82006年第3期adv@mesnet.com.cn(广告专用)!"#$$$的发动机电控单元最小系统设计□中国机械科学研究院吴进军摘要介绍一种32位RISC微控制器MPC555在高压共轨柴油发动机电子控制单元(ECU)中的应用;给出以单片MPC555最小系统及TornadoforOSEKWorks嵌入式集成开发环境为ECU硬件和软件开发平台的实现方案;侧重介绍ECU的硬件功能模块、软件总体设计等。利用MPC555的丰富片上资源和基于OSEK/VDX标准的实时多任务操作系统集成开发环境,减少ECU软硬件开发的复杂性,保证发动机管理系统对ECU苛刻的实时性和可靠性要求。关键词发动机电子控制单元(ECU)MPC555实时操作系统(RTOS)随着当前电子技术及发动机电控技术的发展,以32位嵌入式微控制器及多任务实时操作系统为基本技术特征的新一代电子控制单元ECU(ElectronicControlUnit)的开发已成为汽车电子发展应用的主流。本文在TonadoforOSEKWorks多任务实时操作系统及32位PowerPC微控制器MPC555的基础上,介绍高压共轨柴油发动机电子控制单元的最小系统设计方案。图1柴油发动机电子控制单元硬件框图1柴油发动机电子控制单元主要功能及特点电控技术的发展为柴油发动机获得更好的排放指标、动力性能与燃油经济性提供了可能。发动机电子控制单元的核心就是通过ECU检测柴油机的各种实时状态参数,实现对燃油喷射量、喷油正时、喷油规律及喷油压力等参数的灵活控制;优化燃烧,使柴油机始终运行在最佳状态下。高压共轨柴油发动机电子控制单元是一个集高压共轨燃油喷射控制、实时数据采集及发动机监控保护、故障诊断、通信等于一体的发动机电子管理系统。其典型的功能框图如图1所示。当前日益严格的法规及对安全与舒适性的更高要求,使得ECU软件及硬件越来越复杂,特别是高压共轨燃油喷射技术的引入。为了实现精确的燃油喷射控制及复杂的喷油规律,电控系统对实时响应特性、系统可靠性及高速运算能力有了更苛刻的要求,是一个典型的实时多任务控制系统。2ECU硬件最小系统设计2.1ECU主控芯片选择针对当前ECU开发技术的发展,研制过程中,ECU硬件采用Motorola高性能32位PowerPC微控制器---MPC555。MPC555主要有以下功能模块:◇主频40MHz的精简指令集CPU(RCPU);◇28MIPS的运算能力;paper@mesnet.com.cn(投稿专用)2006年第3期Microcontrollers&EmbeddedSystems9◇448KBFlash;◇26KBSRAM;◇独立工作双时间处理单元(TPU3);◇18通道模块I/O系统(MIOS1);◇双队列模数转换模块(QADC);◇双CAN2.0B控制器模块(TouCANs);◇队列串行多通道模块(QSMCM)。MPC555微控制器是MotorolaPowerPC500系列的代表产品,专为汽车电子、航空航天、智能系统等高端嵌入式控制系统所设计。它有272引脚BGA封装,可在高速移动及苛刻的环境下工作(工作温度:-40～125℃)。MPC555卓越的片内集成功能,使得仅依靠单片MPC555内部资源即可以进行ECU最小系统设计,完全满足新型柴油机电控的需求。图2给出了基于MPC555的ECU最小系统结构框图。图2基于MPC555的ECU核心结构框图2.2ECU的存储器由于控制器本身片内集成448KBFlash及26KBSRAM,其大小可以满足针对发动机引擎控制及试验平台通信等的程序及数据存储需求,因此不需进行系统存储器扩展。2.3数字及模拟信号采集电控系统中的常规信号,如温度信号、压力信号、负荷等传感器的输出都是模拟信号,通过信号处理电路可以直接进入集成QADC模块,将其转换成数字量。由于MPC555内部集成了多达32路的10位高速A/D,可以满足ECU控制中的各种模拟量采集要求,不需进行A/D的扩展。对于普通开关量的输入输出,18通道模块I/O系统MIOS1可以基本满足需要;对于复杂环境控制需要更多I/O时,由于ECU设计采用最小系统,无需扩展存储器等,其24位地址总线及32位数据总线将空闲,可以作为通用I/O使用。2.4通信随着车用电子设备越来越多,从核心的发动机控制到动力传动、监控、娱乐、定位等电子设备的集成使用,使得一辆车的电子系统形成了一个复杂的网络系统。这些对汽车的综合控制网络和信息交互提出了更高的要求。由于CAN总线具有实时性强、可靠性高、通信速率快、结构简单和价格低廉等特点,在汽车内部网络上获得了普遍应用。MPC555集成了双路CAN2.0B控制器模块,在ECU设计时只需增加一个收发器就可以...
