yīng)用程序調(diào)用系統(tǒng)功能接口，而對API函數(shù)庫編寫的主要目的就是為了能夠?qū)⒌讓佑布δ芎蜕蠈娱_發(fā)人員進行練習(xí)，API函數(shù)庫和操作系統(tǒng)內(nèi)核一起為柴油發(fā)動機電控算法開發(fā)人員提供一個良好的軟件平臺。API嵌入式系統(tǒng)能夠利用調(diào)用編程接口庫中提供的API函數(shù)來實現(xiàn)常用的查表或者對底層硬件的操作功能，進而實現(xiàn)系統(tǒng)能夠控制發(fā)動機信號的采集以及輸出噴油信號。而且這種設(shè)計也能夠讓整個系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)變得更加合理，硬件、底層驅(qū)動、嵌入式軟件以及上層用戶四個層次也能夠相對獨立，以便于維護以及移植。

API函數(shù)庫的設(shè)計是基于上述算法函數(shù)庫以及底層驅(qū)動函數(shù)庫之上的，對于柴油發(fā)電機電控系統(tǒng)的具體需求以及功能，可以對函數(shù)以及算法進行更高階的封裝，形成一個更加直觀的接口界面，能夠為用戶提供更加具體也更加標(biāo)準(zhǔn)的函數(shù)調(diào)用庫，讓用戶的操作也能更加方便。

嵌入式專用編程接口庫是針對于特定柴油機以及特定ECU的特定硬件所需設(shè)計的特定系統(tǒng)所特用的編程接口庫，而接口庫的設(shè)計則能夠與OSEK操作系統(tǒng)的調(diào)用規(guī)范相符。

這種嵌入式專用編程接口庫為底層硬件MPC555的各個功能模塊提供了驅(qū)動，并且針對汽車電子完成了相對通用的數(shù)據(jù)處理工作，給開發(fā)人員最簡潔的軟件層面上可調(diào)用的函數(shù)，同時也能夠讓汽車電子系統(tǒng)開發(fā)人員和底層硬件系統(tǒng)進行相連，確保汽車電子開發(fā)人員即使并不了解底層硬件平臺，也能夠展開順利的開發(fā)，同時能夠離開對底層硬件的關(guān)注，轉(zhuǎn)而注重對汽車工作系統(tǒng)本身的關(guān)注，而且還能讓用戶編寫應(yīng)用程序更加簡單，讓操作難度變得更低。

二、信號模擬系統(tǒng)

在完成了嵌入式API系統(tǒng)特定算法接口庫以及MPC555底層驅(qū)動接口庫之后，雖然其次程序的開發(fā)變得更加簡便，但由于其次電子系統(tǒng)的開發(fā)過程中，要想有效檢測系統(tǒng)的運行情況和設(shè)計合理性，還需要對系統(tǒng)展開大量的調(diào)試以及測試。通常情況下基本都是對真實的車輛展開測試，不過由于這種測試方法靈活性不足，而且還影響了工程的進度，同時缺乏安全性，因此調(diào)試過程中也會有一定的安全隱患。因此為了開發(fā)人員的測試工作能夠變得更加方便，信號模擬系統(tǒng)的開發(fā)也是非常重要的工作。

發(fā)動機信號模擬系統(tǒng)主要是對汽車發(fā)動機在實際工作環(huán)境下的各種信號進行模擬，讓設(shè)計人員能夠脫離實體車輛就能夠完成汽車的調(diào)試工作。而且信號模擬系統(tǒng)還能夠?qū)Πl(fā)動機難以出現(xiàn)的極端情況進行模擬，而且能夠通過對上位機的控制來實現(xiàn)特殊工況下的組合聯(lián)動，讓確保軟硬件的調(diào)試工作在實驗室中便可以完成，不僅能夠控制研發(fā)成本，而且還能有效減少研發(fā)周期，讓工作效率得到有效提升，同時還能夠?qū)μ厥夂蜆O端情況進行測試，讓系統(tǒng)的可靠性得到有效提升。

此發(fā)動機信號模擬系統(tǒng)是由各個獨立單元模塊利用積木式堆積組合成一個完整的機箱，其中包括了模擬量信號單元、周期量信號單元、開關(guān)量信號單元以及油門踏板單元。而且各個模塊單元都帶有CAN總線通訊功能，并且通過USB-CAN數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化單元來實現(xiàn)與上位機的通訊，其中各單元接收并且對上位機所發(fā)出的控制命令進行執(zhí)行，并且將當(dāng)前各個通道的狀態(tài)信息發(fā)送給上位機，進而完成上位機對信號箱各單元工作狀態(tài)的智能檢測以及控制。

三、發(fā)動機工況采集和數(shù)據(jù)標(biāo)定系統(tǒng)

在支持汽車電子系統(tǒng)的嵌入式軟件平臺開發(fā)過程中，基本都是采用現(xiàn)有車輛數(shù)據(jù)進行模擬，然后展開算法控制以及線性插值算法庫函數(shù)驗證，以及大部分查表內(nèi)容也會以經(jīng)驗數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)。不過在算法軟件完成開發(fā)并且下載到硬件電路中，并且實際應(yīng)用到電控系統(tǒng)對發(fā)動機進行控制時，這些理論以及經(jīng)驗數(shù)據(jù)很難和現(xiàn)有發(fā)電機系統(tǒng)進行完全匹配，而且發(fā)動機的運行也無法達到一個良好的工況以及工作狀態(tài)，因此需要在發(fā)動機的過程中進行不斷檢測，并且需要對匹配數(shù)據(jù)進行修改，確保使其重新進行實車的數(shù)據(jù)標(biāo)定，以保障達到最好的工況。而且在發(fā)動機運行過程中，我們應(yīng)當(dāng)對發(fā)動機的工作情況進行實時監(jiān)測，確保能夠充分了解發(fā)動機的工作狀態(tài)。因此對于能夠在發(fā)動機運行過程中對發(fā)動機工況進行實時監(jiān)控以及數(shù)據(jù)采集和對發(fā)動機匹配數(shù)據(jù)進行在線重新標(biāo)定的系統(tǒng)，能夠為發(fā)動機匹配數(shù)據(jù)標(biāo)定工作提供更加方便的功能。

在標(biāo)定系統(tǒng)的設(shè)計中，上位機通過USB串行口以命令包的形式來發(fā)送以及接收數(shù)據(jù)，并且通過USB-CAN轉(zhuǎn)換電路，并且轉(zhuǎn)換成為CAN總線數(shù)據(jù)表格式，以便于ECU接受處理;ECU數(shù)據(jù)會以CAN總線數(shù)據(jù)包的格式進行發(fā)送，經(jīng)過CANUSB轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成USB數(shù)據(jù)包格式供上位機接受，從而實現(xiàn)PC機到模擬存儲器單元的數(shù)據(jù)上傳以及下載，也就是實現(xiàn)EEPROM儲存器數(shù)據(jù)的在線讀取以及改寫，同時還要RAM存儲器數(shù)據(jù)的定時采集以及監(jiān)控。

四、結(jié)語

總的來說，現(xiàn)代的汽車電子嵌入式API以及專用編程接口庫的設(shè)計都能夠達到用戶的需求基礎(chǔ)，能夠確保嵌入式編程接口和嵌入式編程操作系統(tǒng)能夠有效結(jié)合，共同嵌入到ECU開發(fā)板硬件平臺中，以供發(fā)動機控制算法開發(fā)人員隨著調(diào)用來實現(xiàn)常用算法以及操作底層硬件，以方便上層用戶以及提高開發(fā)效率。

而發(fā)動機信號模擬系統(tǒng)在經(jīng)過不斷的開發(fā)和升級后，技術(shù)含量和實用性能都得到了有效提升，在能夠確保真實模擬發(fā)動機各種信號的情況下，并且確保了面板和操作方式的漸變，為用戶提供了一個良好的模擬調(diào)試環(huán)境。同時發(fā)動機工況采集和數(shù)據(jù)標(biāo)定系統(tǒng)為發(fā)動機的工況采集以及數(shù)據(jù)匹配的在線改寫提供了一個非常方便的途徑。由此可見，這三項技術(shù)的不斷成熟為汽車行業(yè)的發(fā)展帶來了促進性的作用。

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作者簡介張丙酉（1993.11.29-）男，漢族，籍貫天津市西青區(qū)西青道，研究生學(xué)歷，研究方向——汽車電子，嵌入式軟件開發(fā)