车用动力控制系统体系架构与设计PPT课件

主要内容 1 汽车电子控制系统发展趋势2 ECU系统框架介绍3 ECU设计思路和开发流程4 基于AutoSAR的软件体系结构5 ECU标定相关技术6 协同开发与版本管理 1 汽车电子控制系统发展趋势 多ECU协同工作 分布式网络结构 ECU数量越来越多 线控MpSOCs 单个系统功能越来越强大 集成度越来越高 多核多处理器 使用智能IP核标准化 开放化 统一接口 在标准的上合作 在实现中竞争 燃料电池主控系统 MPC561 AT91SAM9261S 存在问题 系统复杂多变 多学科综合问题 系统可靠性要求高开发周期过长 还需要大量的标定匹配工作可移植性差 升级维护麻烦需要大量的人员参与 协同设计 2 ECU系统框架与结构划分 产品的特殊性 工作条件恶劣可靠性要求很高硬件版本程序版本数据版本 标定 三层次逻辑结构 包括硬件 控制逻辑和标定数据 硬件系统 软件系统 3 ECU设计思路与开发流程 统一开发过程基本原则以需求为导向以架构为核心增量式 迭代式开发建立外科手术师式开发团队 系统开发V模式 参考方案 dSPACE 半实物仿真ETAS的开发工具ASCET 标定工具INCAVECTOR提供标准软件组件其它专有方案 RTW Stateflow 实时系统分析工具 形式化分析工具UPPAAL基于改进的时间自动机理论 SymTA S符号化系统分析工具 4 AUTOSAR AUTomotiveOpenSystemArchitecture 汽车开放式系统架构 支持分布式的 功能驱动的汽车电子软件开发方法和电子控制单元上的软件架构标准化方案 以便应用于不同的汽车和平台 提高软件复用 降低开发成本基本目的 1解决汽车功能可用性和安全性需求 2保持汽车电子系统一定的冗余 3方便移植到不同的汽车和平台 4实现标准的基本系统功能作为汽车供应5通过网络共享软件功能 6集成多个开发商提供的软件模块 7贯穿整个产品生命期的软件维护 8更充分的利用硬件平台的处理能力 9进行汽车电子软件的更新和升级 原则 在标准上合作 在实现上竞争 4 AutoSAR软件体系 ECU软件架构 MCU抽象层 处于系统底层 通过寄存器直接操作硬件 它包含各种驱动 它们是一个个软件模块 用于直接访问微控制器内的外设或者是内存映射到微控制器的外部设备 微控制器抽象层提供统一的接口 使上层软件独立于微控制器 对于某个具体微控制器抽象层 可以通过配置 裁减等方式使之适用于该系列微控制器的多种衍生产品 对于不同内核的微控制器 则其软件架构和某些模块也具有借鉴意义ECU抽象层 给上层应用提供接口 但必须通过微控制器层才能访问硬件 不同版本的硬件其ECU抽象层配置是不一样的复杂设备驱动 介于前二者之间 可以直接与硬件打交道 同时也给上层应用提供接口 对于PowerPC系列我把与TPU相关的部分全部放在这一层 其它系列与喷油器驱动相关的部分放在这里 这一部分用单独的文件中列出系统服务层 与OS相关内容以及任务调度等应用层 微处理器抽象层划分 MCU驱动控制 微控制器驱动主要包括看门狗驱动 通用时钟驱动和MCU基本驱动 它们都由微控制器相关寄存器操作来完成 看门狗驱动通用时钟驱动MCU基本操作存储器驱动 通常使用的存储器主要有3类 RAM FLASH和EEPROMRAM驱动FLASH驱动EEPROM驱动通讯驱动 在汽车电子领域通常使用的通讯有SCI 有时候使用LIN或K线 SPI CAN和FlexRay等 每个子模块都包含一个统一的数据堆定义文件ComStack Types h CANSPILINFlexRayIO驱动PORT驱动ADC驱动DIO驱动PWM驱动ICU驱动 ECU抽象层划分 板上设备抽象 对ECU上的非传感器 执行器的设备进行抽象 如系统基础芯片 外部看门狗等电源管理芯片 TLE6368 I O硬件抽象I O设备的硬件抽象 提供I O信号接口来访问不同的I O设备 多通道低端驱动芯片 TLE6244x 多通道低端驱动芯片 TLE6232 开关信号采集芯片 MC33993 通讯硬件抽象对通讯设备进行抽象的一组模块 所有的通讯系统都需要一个特定的通讯硬件抽象 用以屏蔽通讯设备的片内或片外属性 存储硬件抽象对存储设备进行抽象的一组模块 存储设备通过特定的存储抽象模块被访问 屏蔽片内 片外设备的不同和存储硬件类型 EEPROM或者Flash 的差别 提供统一的机制来访问 SPI外扩EEPROM MC95320 ECU配置 复杂设备驱动 PowPC系列处理器都有专门的TPU 时间处理单元 模块 我们将比较复杂的驱动设备用TPU来控制 主要是喷油驱动 主要功能 复杂驱动模块主要功能就是根据输入的凸轮曲轴信号数齿 并根据设定的特征参数 包括发动机为几缸 上止点所在位置以及喷射参数等 输出控制信号 输入信号 主要是凸轮曲轴信号 都是经过调理电路处理的数字信号 输出信号 喷油控制信号 几缸机对应几路数字脉冲信号 经过驱动电路最后才得到实际控制信号 根据写入的相关喷射参数 包括脉宽和提前角 产生喷油信号 系统服务 OSEK Task任务调度Alarm警报器 时间管理Event事件管理Resource资源管理 应用层 以共轨柴油机为例 功能任务子层主要包含以下几个模块整车控制发动机控制轨压控制油量控制系统后台服务标定模块诊断接口模块信号处理子层主要包含以下部分 滤波算法限制和数值转换辅助子层主要包含以下几个模块故障诊断故障传输逻辑实现子层主要包含以下几个模块系统状态转换图工作模式 5 ECU标定相关技术细节 标定功能实现与在线诊断常用标定工具相关标定协议ECU在线升级程序引导与系统配置 复位向量 系统引导完成前可以借助外部工具更新所有的程序存储器分配 很多变量都是全局定义的且需要固定地址 常用标定工具介绍 标定软件 INCA接口硬件 ES1000 ES590 ES591 ES580存储模拟器 ETKEmulator 支持CCP协议的ECU通讯协议 CCP ETK KWP2000 XCP等外部数据采集 宽域氧传感器 LA4A F温度数据采集模块 Thermo Scan模拟数据采集模块 AD Scan混合数据采集模块 Dual Scan压力数据采集模块 Baro Scan 常用标定工具介绍 西门子标定工具 标定软件 SAM2000接口硬件 PCMCI卡存储模拟器 ECU 需SRAM和PC机上文件配合 一套完整的SAM2000标定系统文件包括 DES文件 ECU描述文件 DRH文件 DR文件的头文件 DR文件 标定数据文件 EH文件 整个程序段头文件 E0文件 控制算法程序文件 E1文件 引导程序文件 及E2文件 Flash刷写程序文件 以上文件编写格式及作用各不相同 但在使用过程中相互关联配合 以完成SAM2000对各种ECU的标定功能 同时 Flash中的源代码文件 bin 也是由以上文件共同构成的 通讯协议 由西门子自定义 基本符合CCP协议 康明斯诊断工具 标定软件 INSITE接口硬件 INLINE适配器通讯协议 SAEJ1939 J1587 J1708主要用于故障诊断 获取高级权限后也能修改ECU内部数据 在康明斯的发动机上使用 在中国很少有人用来标定 康明斯诊断工具 康明斯诊断工具 VISION标定系统 标定软件 VISION接口硬件 PCMCIA卡 USB to CAN VISION网络门户接口或内存模仿器通讯协议 XCP CCP和KWP2000与Matlab Simulink开发平台无缝连接 多年来被福特 Ford 汽车公司 德尔福公司 Delphi 沃尔沃卡车公司等指定为标准匹配标定系统 符合ASAM组织标准 VISION标定系统 与标定相关通讯协议 CCP协议 CAN标定协议 由ASAM组织 提出 使用CAN总线XCP CCP的扩展 X指通讯物理层多变 可用CAN TCP IP LIN UART FlexRay USB K线等KWP2000 主要用于诊断 有基于K线的 ISO14230 和基于CAN的 ISO15765 SAEJ1939 卡车网络通讯协议 比J1587深入 也是基于CAN的 KWP2000协议 欧洲汽车领域广泛使用的车载诊断协议 该协议实现了一套完整的车载诊断服务 并满足E OBD标准 KWP2000最初是基于K线的诊断协议 由于K线物理层和数据链路层在网络管理和通讯速度上的局限性 使得K线无法满足日趋复杂的车载诊断网络的需求 而CAN网络由于其非破坏的网络仲裁机制 较高的通讯数据和灵活可靠的通讯方式 因此近来欧洲汽车领域广泛采用基于CAN总线的KWP2000 即ISO15765协议 J1939协议 一种支持闭环控制的在多个ECU之间高速通信的网络协议 主要用于载货车和客车上 它以CAN2 0协议为核心J1939报文 利用CAN扩展帧标识符 29位ID 区分数据PRIORITY 3bit优先级R 1保留DP 1数据页PDUFormat 8参数组格式PDUSpecific 8参数格式扩展Sourceaddress 8数据源地址DataField 0 64实际数据J1939报文与CAN对应关系CAN格式标识符 11bit 扩展帧标识符 18bit J1939报文格式Priority R DP PF 7 2 PF 1 0 PS SA 北京理工大学的标定系统 标定软件 AETCCalibrator VC VB 底层硬件驱动 接口硬件 周立功USBCAN卡通讯协议 CCP使用范围 自行开发的ECU 只要符合CCP协议的ECU原