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基于XC164的六通道ABS开发板设计

2012-12-5 16:30:43 2417

要：汽车防抱制动系统(ABS)的电子控制单元(ECU)是ABS的最重要部件之一。为模拟ABS的实际工作过程，制造了具有六通道电子控制单元的ABS开发板，包括单片机、电磁阀驱动、电源模块、轮速处理等模块等。该系统很好的模拟了 ABS的工作过程，为验证控制软件提供了方便，缩短了开发周期。
关键词：开发板；ABS；ECU；XC164 ABS 的匹配是一个非常复杂的过程，需要做大量的实车试验。由于试验存在着很大的危险性，所以在进行实车试验之前一定要先对控制软件做一定程度的验证，如轮速、轮加减速度、滑移率计算的准确性，以及电磁阀、报警灯、电机的正确运转等。车载的ABS电子控制单元不具备信号发生和数据显示的功能，而开发板弥补了这一缺陷。
总体结构介绍
开发板基本上具有六通道ABS电子控制单元的所有模块，包括单片机、电磁阀驱动、电机驱动、电源模块、轮速处理等，另外还有轮速发生模块和显示模块等。液晶屏下方的电路板(简称电路板1)用来产生方波信号，发送到主控芯片XC164CS的高速输入捕捉口(CAPCOM)，加速、减速、制动按钮用来控制方波信号的频率，可模拟车辆的加速、减速和制动过程。主控芯片经过计算后，又通过串口将计算结果，如轮速、轮加减速度、滑移率等发送给电路板1，再驱动液晶屏显示数据。同时主控芯片根据不同的计算结果驱动报警灯、电机、继电器和阀等外围设备，以此模拟ABS的工作过程。
开发板的芯片大部分采用Infineon公司生产的专用芯片，它们被国内外的ABS生产商广泛采用。主要功能模块及使用的芯片如表1所示：

功能模块	使用芯片	备注
主芯片MCU1	XC164CS	主要完成信号处理、计算、控制任务
监控芯片MCU2	C505CA	主要负责监控主芯片工作
外部CAN接口	TLE6250	由主芯片提供控制
诊断模块K-line	TLE6259	由监控芯片提供控制
报警灯、继电器驱动	TLE6210	--
内部CAN通信	--	连接两个MCU
阀驱动	TLE6228	共有12路驱动
电源及复位	TLE7469	提供双电压

表1 功能模块及使用芯片

下面对主控芯片XC164CS和监控芯片C505CA作较为详细的介绍。
主控芯片XC164CS
XC164CS是Infineon公司近年推出的16位高档单片机。该单片机有如下优点：

运算速度快：能达到40MHz的CPU频率。
存储器容量大：
-2kB双口RAM用于变量，寄存器池和系统堆栈；
-附加的2kB高速数据SRAM用于变量和用户堆栈；
-2kB高速SRAM用于代码和数据；
-128k的flash支持在线编程。
中断源多：接收70种中断，分为16个中断优先级(ILVL)，每个中断优先级中分为4个组优先级(GLVL)，数字越高，优先级越高。
具有在片调试接口OCDS，OCDS接口标准测试协议(与IEEE1149.1兼容)，主要用于芯片内部测试。现在的多数的高级器件都支持JTAG协议，如 DSP、FPGA器件等。标准的JTAG接口是4线：TMS、TCK、TDI、TDO，分别为模式选择、时钟、数据输入和数据输出线。OCDS接口扩充了 JTAG接口，其功能见表2。

TMS	模式选择	OCDS接口大大方便了软件调试工作，这在下面部分将详细描述。另外该芯片还具备外围IO口多、时钟多、AD转换口多等优点，并且具有两个CAN接口。
TDO	测试数据输出
CPUCLK	CPU时钟
TDI	测试数据输入
TRST	测试复位输入
TCK	测试时钟输入
BRKIN	硬件中断输入
TRAP	陷阱条件
VCC	正电压(5V)
GND	数字地
RESET	芯片复位
BRKOUT	硬件中断输出
OCDS	OCDS使能

表2 OCDS接口功能描述

XC164CS开发方法
XC164CS可以通过三种方式跟上位机连接进行在片仿真：串口方式(即bootloader模式)、并口方式(LPT)和USB口方式(即OCDS)。其中并口方式要求上位机的主频小于800MHz，给应用带来不便。串口方式，速度较慢。需要占用一个串口，而且调试过程中经常出现连接丢失的情况，因此也不予采用。 OCDS接口是XC164CS专门提供的调试接口，也是其不同于Infineon其它164系列单片机的主要特征之一，因此在开发板研制过程中采用 OCDS的调试方式。
软件采用的编译器是Keil uVision2 (PK166，摘编者注)，该编译器调试功能强大，不仅能够进行纯软件仿真，而且上位机能够通过并口或者USB口跟用户板进行连接，实现在片调试。连接关系如图3所示。
其中的ULINK是一种USB接口到OCDS接口的适配器，它具有如下特性：

通过USB口实现上位机和用户板的快速连接；
通过在片调试接口OCDS实现在片调试功能；
通过OCDS实现片上flash的烧写功能。

监控芯片C505CA
监控芯片跟主控芯片进行实时通信，从而保证主控的正确运行，监控芯片还行使故障诊断的职能。
C505CA是Infineon公司的一款8位单片机，它基于8051内核，优点在于：

有较高的运算速度，能达到20MHz的工作频率；
具有片上CAN接口，方便跟主控芯片通信；
支持在片仿真；
采用贴片封装。

开发板工作过程
开发板上电后，液晶屏显示一些说明信息，同时开始模拟ABS在实际车辆中的上电自检：报警灯亮快闪几秒，然后模拟电机和12个电磁阀的LED依次点亮，最后，所有的LED闪一次。
自检之后，液晶屏开始显示XC164CS传送的轮速计算值，轮速脉冲是由电路板1产生的；如果当前轮速较低，则模拟电机和12个电磁阀的LED会循环点亮，表示ABS系统在较低车速下，不会进行防抱制动，只进行常规的在线检查；如果当前轮速较高，则除报警灯外的所有LED会同时闪烁，表明ABS系统在该速度下会起作用。
对于轮速的改变，需要用到开发板上的3个按键，按住UP键不动，则轮速升高，按住DOWN键不动，则轮速降低，按一下STOP键，则当前轮速会迅速减至0。
开发板在ABS开发过程中的应用
由于以前使用Intel公司196系列单片机作为主控芯片，现改用XC164CS，将代码从196移植到XC164CS是一个非常烦杂的工作，鉴于实车试验的危险性，在进行实车试验以前必须对代码进行严格的验证，开发板很好的起到了这个作用。
首先，开发板能观察轮速、轮加减速度等控制量，通过改变脉冲发生的频率，观察液晶屏的显示即可知道计算结果的对错，非常直观。
其次，可以验证主控芯片和监控芯片对报警灯、继电器、电机、电磁阀等外部设备的操作。
第三，通过阀旁边的开关，可以模拟阀的通断，实现故障诊断的功能。
第四，通过主控芯片与监控芯片的CAN通信验证主控芯片和监控芯片代码的正确性。
另外，通过开发板还可以验证ABS的进退出条件等。
开发板和实际AB系统的区别
开发板仅用于ABS系统功能和单片机功能的验证，无法做到很全面，有些功能尚不能演示，比如：
XC164CS和C505CA提供了强大的CAN接口，同时在设计过程中，又在板子上扩展了K-line/LIN总线接口，但是其在汽车网络中的实时数据传输，无法演示。
完善的诊断功能也不能完成，因为用来演示电机和电磁阀的LED同实际使用的电机和电磁阀比较起来，需要的驱动电流很小，而在ABS中使用的Infineon TLE6228驱动芯片会把这种情况样认为是故障。
结语
六通道ABS的开发板验证了ABS软件代码的正确性。该开发板自成体系，具有轮速发生、数据显示、故障诊断、外围电路驱动和实时通信功能。另外，主控芯片XC164CS采用了先进的在片调试接口(OCDS)，大大提高了开发效率。
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