（光学工程专业论文）基于实时操作系统发动机电控单元软件的研究.pdf

1】dj 文、|毛1 i ，。，l：a乱气 瓤也po ad i s s e r t a t i o ni nv e h i c l ee n g i n e e r i n g | l | i l i i i | l l l l l l 1 l l i i l | i i l m i y 18 4 2 5 8 6 s t u d y o ne l e c t r o n i cc o n t r o 量。un i tf o t e i i g i n e b a s e do nr e a lt i m e o p e r a t i o ns y s t e m b y l ij i u z l l o u s u p e r v i s o r ：a s s o c i a t ep r o f e s s o rs o n gg u i 咖 n o r t h e a s t e r nu n i v e r s i 锣 j a n u a r y2 0 0 8 ，” -，。 r 。 “ 。魏 t 、 k 一 1 1 f 。，独创性声明。一。& 一一 本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得 的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰写过 的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工 作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢 乎位论文作者签名：别 日期：御，卜 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论 文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和 磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北太学可以将学位论文的全部 或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。 ( 如作者和导师不同意网上交流，请在下方签名；否则视为同意。) 学位论文作者签名： 签字日期： 导师签名： 签字日期： 1 。 ，1 ， 1 j a 、 飞n 1 一一 东北大学硕士学位论文摘要 基于实时操作系统发动机电控单元软件的研究 摘要 汽车工业的飞速发展，使汽车在控制、通信和网络方面的要求越来越复杂，嵌入式 实时操作系统以及3 2 位微控制器为基本技术特征的新一代电控单元e c u ( e l e c i l i c c 0 n n d lu 血) 成为汽车电子应用的主流。近来汽车工业自发地在关键的操作系统上采用 符合o s e k 标准的实时操作系统代码，最早由德国的k 砌s n l h e 大学发起的o s e k d x 项目支持软件在多个项目间的可移植性和可重用性，节约了大量的开发和重新开发e c u 软件的成本。本文对基于嵌入式操作系统的发动机电控单元的软件开发进行了深入的研 究。 本文分析了车用嵌入式操作系统标准规范o s e 壬d x ，并在此基础上选择了源码 开放的实时操作系统uc o s i i 作为控制芯片要加载的操作系统。详细研究了uc o s i i 的内核结构及其特点，并根据o s e l 洲d x 规范标准，对uc o s i i 的内核机构进行了修 改，使得对控制系统的开发符合国际标准。将uc o s i i 移植到一a r m 7 芯片上，并成 功运行，为后续应用程序的开发奠定了基础。 实时多任务操作系统c o s i i 的移植成功，使得将以往复杂的发动机控制功能划 分为各个具体任务成为可能。在合理划分具体任务后，对各个具体任务进行了设计，包 括任务的优先级设计，任务的工作流程设计以及信号量的使用设计等。最后，在完成各 个具体任务设计的基础上进行总体的控制系统软件设计，实现了基本的控制功能。 这种基于实时操作系统多任务设计的控制软件，避免了在同一个控制周期内因重复 采样造成c p u 时间的浪费，在控制周期内只需完成一次控制信号的测量，并将其转换 成规范数据后再进行控制算法的解算，这样就保证了输出量与输入量逻辑关系的一致。 当增减系统功能时只需调整相应的模块，便于完成复杂的控制，使得任务的进程管理机 制代替传统的前后台单任务执行机制成为可能，使系统具有更高的实时性、可靠性和灵 活性，满足了发动机的控制要求。 关键词：汽车；发动机电控；操作系统；删；uc o s i i i i 1fj 勺，。 t f 弋， 、，；j 。，i j _ 、1， i j r r - 卜 东北大学硕士学位论文 a b t r a c t s t u d y o ne l e c t r o n i cc o n t r o lu n i tf o re n g i n e b a s e do nr e a lt i m e o p e r a t i o ns y s t e m a b s t r a c t w 量c i l 也e 踟幻n l o b i l e 证d u s t l yr a p i dd e v e l o p m e 鸲t h e 踟t o m o b i l ei n 也ec o i l ：乜o l ，也e c o 仃e s p o n d e n c ea i l d l em h d r ka s p e c tr e q u e s ti sm o r ea n dm o r ec o m p l e x t h e 鹏w g e n e r a t i o ne l e c 们i l i cc o 舳旧1u l l i t ( e c u ) w l l i c hc l l a r a c t e r 器t l l ee m b e d d e dr e a l - t i i n e o p 砒gs y s t i 锄a n db el o a d e d3 2b i ti i l i c r o c o 蛐l l e ra r eb e c o i i l j m gm em a i l ls 仃e 锄o f a u 【t o m o b i l ee l e c n o i l i c 印p l i c a t i o n 王k c e n t l yt l l ea u t o m o b i l ei i l d u s n ys p o n t a 】n e o l l s l yl l s e s r e a l t i i i l e o p e r a t i n gs y s t e m 硒m ek e ys y s t e mo fe c uw 1 1 i c hs t 锄d i z e db yo s e k 1 k o s e k d xp r o j e c t 、) l 植c k 砸t ia t i 甜b yg e m a n y sl c 乙a r l s m h eu i l i v e r s 蚵e a l l y 邺r t s r e - u s e 伽a n dr e - t r a i i l s p la i l _ t b l eo fs o 讯v a r e i l l m a n yp r o j e c t s ，s a v e dm em a s s i v ec o s to f d e v e l o p i n ga i l dr e - d e v e l o p i r 培s o r 袱鹏o fe c u id i dal o to fw o r kt o 咖d ye c us o n 硼啪 w i t c hb a u s e do ne m b e d d e dr e a l t i m es y s t e m i i lt h i sp 印e r ，ia 1 1 a l y z e dt h es t a i l d a r do s e c d x 砌c hu s e di i lt h ee i n b e d d e do p e r a t i r 培 s y s t e mo fc 碣b 嬲e do nt h i s ，t os e l e c tt l l eo p e n - s o u r c er e a l - t 证地o p e r a t i n gs y s t e m 肛c o s i i 猫 a no p 耐i o ns y s t e mt h a t 、析nb et r a n s l a t e di i lt h ec o m r o lc k p p 砸i c u l a d yi 趾a l y z e dm e k 涨ls 仃u c t u r eo ft h e 肛c o s - i i ，a n dm o d i f i e dt l l ek e m e lo ft h es y s t e mi i la c c o r d 锄c e 、) l ，i l o s e k v d x 嗽m d a r d si no m e rt 0i 1 1l i n e 谢t 1 1t h ei m 锄a t i o n 2 l ls t 锄d a r d s w h e n1w o r k j n g ， t l l e n 仃a l l s l a t e dm ep c o s - i is y s t e mt ot 1 1 e 删7c h i p 觚dn mi ts u c c e s s m l l y ，i tw 嬲t l 坨 f o u i l d a t i o nf o rt h ea p p l i c a t i o nd e v e l o p m e m s i n c e1 ks u c c e s s 伽o f 仃a n s p l 觚t i n gr e a l - t i m eo p e 瑚血培s y s t e m ，i ti sp o s s i b l et 0d i v i d e t h eo l d t i m e yc o m p l e xe n g i l l ec o n 仃o lf o u n d a t i o nt os i n g l et a s k a r e rd i v i d e dt 0s i i 培l et 嬲l 【， t 1 1 e nd e s i g nt l l e m ，i i l c l u d i n gs e tt h ep r i o r i t ) ro ft a s k ，t h ew o r kf l o wd e s i g i la 1 1 dm eu s i n go f s e m a p h o r en a ge t c f i l l a l l yt o 、o r kf o ro v e r a j lc o n t r o ls y s t e ms o f h a r ed e s i g nb a s e do nt l l e f m i s ho fa _ b o v ew o r k ，a 1 1 dt 0g e tt 1 1 eb a s i cc o n 缸d l 劬c t i o n t h es o f t w a r ea r c h i t e c t u r e se s t a _ b l i s l l i n e n ta b o v ea v o i d e db e i n gr e d l m d a n tt h es a n l p l i n gi n m ei d e m i c a lc o n 扛d lp e r i o dt l l a tl e dt 0w a s t et l l ec p u t i m e ，a n di i lt h ec o n t r o lp e r i o d ，i ti s o m yo n c et oc o m p l e t et l l ed e t e c t i i l go fc o m r o ls i 酆i a l ，m c r 臼m l s f o m i n gt 1 1 e mt 0n o 加1 a l d a ：t at h e nc 删e do nm ec o n t m la l g o r i t l l ma g a i nr e s o l v i n g t h e s ep r o c e s sh a s 舒l a r a n t e e dt l l e c o n s i s t e n c yb e t w e e no u t p u ta r l di 1 1 p 町v a l u e w h e nn u c t u a t e st h es y s t e m 劬c t i o no i l l yn e e d t t t 一飞， 尽零p 东北大学硕士学位论文 a b t r a c t a 由u s tt l l ec o r r e s p o n d i n gm o d u l e ，i ti sa d v 砌a g e o u st oc o m p l e t ct l l ec o m p l e xc o n t r o la n d s a t i s 匆e n g i i l e sc o n t r o lr e q u e s t b a s e do nt h er e a l - t i m em u l t i - t a s k i n go p e r a t i n gs y s t e md e s i g n ，i ti sp o s s i b l ct om a l 汜 p r o c e s sm 锄a g e m e n tm e c h a l l i s m st or 印l a c et l l e 仃a d i t i o n a ls i n 9 1 e m a i l d a t em e c h 疵s m s ，a l l d a l l o w i n gt h es y s t e mt oh a v eh i g l l e rr e a l - t 硫ea b i l i 劬r e l i a b i l i 够a 1 1 dn e x i b i l i 够 k e y w o r d s ：a u t o ；e n g i n ec o l l 咖l ； o p e r a t i o ns y s t e m ； 删； p c o s - i i ，： 1 ， 1，j ，。，j 东北大学硕士学位论文目录 目录 ， ， 独创性声明。i 摘要_ i i a b s t r a c t i i i 第1 章绪论1 1 1 发动机电子控制系统的发展历程l 1 2 基于o s e k d x 标准的汽车电子控制系统3 1 3 目前国内外汽车电子技术发展状况j 4 1 4 独立开发e c u 电掺单元的意义。5 1 5 论文的研究内容：6 第2 章汽车发动机控制理论7 2 1 喷油量控制理论7 2 1 1 决定喷油量的物理因素7 2 1 2 决定喷油时间的因素8 ；2 1 3 基本喷油时间的计算9 1 2 1 4 与发动机温度有关的修正系数f e t 9 。 2 1 5 加减速运转时的修正系数f a d 1 0 2 1 6 大负荷高速运转时的修正系数f o 1 0 2 1 7 理论空燃比反馈修正系数f 1 1 1 2 1 8 燃油停供。1 2 2 2 点火提前角控制1 2 2 2 1 决定最佳点火时亥0 的因素1 3 2 2 2 基本点火提前角j j 1 4 2 2 3 修正点火提前角1 4 2 3 喷油正时：1 4 2 4 怠速控制：1 5 2 5 本章小结1 6 第3 章通用汽车电子规范o s e k v d x 1 7 3 j 1o s e l 0 厂v d x 的系统构成二立奠：_ ：1 7 3 2o s e ko s 基本体系结构1 8 3 3o r t i o s e 州d x 实时接口1 9 v ，气l；夕 s峄i 大学硕士学位论文目录 3 4o s e ko s 运行机制分析：1 9 3 4 1 任务管理1 9 3 4 2 致类? 2 0 3 4 3 中断管理j 2 1 3 4 4 事件管理：2 1 3 4 5 资源管理2 1 3 4 6 报警器管理2 1 3 4 7 消息管理2 2 3 4 8 错误管理：2 2 3 5 本章小结2 2 第4 章“c o s i i 实时操作系统分析2 3 4 1 嵌入式实时操作系统简介2 3 4 2 几种嵌入式实时操作系统2 5 4 2 1 不可剥夺型内核的多任务操作系统：2 5 4 2 2 可剥夺型内核的多任务实时操作系统2 6 4 2 3 使用嵌入式实时操作系统的优点和缺点2 6 4 3 嵌入式操作系统| lc o s i i 的内核结构2 7 4 4 本章小结3 0 第5 章o s e k d x 规范下屺o s i i 的修改3 l 5 1 崛o s i i 重要数据结构介绍3 1 5 1 1 任务控制块o st c b ：3 1 5 1 2 事件控制块e c b 3 1 5 1 3 内存控制块o sm e m 3 l 5 2 “c o s i i 内核在o s e l d x 标准下的修改：3 2 5 2 1 优先级顺序的变动3 2 5 2 2 优先级的安排3 2 ，5 2 3 将任务放入就绪表3 3 5 2 4 从就绪表中删除任务3 3 5 2 5 判定最高优先级就绪任务的方法3 4 5 2 6 中断- 一j 3 4 5 2 7 资源管理3 6 t ， 9 l 。 警 ：- a ， 一 东北大学硕士学位论文 目录 5 2 8 消息处理：3 6 5 2 9 错误处理：。3 7 5 2 1 0 预定义变量的修改3 7 5 3 本章小结：3 8 第6 章屺o s i i 移植到a 蹦开发板一3 9 6 1 开发板简介j 3 9 6 2 在开发板上移植崛o s i i 4 0 6 2 1 移植规划4 0 6 2 2 编写l p c 2 131 启动代码4 0 6 2 3o sc p uc 移植：_ 4 2 6 2 4o sc p ua a s m 移植：4 3 6 3 以蚓o s i i 作为软件开发平台4 4 6 4 本章小结j 4 4 第7 章发动机控制单元的软件设计4 5 7 1e c u 控制软件多任务机制介绍4 5 7 2 基于屺o s i i 的系统设计4 6 7 2 1 任务划分4 6 7 2 2 任务优先级设计4 8 7 2 3 通信与同步设计4 8 7 2 4 具体任务设计4 9 7 2 5 控制软件的总体设计。5 6 7 3 本章小结5 8 第8 章全文总结及展望：5 9 8 1 全文总结5 9 8 2 工作展望6 0 参考文献2 6 l 致谢6 5 v i i ，!j0 谚n f 1；0；l 蔫 i 孳t 飞 逼 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 第1 章绪论 1 1 发动机电子控制系统的发展历程 传统的汽车都使用化油器，化油器是发动机混合气的生成系统，具有对燃油进行雾 化、气化、混合、配剂和定量控制等功能。但是化油器具有一些致命的弱点，比如混合 气浓度小，不能精确控制，尾气污染无法大幅度降低，易于熄火等。1 9 5 7 年美国公司推 出了电子控制汽油喷射系统，这就是所谓电子喷射，简称电喷。电喷技术为发动机的发 展开创了一个新纪元。 随着电子技术的发展，从2 0 世纪6 0 年代后半期开始，电控汽油喷射经历了从晶体 管、集成电路到微处理机控制，从模拟电子喷射到数字电子喷射的发展过程。1 9 7 7 年数 字单片机开始用于点火系统，同年又研制出同时控制点火时刻、排气再循环和二次空气 的电控系统。以上系统都是对发动机的各个部件分别控制，各自独立，但是发动机的各 个参数是互相关联的，所以这些系统的功效都有很大的局限性。1 9 7 9 年开发出了综合控 制点火时刻、空燃比、排气循环和怠速转速且具有自我诊断功能的发动机集中控制系统。 从此以后电子技术在汽车上的应用越来越广。 1 9 7 9 年b o s c h 公司推出了集点火与喷油于一体的m o t r o n i c 模式的数字式发动机 综合电子控制系统。1 9 8 0 年美国通用汽车公司首先研制成功一种结构简单、价格低廉的 单点喷射系统一节流阀体喷射( t b i ) 系统。福特公司的中央燃油喷射( c f i ) 系统和博 世公司的m o n o ，j e t r o m c 型低压( o 1m p a ) 中央燃油喷射系统都属于这一类型。为了进 一步降低单点喷射系统的成本，又推出了一种称之为a n 控制方式，即只需用节气门位 置传感器和转速传感器，检测节气门开度( a ) 和发动机转速( n ) 两个运转参数，就可 由e c u 推算出进气量。这种简易的控制方式虽然空燃比的控制精度差，但是结构简单， 兼顾了发动机性能和成本，适宜在小排量发动机上应用。随着电子技术的发展，微处理 机、存储器及i o 功能不断完善，使发动机控制向着综合控制的方向发展，由单项控制 发展为多项控制，控制项目不断增多。以n i s s a n 公司的e e c s 控制系统为例，除空燃 比、点火提前角和废气再循环外，增加了怠速控制、爆震控制、油泵电流控制和燃油压 力控制等项目，为了提高系统的可靠性，系统中增加了自诊断功能和备份c p u 、存储器 和曲轴位置传感器。8 0 年代中期，由于发动机动力性能再度引起重视，因而，废气涡轮 增压开始应用于汽油机中，并研制可变长度进气管和可变配气正时机构，这些措施均在 微机综合控制下得以实现【l j 【2 j 。 士学位论文第1 章绪论 2 0 世纪9 0 年代以来，用在各国轿车发动机上的电子控制汽油喷射系统通常都采用 超大规模集成电路组成的电脑和数字控制方式，能同时对汽油喷射系统、进气系统、排 放控制系统、电子点火系统以及自动变速器巡航控制系统等进行控制。通常将这种控制 系统称为发动机总体控制系统( 简称t e c s 或称为e m s ) 。这些系统具有以下特点： ( 1 ) 能自动实现起动加浓、冷车快怠速、加速加浓、全负荷加浓等功能。特别是在 使用无铅汽油的汽车上，普遍采用了带有氧传感器的喷油量闭环控制系统( 或称 为反馈控制系统) ，能将混合气浓度精确地控制在十分接近理论混合比的范围 内。 ( 2 ) 具有急减速断油、起动溢油时自动断油及超速断油等功能。 ( 3 ) 具有自动稳定怠速转速的功能，在使用和维护中无需调整怠速。 ( 4 ) 能根据运转工况自动调整点火提前角，采用带有爆震传感器的点火提前角闭环 控制系统，在产生爆震时能自动推迟点火。 ( 5 ) 采用电脑控制的涡轮增压器和可变惯性充气系统，充分利用进气气流惯性所产 生的谐振增压效应，最大限度地提高充气量，使发动机在所有转速范围内都能 产生充足的扭矩。 ( 6 ) 电脑除了控制各个系统的工作外，还具有故障自诊断和保护功能，能自动检测 各传感器、执行器线路方面的故障，并能在出现故障时按预定的保护程序维持 发动机运转等。 9 0 年代后，由于排放法规的不断加严，发动机电控燃油喷射系统面临更严格的要求。 这些要求不仅使汽油机电子控制系统的结构组成、控制功能发生变化，而且也促进了控 制系统的内在变化，即控制方法和控制策略的改变，现代控制理论和智能控制理论得到 了应用。发动机电子控制技术的发展过程与微机的发展是紧密相关的，随着微机制造技 术的发展而逐步完善，它经历了8 位微处理器，8 位单片机，1 6 位3 2 位单片机为控制 器的三个发展阶段。到目前己形成以发动机电子控制为核心的包括制动器、防抱死、通 讯等功能分布多机整车综合电子控制系统【3 1 。控制系统的内容越来越多，控制系统越来 越复杂，控制器性能也不断发展，这就为控制系统引入操作系统奠定了良好的基础。 通过上面对发动机电子控制系统发展过程的简单回顾，我们能够发现发动机管理系 统的发展过程中呈现出以下特点：从模拟电路到数字电路；从单独控制到集中控制；中 央芯片从8 位微处理器、单片机到1 6 位3 2 位微控制器；从简单控制到功能强大过程复 杂的控制；从无操作系统到有操作系统。目前，主流的发动机管理系统全部采用数字电 路，进行集中控制，处理器为1 6 位、3 2 位或以上，功能强大而复杂，基本上都有操作 系统。 ， j ；土j k f # ， 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 1 2 基于o s e k d x 标准的汽车电子控制系统 ， ， 汽车控制单元常使用8 位、1 6 位和3 2 位的处理器。在市场竞争的推动下，控制软 件开发周期大大缩短，系统的复杂性不断提高。由封闭的电子控制单元( e c u ) 组成的 汽车电子系统存在以下弱点： ( 1 ) 系统管理难度提高。各个模块并发工作，相互之间需要同步和通信；系统的控 制单元越多，管理难度越高； ( 2 ) 控制单元兼容性差。许多控制部件来自不同的生产厂家，采用了不同的接口和 通信协议，系统整合难度大，可靠性和稳定性差。 近几年来，随着车载网络的诞生，使得各控制器之间实现信息的交换成为可能，分 布式结构在汽车电子方面得到了突飞猛进的发展。对于一辆高级的汽车来说有几十个独 立的控制单元是一件很平常的事情。为了使各个独立的控制单元( e c u ) 能够更好的协 调工作，需要有一个基于汽车专用的嵌入式实时操作系统来总体的控制各个e c u 。基于 如上原因，1 9 9 3 年5 月，德国汽车工业界联合设立了一个合作项目，旨在建立开放系统 及汽车电子通信接口o s e k ( o s e k 是德语o 妇胁es y s t e m eu n dd e r e ns c t s t e l l e n 缸d i e ，e l e k 们n i ki i i l 心啦例z e u g 的缩写，中文的意思是汽车电子的开放系统及相应的接口) 规范。这个标准的最早倡导者包括：b m w 、b o s c h 、d a i m l e r c l l r y s l e r 、o p e l 、s i e m e n s 、 v w 、k a r l s n m e 大学的工业信息技术研究所。与此同时法国的汽车制造商p s a 和r e n a u n ： 汽车公司也开发了一个类似的系统，该系统被称为v d x ( v c 烛c l ed i s t r i b u t e d e x e c u t i v e ) ， 1 9 9 4 年，这两个项目合并，o s e k v d x 小组建立。1 9 9 5 年1 0 月o s e k v d x 小组在 第一次国际专题讨论会提出了o s e k 和v d x 方法一致的结果规范。1 9 9 7 年1 0 月 o s e k v d x 专题讨论会之后，实现了对版本的二次修改，o s e k d x2 o 规范诞生。 1 9 9 8 年5 月到8 月发布了精确的通信2 j 1 版和网络管理的2 5 版。1 9 9 9 年4 月下旬， e s p 耐t 项目结束之后，为商业o s 刚d x 实现的一致性测试提供了方法和工具。2 0 0 0 年3 月，第三次o s e l d x 专题讨论会为许多汽车供应商和软件供应商提供了展示他 们产品的平台。o s e k d x 从技术和商业两个方面展示了汽车制造商的要求。由于提 供了一套专用的特性，可能加速开发现在汽车中的许多控制单元。在不同的设计中，可 以重用编码和专业技术，而且使用通用接口标准，可以在工业生产方面实现明显的节约。 o s e k d x 的操作系统代表了一个统一的环境，为汽车控制单元的应用程序提供高效 使用资源的途径。汽车应用是强实时的嵌入式应用，o s e k 操作系统提供支持事件驱动 的必要功能。为保证各个部件在最小的资源消耗下有效地运行，o s e k 操作系统仅仅需 。要较少的硬件资源就能运行奄8 位、1 6 位和3 2 位单片机上。操作系统并不强调应用系 统1 0 0 的兼容性，主要考虑它们的可移植性。采用符合o s e v d x 标准的嵌入式实时 操作系统可以提高产品代码的复用率、降低开发成本、缩短产品开发周期。o s e i d x 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 标准包括以下四部分：o s e l ( d x 操作系统规范( o s e ko p e r a t i n gs y s t e m ，o s e ko s ) ， o s e l ( d x 通信规范( o s e kc o 瑚m u n i c a t i o n ，o s e kc o m ) ，o s e k v d x 网络管理规范 ( o s e k n e t w o r km a i l a g e m e n t ，o s e kn m ) 以及 o s e k d x 实现语言( o s e k i m p l e m e m a t i o nl a j l u a g e ，o s e ko i l ) 。在产品的开发过程中又附加了三个标准： o s e l d x 实时接口( o r t i ) 、o s e l 洲d x 时间触发操作系统( o s e k 计时) 和 o s e l 【d x 容错通信规格说明【2 】【3 】【4 】【5 1 1 3 目前国内外汽车电子技术发展状况 随着e c u 的功能和结构越来越复杂，这给e c u 的硬件提出了更高的要求。越来越 多的e c u 采用高性能的3 2 位微处理器、微控制器、d s p ，甚至专门针对e c u 的微控 制器，这使得e c u 具有较高的执行速度、较高的稳定性和很强的数据处理功能，与此 同时也对e c u 软件的实时性、可靠性和灵活性提出了更高的要求。由于电控技术的发 展和市场的需求，强兼容、强实时、高精度及低成本已成为汽车控制系统的开发目标， 实时操作系统( r e a lt i m eo p e r a t i n gs y s t e m ，r t o s ) 的应用己成为汽车电控技术的发展趋 势【8 】。c 语言引入e c u 控制程序编程减少了开发时间，提高了程序的可重用性和质量， 但c 语言本身不能解决e c u 控制程序日趋复杂的时序控制与任务调度。为了解决这一 问题，实时操作系统r 1 o s 应运而生。在欧洲汽车开发商已经组织成立了实时操作系统 标准化组织o s ，并致力于实现控制程序界面的标准化。在美国，实时操作系统已经逐 渐被引入控制系统的开发。1 9 9 9 年，日本丰田汽车公司的1 钛a l s h is h i g e m a t s u 等人在新 开发的一款v 6 发动机的控制系统中使用了实时操作系统。由于7 0 的代码是标准化的， 开发者缩短了开发时间，提高了软件质量例。 在国外，许多公司根据o s e k 标准开发了自己的实时操作系统：德国v e 咖r 公司开 发了实时多任务操作系统o s c a n ，美国d e l p h i 公司开发了d e l p h io p e r a t i o ns y s t e m ，德 国b o s c h 公司己经从传统的结构化设计方法转向基于e r c o s 操作系统实现的面向对 象的开发方法。此外，许多公司还开发出符合o s e k 规范的集成开发环境：如美国风河 w i n d r i v e r 公司的o s e k w b r k s ，美国m e t r o w e r k s 公司的o s e i ；m l r b o ，美国 a c c e l e r a t e d t e c l l l l o l o g y 公司开发的n u c l e u so s e k 等。但出于商业利益，这些公司并不 提供其核心技术的源代码。o s e k 规范发展至今，全球已有5 0 多家企业加入到这一行 ，列中，欧洲以德国、法国为代表，美国和日本也有不少公司加入l l 啦j 我国一直未中断发动机燃油喷射系统的研究，早在1 9 5 8 年吉林工业大学就进行过 机械式燃油喷射装置的研制与试验，但对电子控制燃油( 或燃气) 喷射系统的研究，则是 从8 0 年代初期才开始的，长春汽车研究所、清华大学、上海交大、浙江大学、北京理 工大学、北方交大等高校及科研院所，对汽油机和柴油机的电喷都作了不少工作。比如 在汽油机方面，用国外电喷系统对s y 4 9 2 q ，e q 6 1 0 0 等国产发动机进行了大量的电喷 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 改造( 匹配标定) ；针对c a 4 8 8 q ，舢r j 型等中小型车用汽油机开发e c u ，有的还设计 试制出有关传感器、执行器件及其驱动电路；此外，还研究了电喷发动机台架实验的标 定系统、电喷发动机工况实时模拟系统、e c u 控制辅助设计系统。 清华大学开发了符合o s e k 规范的具有完全自主知识产权的车用嵌入式实时操作 系统p o w e 哟s e k 【1 7 】，浙江大学开发的符合o s k e 标准的车控嵌入式操作系统 s m 心s e k l l 8 】等，此外国内的许多其他高校和研究所也进行了相关研究【1 9 啦】。 上述研究取得了不少成果，但总体上仍处于国外初中期水平。 1 4 独立开发e c u 电控单元的意义 在中国经济保持快速。稳定发展的环境下，我国的汽车产业迎来了一个新的发展阶 段，中国已经成为全球第四大汽车制造国。汽车产业的快速发展，为汽车市场的消费提 供了保障。但是，表而很红火的汽车工业实际上是在给外国企业做“嫁妆 。因为凡是 涉及到电子零部件等高附加值的产品都由国外进口，换句话说就是钱都进了外国人的口 袋。 当今，电子控制、计算机、通信等技术的迅猛发展，使汽车电子产品技术和产品的 开发日新月异。汽车电子化已被视为衡量一个国家汽车工业发展水平的重要标志。我国 汽车电子产业与国外同行业相比在技术和产品方面还存在较大的差距。大多数电子信息 设备的核心技术要从国外引进，自主开发薄弱，原创性技术和产品少。据介绍，目前发 达国家的高级轿车电子产品装备量已达到整车价值3 0 ，在一些高档车上，这个比率还 要高。而我国只占到2 0 。汽车产业快速发展和日益扩大的市场需求，为电子信息产业 提供了新的发展机遇。同时电子信息技术也为汽车制造业提升整体竞争力提供了新的支 撑 虽然汽车电子市场逐步成为新的经济增长点，但由于国内汽车电子业目前尚处于起 步阶段，规模化大生产还没有形成。而目前国内汽车厂大多是合资企业，由外方掌握着 技术的决策权，所使用的电子产品也多由外方配套商提供，国内自主开发的电子产品很 难进入其配套体系，这严重影响了国内汽车电子产业的发展。 作为汽车电子的核心和关键，电子控制单元的软硬件研究势在必行，这是因为核心 技术国外公司是小可能进行技术转让的：只有以我为主，积极汲取国内外先进技术，开 发我们自己的电控单元，打造我们自己的核心竞争力。 只要积极跟踪国外先进汽车电子技术，尽快缩短我国与国外先进汽车电子技术的差 距，我国的汽车电子产业是大有希望的。 。 “： k ，： 东北大学硕士学位论文第l 章绪论 1 5 论文的研究内容 ( 1 ) e c u 硬件的研究 本论文研究选择删7 芯片作为e c u 控制单元的核心。在掌握该芯片硬件特点的 基础上，根据e c u 控制任务的不同要求，对传感器输入信号和处理器输出信号的通道 作出安排以及中断的安排等。 ( 2 ) 根据o s e l d x 操作系统规范，对c o s i i 操作系统进行适当的修改。 较详细地学习了o s e k d x 标准，在掌握“c o s i i 实时操作系统源代码的基础上， 根据o s e l ( d x 标准，对“c o s i i 操作系统进行适当的修改。 ( 3 ) p c o s i i 操作系统的移植。 在学习研究“c ，o s i i 实时操作系统源代码的基础上，把该系统移植到l p c 2 1 3 1 开 发板上。 ( 4 ) 发动机控制单元软件设计。 深入分析研究发动机控制系统的特点，结各所选芯片的特点，把完成发动机总体 控制功能的系统分解为各个具体的任务。对每个具体的任务进行设计，在完成各个子任 务设计的基础上，完成总体软件设计，实现基本的控制功能。 东北大学硕士学位论文第2 章汽车发动机控制理论 第2 章汽车发动机控制理论 汽车发动机电子控制燃油喷射点火系统是一个非常复杂的系统，不仅包含有先进的 硬件技术和软件技术，而且应用了一些先进的理论。如电子控制燃油喷射和点火理论及 故障诊断学理论等，作为分析该控制系统的基础首先要对这些基本理论有一定的理解。 因为只有深入了解好汽车电控的过程，才能在对汽车电控系统的分析过程中把握正确的 方向。控制理论是编制应用和优化控制软件的理论基础。是研究自动控制共同规律的技 术学科，是汽车发动机控制中的难点和重点，需要大量投资，采集大量实用数据。利用 经典和现代控制理论而建立的开环、闭环、最优自适应控制系统，在优化控制中。采用 建立汽车发动机系统控制的数学模型，然后利用相应的控制方法进行优化控制。但是发 动机喷油点火系统比较复杂，