车用动力控制系统体系架构与设计.ppt课件.ppt

1、清洁车辆（北京市重点）实验室 LEVRL (Low Emission Vehicle Research Laboratory)主要内容主要内容o 1、汽车电子控制系统发展趋势、汽车电子控制系统发展趋势o 2、ECU系统框架介绍系统框架介绍o 3、ECU设计思路和开发流程设计思路和开发流程o 4、基于基于AutoSAR的软件体系结构的软件体系结构o 5、ECU标定相关技术标定相关技术o 6、协同开发与版本管理、协同开发与版本管理清洁车辆（北京市重点）实验室 LEVRL (Low Emission Vehicle Research Laboratory)1、汽车电子控制系统发展趋势、汽车电子控制系

2、统发展趋势o 多多ECU协同工作：协同工作：分布式网络结构分布式网络结构，ECU数量数量越来越多，线控越来越多，线控o MpSOCs：单个系统功能越来越强大、集成度：单个系统功能越来越强大、集成度越来越高、越来越高、多核多处理器多核多处理器、使用智能、使用智能IP核核o 标准化，开放化：统一接口，标准化，开放化：统一接口，在标准的上合作在标准的上合作，在实现中竞争，在实现中竞争清洁车辆（北京市重点）实验室 LEVRL (Low Emission Vehicle Research Laboratory)清洁车辆（北京市重点）实验室 LEVRL (Low Emission Vehicle Rese

3、arch Laboratory)燃料电池主控系统燃料电池主控系统: MPC561 + AT91SAM9261S清洁车辆（北京市重点）实验室 LEVRL (Low Emission Vehicle Research Laboratory)清洁车辆（北京市重点）实验室 LEVRL (Low Emission Vehicle Research Laboratory)存在问题存在问题o 系统复杂多变，多学科综合问题，系统可靠性要求高系统复杂多变，多学科综合问题，系统可靠性要求高o 开发周期过长，还需要大量的标定匹配工作开发周期过长，还需要大量的标定匹配工作o 可移植性差，升级维护麻烦可移植性差，升级维

4、护麻烦o 需要大量的人员参与，协同设计需要大量的人员参与，协同设计清洁车辆（北京市重点）实验室 LEVRL (Low Emission Vehicle Research Laboratory)2、ECU系统框架与结构划分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产品的特殊性，工作条件恶劣可靠性要求很高o 硬件版本硬件版本o 程序版本程序版本o 数据版本数据版本(标定标定)清洁车辆（北京市重点）实验室 LEVRL (Low Emission Vehicle Research Laboratory)三层次逻辑结构，包括硬件、控制逻辑和标定数据三层次逻辑结构，包括硬件、控制逻辑和标定

5、数据清洁车辆（北京市重点）实验室 LEVRL (Low Emission Vehicle Research Laboratory)硬件系统硬件系统清洁车辆（北京市重点）实验室 LEVRL (Low Emission Vehicle Research Laboratory)软件系统软件系统清洁车辆（北京市重点）实验室 LEVRL (Low Emission Vehicle Research Laboratory)3、ECU设计思路与开发流程设计思路与开发流程统一开发过程基本原则统一开发过程基本原则o 以需求为导向以需求为导向o 以架构为核心以架构为核心o 增量式、迭代式开发增量式、迭代式开发建立

6、外科手术师式开发团队建立外科手术师式开发团队清洁车辆（北京市重点）实验室 LEVRL (Low Emission Vehicle Research Laboratory)清洁车辆（北京市重点）实验室 LEVRL (Low Emission Vehicle Research Laboratory)清洁车辆（北京市重点）实验室 LEVRL (Low Emission Vehicle Research Laboratory)Functional designRapid control prototypingTarget codeCalibrationHIL Simulation系统开发系统开发V模式

7、模式 清洁车辆（北京市重点）实验室 LEVRL (Low Emission Vehicle Research Laboratory)参考方案参考方案o dSPACE，半实物仿真，半实物仿真o ETAS的开发工具的开发工具ASCET、标定工具、标定工具INCAo VECTOR提供标准软件组件提供标准软件组件o 其它专有方案其它专有方案清洁车辆（北京市重点）实验室 LEVRL (Low Emission Vehicle Research Laboratory)RTW+Stateflow清洁车辆（北京市重点）实验室 LEVRL (Low Emission Vehicle Research Labor

8、atory)实时系统分析工具实时系统分析工具o形式化分析工具形式化分析工具UPPAALo基于改进的时间自动机理论基于改进的时间自动机理论oSymTA/So符号化系统分符号化系统分析工具析工具清洁车辆（北京市重点）实验室 LEVRL (Low Emission Vehicle Research Laboratory)4、AUTOSARAUTomotive Open System Architecture(汽车开放式系统架汽车开放式系统架构构)，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，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

9、车和平台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，提高软件复用，降低开发成本基本目的基本目的:1 解决汽车功能可用性和安全性需求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更充

10、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。进行汽车电子软件的更新和升级。原则：在标准上合作，在实现上竞争原则：在标准上合作，在实现上竞争清洁车辆（北京市重点）实验室 LEVRL (Low Emission Vehicle Research Laboratory)4、AutoSAR软件体系软件体系清洁车辆（北京市重点）实验室 LEVRL (Low Emission Vehicle Research Laboratory)ECU软件架构软件架构oMCU抽象层：处于系统底层，通过寄存器直接操作硬件，它包含各抽象层：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

11、软件模块，用于直接访问微控制器内的外设种驱动。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具有借鉴意义oECU抽象层：

12、给上层应用提供接口，但必须通过微控制器层才能访抽象层：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，不同版本的硬件其问硬件，不同版本的硬件其ECU抽象层配置是不一样的是不一样的o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，对于给上层应用提供接口，对于PowerPC系列我把与系列我把与TPU相关的部分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一部分用单独的文件中列出o系统服务层：与系统服务层

13、：与OS相关内容以及任务调度等相关内容以及任务调度等 o应用层应用层清洁车辆（北京市重点）实验室 LEVRL (Low Emission Vehicle Research Laboratory)微处理器抽象层划分微处理器抽象层划分oMCU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，它们都由微基本驱动，它们都由微控制器相关寄存器操作来完成。控制器相关寄存器操作来完成。 n看门狗驱动看门狗驱动 n通用时钟驱动通用时钟驱动 nMCU基本操作基本操作 o存储器驱动：通常使用的存储器主要有存储器驱动：通常使用的存储器主要

14、有3类，类，RAM、FLASH和和EEPROM nRAM驱动驱动 nFLASH驱动驱动 nEEPROM驱动驱动 o通讯驱动：在汽车电子领域通常使用的通讯有通讯驱动：在汽车电子领域通常使用的通讯有SCI(有时候使用有时候使用LIN或或K线线)、SPI、CAN和和FlexRay等。每个子模块都包含一个统一的数据堆定义文件等。每个子模块都包含一个统一的数据堆定义文件ComStack_Types.h。 nCAN nSPI nLIN nFlexRay oIO驱动驱动 nPORT驱动驱动 nADC驱动驱动 nDIO驱动驱动 nPWM驱动驱动 nICU驱动驱动 清洁车辆（北京市重点）实验室 LEVRL (L

15、ow Emission Vehicle Research Laboratory)ECU抽象层划分抽象层划分o板上设备抽象，对板上设备抽象，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，外部看门狗等基础芯片，外部看门狗等 n电源管理芯片(TLE6368) oI/O硬件抽象 I/O设备的硬件抽象，提供设备的硬件抽象，提供I/O信号接口来访问不同的信号接口来访问不同的I/O设备。设备。 n多通道低端驱动芯片(TLE6244x) n多通道低端驱动芯片(TLE6232) n开关信号采集芯片(MC33993) o通讯硬件抽象对通讯设备进行抽象的一组模

16、块。所有的通讯系统都需要一个特定的通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。讯硬件抽象，用以屏蔽通讯设备的片内或片外属性。 o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访问。屏蔽片内、片外设备的不同和存储硬件类型(EEPROM或者或者Flash)的差别，提供统一的机制来访问。的差别，提供统一的机制来访问。 nSPI外扩EEPROM(MC95320) oECU配置清洁车辆（北京市重点）实验室

17、 LEVRL (Low Emission Vehicle Research Laboratory)复杂设备驱动复杂设备驱动PowPC系列处理器都有专门的系列处理器都有专门的TPU(时间处理单元时间处理单元)模块，我们将比模块，我们将比较复杂的驱动设备用较复杂的驱动设备用TPU来控制，主要是喷油驱动。来控制，主要是喷油驱动。o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、上止点所在位包括发动机为几缸、上止点所在位置以及喷射参数等置以及喷射参数等)输出控制信号。

18、输出控制信号。 o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。信号。 o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。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根据写入的相关喷射参数(包括脉宽和提前角包括脉宽和提前角)产生喷油信号产生喷油信号清洁车辆（北京市重点）实验室 LEVRL (Low Emission Vehicle Research Laboratory)系统服务系统服务(OSEK)o Task任务调度

19、任务调度o Alarm警报器，时间管理警报器，时间管理o Event事件管理事件管理o Resource资源管理资源管理清洁车辆（北京市重点）实验室 LEVRL (Low Emission Vehicle Research Laboratory)应用层应用层-以共轨柴油机为例以共轨柴油机为例功能任务子层主要包含以下几个模块功能任务子层主要包含以下几个模块o 整车控制整车控制 o发动机控制发动机控制 o轨压控制轨压控制 o油量控制油量控制 o系统后台服务系统后台服务 o标定模块标定模块 o诊断接口模块诊断接口模块 信号处理子层主要包含以下部分：信号处理子层主要包含以下部分：o 滤波算法滤波算法

20、o限制和数值转换限制和数值转换 辅助子层主要包含以下几个模块辅助子层主要包含以下几个模块o 故障诊断故障诊断 o故障传输故障传输 逻辑实现子层主要包含以下几个模块逻辑实现子层主要包含以下几个模块o 系统状态转换图系统状态转换图o 工作模式工作模式 清洁车辆（北京市重点）实验室 LEVRL (Low Emission Vehicle Research Laboratory)5、ECU标定相关技术细节标定相关技术细节o 标定功能实现与在线诊断标定功能实现与在线诊断常用标定工具常用标定工具相关标定协议相关标定协议o ECU在线升级在线升级o 程序引导与系统配置：复位向量，系统引导完成前可以程序引导与

21、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借助外部工具更新所有的程序o 存储器分配：很多变量都是全局定义的且需要固定地址存储器分配：很多变量都是全局定义的且需要固定地址清洁车辆（北京市重点）实验室 LEVRL (Low Emission Vehicle Research Laboratory)常用标定工具介绍常用标定工具介绍o标定软件： INCAo接口硬件： ES1000，ES590, ES591, ES580o存储模拟器： ETK Emulator，支持CCP协议的ECUo通讯协议：CCP、ETK、KWP2000、XCP等o外部数据采集：-宽域氧传感器宽域氧传感器: L

22、A4 A/F-温度数据采集模块温度数据采集模块: Thermo-Scan-模拟数据采集模块模拟数据采集模块: AD-Scan-混合数据采集模块混合数据采集模块: Dual-Scan-压力数据采集模块压力数据采集模块: Baro-Scan清洁车辆（北京市重点）实验室 LEVRL (Low Emission Vehicle Research Laboratory)常用标定工具介绍常用标定工具介绍CBP120-26.32 V DC6.32 V DCEthernetEthernetCBE100-3ES590ES590LSU4.2LSU4.2Thermo-ScanAD-Scan MinimoduleCA

23、NCANK106CBM150-3K-LineK-LineK78ETKETK清洁车辆（北京市重点）实验室 LEVRL (Low Emission Vehicle Research Laboratory)西门子标定工具西门子标定工具o标定软件：SAM2000o接口硬件：PCMCI卡o存储模拟器：ECU(需SRAM和PC机上文件配合)。o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

24、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。o通讯协议：由西门子自定义，基本符合CCP协议清洁车辆（北京市重点）实验室 LEVRL (Low Emission Vehicle Research Laboratory)清洁车辆（北京市重点）实验室 LEVRL (Low Emission Vehicle Research Laboratory)康明斯诊断工具康明斯诊断工具o 标定软件：标定软件：INSITEo 接口硬件：接口硬件：INLINE适配器适配器o 通讯协议：通讯协议： S

25、AE J1939、 J1587、J1708o 主要用于故障诊断，获取高级权限后也能修改主要用于故障诊断，获取高级权限后也能修改ECU内内部数据，在康明斯的发动机上使用，在中国很少有人用部数据，在康明斯的发动机上使用，在中国很少有人用来标定来标定清洁车辆（北京市重点）实验室 LEVRL (Low Emission Vehicle Research Laboratory)康明斯诊断康明斯诊断工具工具清洁车辆（北京市重点）实验室 LEVRL (Low Emission Vehicle Research Laboratory)康明斯诊断工具康明斯诊断工具清洁车辆（北京市重点）实验室 LEVRL (Lo

26、w Emission Vehicle Research Laboratory)VISION标定系统标定系统o标定软件：标定软件：VISIONo接口硬件：接口硬件：PCMCIA卡、卡、USB-to-CAN、VISION网络门户接网络门户接口或内存模仿器口或内存模仿器 o通讯协议：通讯协议： XCP、CCP和和KWP2000 o与与Matlab/Simulink开发平台无缝连接，多年来被福特开发平台无缝连接，多年来被福特(Ford)汽车公司、德尔福公司汽车公司、德尔福公司(Delphi)、沃尔沃卡车公司等指、沃尔沃卡车公司等指定为标准匹配标定系统。定为标准匹配标定系统。 o符合符合ASAM组织标准

27、组织标准清洁车辆（北京市重点）实验室 LEVRL (Low Emission Vehicle Research Laboratory)VISION标定系统标定系统清洁车辆（北京市重点）实验室 LEVRL (Low Emission Vehicle Research Laboratory)与标定相关通讯协议与标定相关通讯协议oCCP协议：协议：CAN标定协议，由标定协议，由ASAM组织组织()提出，使用提出，使用CAN总线总线oXCP：CCP的扩展，的扩展， X指通讯物理层多变，可用指通讯物理层多变，可用CAN、TCP/IP、LIN、UART、FlexRay、USB、K线等线等oKWP2000：

28、主要用于诊断，有基于：主要用于诊断，有基于K线的线的(ISO14230)和基和基于于CAN的的(ISO15765)oSAE J1939：卡车网络通讯协议，比：卡车网络通讯协议，比J1587深入，也是基于深入，也是基于CAN的的清洁车辆（北京市重点）实验室 LEVRL (Low Emission Vehicle Research Laboratory)KWP2000协议协议o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，并满足的车载诊断服务，并满足E-OBD标准标准 。 oKWP2000最初是基于最初是基于K线的诊

29、断协议，由于线的诊断协议，由于K线物理层和数据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线无法满足日趋线无法满足日趋复杂的车载诊断网络的需求。而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汽车领域广泛采用基于CAN总线的总线的KWP2000，即，即ISO 15765协议。协议。清洁车辆（北京市重点）实验室 LEVRL (Low Emission Vehicle Rese

30、arch Laboratory)J1939协议协议o一种支持闭环控制的在多个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协议为协议为核心核心oJ1939报文，利用报文，利用CAN扩展帧标识符扩展帧标识符(29位位ID)区分数据区分数据PRIORITY：3bit优先级优先级R：1保留保留DP：1数据页数据页PDU Format：8参数组格式参数组格式PDU Specific：8参数格式扩展参数格式扩展Source address：8数据源地址数据源地址Data Field：0-64实际数据实际数

31、据oJ1939报文与报文与CAN对应关系对应关系CAN格式格式标识符（标识符（11bit）扩展帧标识符（扩展帧标识符（18bit）J1939报文格式报文格式Priority/R/DP/PF(7-2)PF(1-0)/PS/SA清洁车辆（北京市重点）实验室 LEVRL (Low Emission Vehicle Research Laboratory)清洁车辆（北京市重点）实验室 LEVRL (Low Emission Vehicle Research Laboratory)北京理工大学的标定系统北京理工大学的标定系统o 标定软件：标定软件：AETC Calibrator(VC+VB+底层硬件底层

32、硬件驱动驱动)o 接口硬件：周立功接口硬件：周立功USBCAN卡卡o 通讯协议：通讯协议：CCPo 使用范围：自行开发的使用范围：自行开发的ECU，只要符合，只要符合CCP协议的协议的ECU原则上都能使用，在西门子的原则上都能使用，在西门子的ECU上初步测试已上初步测试已成功成功清洁车辆（北京市重点）实验室 LEVRL (Low Emission Vehicle Research Laboratory)北京理工大学的标定系统北京理工大学的标定系统清洁车辆（北京市重点）实验室 LEVRL (Low Emission Vehicle Research Laboratory)o显示显示3维维MAP的

33、画面的画面o标定系统主界面标定系统主界面清洁车辆（北京市重点）实验室 LEVRL (Low Emission Vehicle Research Laboratory)Bootloader清洁车辆（北京市重点）实验室 LEVRL (Low Emission Vehicle Research Laboratory)6、协同开发与版本管理、协同开发与版本管理o项目文档管理o缺陷管理o版本管理与控制80%的重复工作都可以由机器来完成开源版本管理工具SVN清洁车辆（北京市重点）实验室 LEVRL (Low Emission Vehicle Research Laboratory)软件设计准则软件设计准则

34、o 以架构为核心以架构为核心o 正交化，模块化设计正交化，模块化设计o 将硬件抽象化，上层软件与硬件无关将硬件抽象化，上层软件与硬件无关o 可移植性强，方便维护可移植性强，方便维护o 开发文档必须完整清晰开发文档必须完整清晰只有记录在案的讨论结果才算是结果只有记录在案的讨论结果才算是结果清洁车辆（北京市重点）实验室 LEVRL (Low Emission Vehicle Research Laboratory)清洁车辆（北京市重点）实验室 LEVRL (Low Emission Vehicle Research Laboratory)清洁车辆（北京市重点）实验室 LEVRL (Low Emission Vehicle Research Laboratory)缺陷管理缺陷管理清洁车辆（北京市重点）实验室 LEVRL (Low Emission Vehicle Research Laboratory)