高速通信技术在汽车电子控制中的应用研究_陈渝光

第29卷 第1期西南师范大学学报(自然科学版)2004年2月Vol.29 No.1Journal of Southwest China Normal University (Natural Science)Feb.2004文章编号:10005471(2004)01007504高速通信技术在汽车电子控制中的应用研究¹陈渝光, 杨 奕, 廖仕利, 熊 文重庆工学院电子信息与自动化学院,重庆400050摘要:探讨了实现PC 机与DSP 控制器之间、现场总线Profibus 与汽车EC U 之间,以及DSP 与DSP 之间的高速信息通信技术.首先讨论了利用CY7C63101A 接口器件实现串并转换和高速USB 通信、利用SPC3实现智能Profibus -DP 从站和利用SPI 实现DSP 双机通信的原理,然后探讨了通信子系统软、硬件设计方案.关 键 词:通用串行接口总线;串行外设通信;高速通信;发动机集中控制中图分类号:TP23文献标识码:A未来汽车电子系统将建立在分布式控制系统的基础上.系统中,从处理器除独立运行、控制、改善汽车某一方面的性能外,还可以与其它处理器共享数据资源和后备控制硬件资源.发动机集中控制装置的通信涉及到主EC U 通过Profibus 现场总线与汽车其它ECU(电子控制单元)之间的通信,主、从EC U 之间的通信,主EC U 通过USB 总线与PC 机之间的通信.图1 通信系统框图Fig 11 Communication System Diagram 1 汽车发动机集中控制装置通信系统设计方案发动机集中控制装置由主、从EC U 组成,主、从ECU 均采用DSP TMS320LF2407.主EC U 挂接在Profibus 现场总线上,实现对发动机的实时控制,以及与汽车其它EC U 单元的通信,使各个控制模块之间达到最佳的匹配;从ECU 作为后备控制单元,实施对主EC U 的实时监控.当主EC U 出现故障时,从EC U 立即接过对发动机的控制权.主、从ECU 间的通信通过DSP 内置的SPI(串行外设通信)模块进行.主EC U 还可以通过USB 总线与上位PC机通信,实施对汽车发动机控制系统实时仿真,或从上位PC 机下载更新程序和重要数据[1].通信系统框图如图1所示.2 通信子系统211 USB 通信系统采用C Y7C63101A 完成PC 机的USB 接口和DSP 的并行接口之间的通信.CY7C63101A 符合¹收稿日期:20030630基金项目:重庆市科委应用基金资助项目(7244).作者简介:陈渝光(1962-),男,江苏无锡人,硕士,副教授,主要从事自动化设备的研究和开发工作.USB111,USB HID(人机接口设备)110规范,数据传输率可达12Mbit/s.USB 通信软件包括主机软件和微控制器中的软件(固件).主机软件和固件相配合,协同完成主机与DSP 间的信息交换.其中,固件流程主要完成与USB 主机的通信(包括参与USB 总线设备枚举、USB 软件狗的自身标识等)、对DSP 的读写操作、与主机程序相配合实现和主机程序间的数据交换等任务(图2).装置与主机连接后,执行USB 复位操作和USB 设备枚举过程.主机根据枚举阶段所获得的设备描述符、配置描述符等信息对USB 设备进行配置后,USB 设备进入工作状态.CY7C63101A 只提供了端点0实现主机与USB 设备间的交互式数据交换.设备必须实现一个缺省的控制端点用来配置设备、控制设备状态、设备控制指令、设备状态查询及确认命令等[2].工作时,USB 主机处于主模式,设备处于从模式.主机与USB 设备间的数据交换过程均由主机方发起,每一次数据交换都由完整的控制传输完成.在控制传输的建立阶段,主机向USB 装置发送8字节的信息包,通过用户自定义的请求类型字段规定USB 设备对后续数据应进行的处理,或要求USB 设备向主机返回特定的信息.在数据阶段,USB 设备接收指定数据或按要求向主机发送相应数据.控制传输的状态阶段指示本次数据传输的结果状态,以确定交互是否正确完成.212 Profibus 现场总线设计SPC3是集成了完整的Profibus -DP 协议的优化的智能Profibus -DP 从站,数据传输率可达12Mbit/s [3].通电后,SPC3自动执行从站状态机.SPC3的方式寄存器0设置Profibus -DP 的操作方式,方式寄存器1设置可动态改变的状态.DSP 根据SPC3产生的中断,对SPC3接收到的主站输出数据转存,组织要通过SPC3发给主站的数据,并根据要求组织外部诊断[4].SPC3正常工作之前,必须进行初始化.主程序中,SPC3初始化包括设置SPC3允许的中断,写入从站识别号和地址,设置SPC3方式寄存器,设置诊断缓冲区,参数缓冲区,配制缓冲区,地址缓冲区,初始长度,并根据以上初始值求出各个缓冲区的指针及辅助缓冲区的指针.根据传输的数据长度,确定输出缓冲区,输入缓冲区及指针.初始化程序功能结构流程如图3所示.图2 USB 的固件流程图Fig 12 The Solid Flow Diagram of USB 图3 SPC3初始化程序流程Fig 13 The Initialization Flow Diagram of SPC376西南师范大学学报(自然科学版) 第29卷213 SPI 双机通信SPI 是一种串行总线标准,用以实现主、从EC U 之间的信息交换.SPI 采用同步工作方式,其传输速率高达几十兆[5].SPI 交换数据时,主机发送端与从机接收端相连,主机接收端与从机发送端相连,主机产生时钟信号输出至从机时钟引脚上.由于两台设备在同一时钟下工作,串行数据交换不需要增加起始位、停止位等用于同步的格式位.在同步时钟SPICLK 的节拍下直接将要传送的信息内容一位一位地写入到主机的SPI 发送数据寄存器,并自动启动主机的发送过程.当信息内容移位完毕,置中断标志,通知主机信息块发送完毕.从机在SPICLK 节拍下将数据按位移到从机的移位寄存器.当一个完整的信息块接收完成后,置中断标志,并同时将移位寄存器接收到的内容复制到从机的SPI 接收数据寄存器.由从机向主机发送数据的过程与上述过程相反.SPI 串行通信采用面向字符的链路控制协议,它以控制字符来构成报文格式.SPI 收发流程如图4所示.图4 SPI 收发流程Fig 14 The Flow Diagrams of Receiving and Dispatching of SPI3 结束语基于现场总线的高速通信技术引入发动机集中控制系统的设计之中,较好地实现了汽车电子装置间的资源共享,协调控制;双机高速通信技术较好地满足了主、从EC U 间的实时监控和后备控制功能;通过USB 的高速传输性能,为系统现场在线实时仿真提供了技术支撑.参考文献:[1]陈渝光,肖蕙蕙,张 俊,等.具有自诊断功能的新型发动机电子控制装置[J].车用发动机,2003,(2):33-36.[2] 许永和.USB 外围设备设计与应用[M].北京:中国电力出版社,2002.1-146.[3] SIMATIC NE T.SPC3Siemens PROFIBUS Controller Hardware Descripti on.[EB/OL].h ttp://www4.ad.siemens.de/csinfo/livelink.exe?siteid =cs &searchinprim =0&nodeID0=4000024&lang =en &func =cslib.csinfo2&content =%2Fskm%2Fsearch.asp%3F&Query=spc3,2003-04-09[4] SIMAT IC NE T.SPC3Siemens PROFIB US Controller Soft ware Description.[EB/OL ].http://www4d.ad.siemens.de/skm/frameset.asp?markerurl=http%3A %2F%2F www4%2Ead%2Esiemens%2Ede%2Fcsinfo%2Fli velink%2Eexe%3Ffunc%3Dll%26objID%77第1期 陈渝光,等:高速通信技术在汽车电子控制中的应用研究78西南师范大学学报(自然科学版)第29卷3D1172208%26objaction%3Dcsview%26lang%3Den%26siteid%3Dcs&nodeID0=4000024&Query=spc3&siteid=cs&lang= en&aktprim=99&searchinpri m=0,2003-04-09[5]章云,谢莉萍,熊红雁.DSP控制器及其应用[M].北京:机械工业出版社,2001.84-95.The Study and Application of High-Speed CommunicationTechnique in Automobile Electronic ControlCHEN Yu-guang,YANG Yi,LIAO Sh-i li,XIONG WenS chool of Electronic Informati o n&Automati on,Chongqing Ins ti tute of Technology,Chongq i ng,400050,ChinaAbstract:The High-Speed C om munica tion Techniques between PC computer and DSP controller,between Profibus and Automobile p s EC U,and between DSP controller and DSP controller are discussed.First,the rules of achieving series-parallel converting and High-Speed USB communication by using CY7C63101A,achieving Profibus-DP intelligentization slave station by using SPC3,achieving communicating between DSP and DSP via SPI are discussed.Further,the design scheme of software and hardware of communication sub-system is probed.The application effect is good in the car-engine integrated c ontrolling syste m designed by writer.Key words:universal serial bus;serial process interface;high-speed communication;car-engine integrated control责任编辑潘春燕。