基于MPC555的开放式汽车电子控制平台
2010-12-20 14:17:56
来源：半导体器件应用网
本设计在基于 MPC555 微控制器硬件平台基础上，构建了一个开放的符合 OSEKIVDX 标准的汽车电子控制平台。
开放式汽车电控单元设计的关键问题
根据 IEEE 的定义，开放式控制系统必须使相应的执行程序能够运行于来源不同的平台，与其他的系统应用进行无缝的连接和相互操纵，并为用户提供一个具有一致风格的交互接口。这一定义明确的提出了开放式控制系统的特点和设计的关键，即可互操作、可复用、可扩展以及可互换。
另外，由于车辆使用环境变化较大，控制系统要求有较强的适应性，能够根据环境的变化进行系统动态配置，在线切换算法组件和改变组件间的互连等。
在硬件方面，由于硬件结构相对固定，系统升级基本采用部件替换或者增减的方式，更新周期也相对较长。因此，其开放性着重考虑的是硬件系统在汽车控制领域的通用性和适应性，也就是说硬件系统应该适应车载控制系统针对不同控制对象和控制模型的资源需要，同时也应注意系统开放互连的硬件支持。
OpenECU的硬件系统设计
系统硬件架构采用 Freescale 公司的 MPC555 作为控制核心，由电源模块、存储系统、复位电路和接口模块几部分组成。由于系统是面向汽车电子应用的，为保证系统的在汽车电子领域的开放性，应对汽车电子领域常用的接口信号进行处理，采用相应的专用接口芯片以满足要求。同时，系统提供丰富的 I/O 资源也有利于满足开放性的要求。系统架构如图 1 所示。
1 系统CPU选择方案
平台选用专为汽车电子等领域开发的处理器 MPC555。基于对 MPC500 系列微控制器功能分析，选用 MPC555 的原因有如下几点：CPU处理能力可以满足算法对计算任务和浮点运算能力的需求;片上资源丰富，很多功能模块，如 TPU、MDA 和 CAN 等，是专门为汽车电子行业量身定制的，片上多种控制功能模块的集成，使得系统无须过多外接功能驱动芯片，且硬件布线减少，成本降低，有助于提高系统的可靠性;有较大的内部存储器容量，用户可以在满足要求的情况下自由选择是否使用外部存储器，这有利于节约成本，提高可靠性。
2 外扩存储器系统的设计
MPC555 微控制器片内有 448KB Flash，只提供 32KB 的 SRAM，可能在某些复杂的控制场合存储空间是不够用的，为增强适应性，为用户提供足够的资源，本设计还外接 SRAM 和 Flash 存储器芯片。Flash 选用 AMD 公司的 AM29LV160DB，共 2 片。总存储容量为 4MB。读写操作供电电压范围 2.7～3.6V，访问时间为 90ns。SRAM 选用 ISSI 公司的 IC61LV5128-10T 芯片，共 4 片，总存储容量为 2MB。访问时间为 10ns，供电电压 3.3V。
MPC555 中的存储器控制器提供了对 EPROM、静态RAM、Flash、EEPROM 和其他外围设备的接口能力，共提供四个存储区段，分别由四根片选信号线 CS[0]～CS[3] 来进行选择，支持读写操作。CS[0] 还作为系统自举时，程序入口地址区段的选择信号线。根据这个特性可以把系统配置成 Flash 启动方式。CS[1] 作为 SRAM 的外扩片选信号。图 2 给出 MPC555 微控制器外扩 Flash 和 SRAM 存储器的连接图。其中 WE[0:3]/BE[0:3] 为写使能/字节使能信号线，其中 WE[0]/BE[0] 确认数据总线 DATA[0:7] 上的有效数据，WE[1]/BE[1] 确认数据总线 DATA[8:15] 上的有效数据，WE[2]/BE[2] 确认数据总线 DATA[16:23] 上的有效数据，WE[3]/BE[3] 确认数据总线 DATA[24:31] 上的有效数据。OE 为输出有效信号，CE 为片选有效信号。由于 MPC555 微处理器按字寻址，未使用地址线低两位以避免发生地址冲突。
3 Lamda 传感器信号调理
LM9040 是由两路独立的 Lamda 氧气传感器采样输入的差分放大器组成的双通道传感器接口电路。Lamda 传感器监视发动机废气，根据空燃比产生测量的电压信号。LM9040 可以将 ±2V 的传感器差分测量信号转换为适合 5V 参考电压的 A/D 变换的输出电压。电路如图 3 所示。
4 CAN 通信总线设计
为了实现动力总成控制系统中的分布式控制和实时数据交换，必须采用高传输速率、抗干扰能力强以及高可靠性的网络总线方式。CAN 总线以其突出的实时性、可靠性和灵活性的特点，在目前存在的多种汽车网络通信标准中最具竞争实力。
MPC555 中己经内嵌两个 CAN 总线控制器模块 TouCAN，TouCAN 符合 CAN2.0B 技术规范，兼容标准（11 位标志符）和扩展（29 位标志符）两种报文格式，所以本设计采用集成控制器的方式来实现 CAN 节点。要进行 CAN 总线通信，还需要连接一个 CAN 收发器，在本系统中，选用 CAN 控制器与物理总线之间的接口芯片 PCA82C251。值得注意的是，总线两端需加 120Ω 的电阻，对于匹配总线阻扰，起着相当重要的作用。忽略掉它们，会使数据通信的抗干扰性及可靠性大大降低，甚至无法通信。通信介质选用双绞线。为了增强抗干扰能力，去除传送信号过程中所产生的噪音，采用 TDK 公司特别为 CAN 总线使用而设计的高电感共态滤波器 ZJYS81R5。
OpenECU 的软件系统设计
OpenECU 的软件系统根据开放性的要求，对用户隐藏底层硬件和设备管理的细节，将系统分层封装为硬件抽象层和操作系统层，系统结构如图 4 所示。
硬件抽象层管理平台的硬件资源包括三个主要的部分：硬件系统的设备驱动、硬中断管理和系统调试与诊断支持。它是系统的硬件中断的管理者，生成和维护中断向
开放式汽车电控单元设计的关键问题
根据 IEEE 的定义，开放式控制系统必须使相应的执行程序能够运行于来源不同的平台，与其他的系统应用进行无缝的连接和相互操纵，并为用户提供一个具有一致风格的交互接口。这一定义明确的提出了开放式控制系统的特点和设计的关键，即可互操作、可复用、可扩展以及可互换。
另外，由于车辆使用环境变化较大，控制系统要求有较强的适应性，能够根据环境的变化进行系统动态配置，在线切换算法组件和改变组件间的互连等。
在硬件方面，由于硬件结构相对固定，系统升级基本采用部件替换或者增减的方式，更新周期也相对较长。因此，其开放性着重考虑的是硬件系统在汽车控制领域的通用性和适应性，也就是说硬件系统应该适应车载控制系统针对不同控制对象和控制模型的资源需要，同时也应注意系统开放互连的硬件支持。
OpenECU的硬件系统设计
系统硬件架构采用 Freescale 公司的 MPC555 作为控制核心，由电源模块、存储系统、复位电路和接口模块几部分组成。由于系统是面向汽车电子应用的，为保证系统的在汽车电子领域的开放性，应对汽车电子领域常用的接口信号进行处理，采用相应的专用接口芯片以满足要求。同时，系统提供丰富的 I/O 资源也有利于满足开放性的要求。系统架构如图 1 所示。
1 系统CPU选择方案
平台选用专为汽车电子等领域开发的处理器 MPC555。基于对 MPC500 系列微控制器功能分析，选用 MPC555 的原因有如下几点：CPU处理能力可以满足算法对计算任务和浮点运算能力的需求;片上资源丰富，很多功能模块，如 TPU、MDA 和 CAN 等，是专门为汽车电子行业量身定制的，片上多种控制功能模块的集成，使得系统无须过多外接功能驱动芯片，且硬件布线减少，成本降低，有助于提高系统的可靠性;有较大的内部存储器容量，用户可以在满足要求的情况下自由选择是否使用外部存储器，这有利于节约成本，提高可靠性。
2 外扩存储器系统的设计
MPC555 微控制器片内有 448KB Flash，只提供 32KB 的 SRAM，可能在某些复杂的控制场合存储空间是不够用的，为增强适应性，为用户提供足够的资源，本设计还外接 SRAM 和 Flash 存储器芯片。Flash 选用 AMD 公司的 AM29LV160DB，共 2 片。总存储容量为 4MB。读写操作供电电压范围 2.7～3.6V，访问时间为 90ns。SRAM 选用 ISSI 公司的 IC61LV5128-10T 芯片，共 4 片，总存储容量为 2MB。访问时间为 10ns，供电电压 3.3V。
MPC555 中的存储器控制器提供了对 EPROM、静态RAM、Flash、EEPROM 和其他外围设备的接口能力，共提供四个存储区段，分别由四根片选信号线 CS[0]～CS[3] 来进行选择，支持读写操作。CS[0] 还作为系统自举时，程序入口地址区段的选择信号线。根据这个特性可以把系统配置成 Flash 启动方式。CS[1] 作为 SRAM 的外扩片选信号。图 2 给出 MPC555 微控制器外扩 Flash 和 SRAM 存储器的连接图。其中 WE[0:3]/BE[0:3] 为写使能/字节使能信号线，其中 WE[0]/BE[0] 确认数据总线 DATA[0:7] 上的有效数据，WE[1]/BE[1] 确认数据总线 DATA[8:15] 上的有效数据，WE[2]/BE[2] 确认数据总线 DATA[16:23] 上的有效数据，WE[3]/BE[3] 确认数据总线 DATA[24:31] 上的有效数据。OE 为输出有效信号，CE 为片选有效信号。由于 MPC555 微处理器按字寻址，未使用地址线低两位以避免发生地址冲突。
3 Lamda 传感器信号调理
LM9040 是由两路独立的 Lamda 氧气传感器采样输入的差分放大器组成的双通道传感器接口电路。Lamda 传感器监视发动机废气，根据空燃比产生测量的电压信号。LM9040 可以将 ±2V 的传感器差分测量信号转换为适合 5V 参考电压的 A/D 变换的输出电压。电路如图 3 所示。
4 CAN 通信总线设计
为了实现动力总成控制系统中的分布式控制和实时数据交换，必须采用高传输速率、抗干扰能力强以及高可靠性的网络总线方式。CAN 总线以其突出的实时性、可靠性和灵活性的特点，在目前存在的多种汽车网络通信标准中最具竞争实力。
MPC555 中己经内嵌两个 CAN 总线控制器模块 TouCAN，TouCAN 符合 CAN2.0B 技术规范，兼容标准（11 位标志符）和扩展（29 位标志符）两种报文格式，所以本设计采用集成控制器的方式来实现 CAN 节点。要进行 CAN 总线通信，还需要连接一个 CAN 收发器，在本系统中，选用 CAN 控制器与物理总线之间的接口芯片 PCA82C251。值得注意的是，总线两端需加 120Ω 的电阻，对于匹配总线阻扰，起着相当重要的作用。忽略掉它们，会使数据通信的抗干扰性及可靠性大大降低，甚至无法通信。通信介质选用双绞线。为了增强抗干扰能力，去除传送信号过程中所产生的噪音，采用 TDK 公司特别为 CAN 总线使用而设计的高电感共态滤波器 ZJYS81R5。
OpenECU 的软件系统设计
OpenECU 的软件系统根据开放性的要求，对用户隐藏底层硬件和设备管理的细节，将系统分层封装为硬件抽象层和操作系统层，系统结构如图 4 所示。
硬件抽象层管理平台的硬件资源包括三个主要的部分：硬件系统的设备驱动、硬中断管理和系统调试与诊断支持。它是系统的硬件中断的管理者，生成和维护中断向
本文为哔哥哔特资讯原创文章，未经允许和授权，不得转载，否则将严格追究法律责任；
暂无评论