汽车电子嵌入式软件编程接口库如何设计比较合理

发布者:张延强最新更新时间:2020-05-20 关键字:嵌入式  编程接口 手机看文章 扫描二维码
随时随地手机看文章

引言


近年来,随着电子科学和计算机技术的飞速发展,汽车电子设备的应用越来越多。目前,国内汽车电子技术水平跟国外汽车厂商相比还有很大差距,尤其是在发动机电控方面,国内尚无独立开发先例。本文介绍的柴油机电控系统嵌入式软件平台就是面向汽车电子,遵循OSEK标准,应用于汽车动力总成控制的系统平台。软件平台由微型系统内核和应用编程接口库组成。嵌入式操作系统内核负责任务调度及事件处理等,编程接口库负责将开发常用的算法和MPC555底层硬件的驱动函数进行控件级封装,供用户调用。在嵌入式系统中,开发人员通过调用编程接口库中已有的API函数,就可以实现常用运算功能以及常规硬件操作。

汽车电子嵌入式软件编程接口库如何设计比较合理

图1 发动机电控系统层次图


整个电控系统包括硬件平台、底层驱动、嵌入式软件平台和上层用户四个层次。各个层次关系,如图1所示。


硬件平台简介


发动机电控系统硬件平台主控CPU为MPC555,它是一款高性能的32位单片机,是专为汽车电子、航空航天、智能系统等高端嵌入式控制系统所设计的芯片。其独特之处在于其具有浮点运算单元,支持浮点代码的直接编程;此外,MPC555还具有可编程的时间处理模块,可通过对该模块的独立编程,实现对发动机曲轴、凸轮轴等复杂周期信号的处理,无需外接单独的CPU,从而大大简化了软、硬件设计。

汽车电子嵌入式软件编程接口库如何设计比较合理

图2 发动机电控系统硬件电路结构框图


以MPC555为核心控制单元,辅以相应的输入信号处理、输出控制和通讯单元设计的发动机电控系统硬件电路结构框图,如图2所示。


嵌入式操作系统内核简介


该嵌入式操作系统是以MPC555/MPC556单片机为硬件运行平台,参照欧洲OSEK标准,构建的超微型实时安全的嵌入式操作系统内核。该系统为用户提供各种任务调度、事件处理及中断响应机制,并由操作系统管理各个任务之间的切换和信息传递。


为满足系统实时性的要求,操作系统任务管理采用基于任务优先级的可抢占式任务机制,任务之间通过消息邮箱和消息队列传递变量和信息。另外,系统内核利用开放源码机制,通过裁减与移植,可以支持多种国际主流处理器。


该嵌入式操作系统内核的功能结构,如图3所示。

汽车电子嵌入式软件编程接口库如何设计比较合理

图3支持汽车电子的嵌入式操作系统内核结构图


嵌入式编程接口库设计


应用编程接口库的设计是将发动机电控系统需要的常规算法和硬件基本操作封装为函数形式,嵌入在操作系统中,为开发人员提供一个友好安全的软件平台。


该嵌入式编程接口库的结构,如图4所示。

汽车电子嵌入式软件编程接口库如何设计比较合理

图4 支持汽车电子的嵌入式编程接口库结构图


嵌入式基础编程接口库


嵌入式基础编程接口库是指各行业在电子控制方面通用的编程接口库。该库利用现有车辆数据作为模拟数据进行控制算法和线性插值算法库函数验证,数据结构符合 ASAP2标准。该接口库为用户提供了一整套开发中常用的算法函数和基本操作,对典型的算法和操作进行控件级封装,为应用程序提供一个完整的通用的系统调用函数库。


该函数库主要包括:


1. 2D、3D线性插值算法接口库:在二维、三维表中,经过线性插值得到与输入量对应的函数值,用于发动机控制参数查表算法。


2. PID控制器算法接口库:PID控制器是一种线性控制器。它根据给定值与实际输出值构成控制偏差,将偏差的比例、积分和微分通过线性组合构成控制量,主要用于控制喷油输出信号。


3. 平滑滤波处理算法接口库:主要用于对采集的模拟信号进行平滑和去抖处理。4. 其他汽车电子控制系统中,常用的控制算法和信号处理函数接口库。


嵌入式基础编程接口库的设计有两个目的:一是方便调用应用程序,增加程序可靠性和编程效率;二是希望通过将处理方法标准化,在不改变程序结构的情况下,可以将程序言在不同的硬件平台上进行移植,免去了软件开发人员对一些典型算法和操作的重复编程。


嵌入式专用编程接口库


嵌入式专用编程接口库,是指针对特定柴油机和ECU的硬件特殊需要设计的系统专用编程接口库。该接口库的设计符合OSEK操作系统调用规范,为用户提供底层硬件MPC555的各个功能模块的驱动,并针对汽车电子完成了基本的数据处理工作,提供软件方面的可调用函数。嵌入式专用编程接口库主要包括:


1. 模拟量输入检测及处理接口库:发动机的温度、压力等传感器信号以电压形式被电控单元ECU的模拟量通道采集。信号采集方式可以是需要时调用采集函数,也可以设置成QADC单元自动按定时器周期顺序采集。在系统初始化时,用户可根据具体情况分别设定各个通道的采集方式。


2. 开关量输入/输出接口库:用于对离合器、刹车等开关量信号采集并做去抖处理,结果赋值给指定的全局变量,供用户需要时读取。传感器电源、涡轮增压器控制等开关量输出,则通过直接调用相应函数由引脚输出高低电平实现。I/O口的引脚方向在系统初始化时根据硬件设计设定。


3. 周期量输入检测及输出控制接口库:MPC555单片机内部集成的时间处理单元TPU自带曲轴/凸轮轴信号检测功能和喷油信号输出控制功能。为方便用户使用,我们将各个功能封装为底层驱动函数形式,用户可以调用这些函数设定TPU的工作方式。


4. 其他和单片机硬件相关的驱动函数接口库。


底层驱动接口库是汽车电子开发人员和底层硬件系统之间的桥梁,使开发人员可以最大限度地脱离底层硬件转而专注于汽车控制算法设计。用户通过对底层驱动接口函数的调用,就可以方便地完成对MPC555底层硬件的操作。


嵌入式API函数库


基于上述算法和底层驱动函数库,针对该控制系统的具体需求和功能,兼顾在汽车电子领域的通用性,我们对函数和算法以及各种操作进行了更高一层的封装,为用户提供了更标准的API函数库,更大程度地方便了用户。API函数库包含了发动机各种信号的输入处理和输出控制函数,能够实现更加具体的功能。


以发动机喷油控制函数为例,当系统检测到曲轴信号缺齿位置时,产生中断。系统根据测得的发动机转数,以及各种温度和压力参数,结合怠速、刹车等开关的状态,设定喷油输出信号的起始时刻和脉冲宽度,从而实现对发动机性能的控制。


结语


本文介绍了一种支持汽车电子的嵌入式编程接口库的内容和设计方法。接口库提供了可供系统直接调用的各种API函数,以实现常规算法和硬件操作。接口库的设计相对独立,实现了与硬件平台、操作系统和控制算法的并行开发,最后统一联调,大大缩短了开发的时间。同时,这种层次分明的设计思想,也使得接口库设计更加通用和标准化,可以通过简单修改移植到新的软、硬件平台之上,提高了代码的重复利用率,有较高的使用价值。


关键字:嵌入式  编程接口 引用地址:汽车电子嵌入式软件编程接口库如何设计比较合理

上一篇:自动驾驶哪家强?中美自动驾驶发展,百度谷歌谁才是一哥?
下一篇:晴天充电雨天当伞 福特研发太阳能车罩

推荐阅读最新更新时间:2024-11-06 16:59

用于带有PCIe的嵌入式系统的散/聚式DMA
新一代的互联需求持续不断地向软硬件设计施加压力。不断提高的服务质量(QoS),数据信道隔离,数据平滑恢复和完整性等,都是值得考虑的一些指标要求。PCIe就是能够满足上述要求的一种互联技术。 在FPGA中实现一个PCIe接口时,为了确保系统效率,系统抖动,数据时钟开销以及必须满足的端到端总带宽需求,设计师必须考虑数据传输的方式。将一个散/聚DMA(SGDMA)与一个PCIe接口结合起来,通过从本地处理器上卸载一些数据传输负担,以及均摊多通道间的硬件延迟,非常有助于软硬件设计师满足他们的设计需求。本文将讨论采用基于FPGA的SGDMA与PCIe相结合的一些优点。 绝大部分的新型DMA控制器都支持散/聚功能,这里,硬件负责数据的
[模拟电子]
用于带有PCIe的<font color='red'>嵌入式</font>系统的散/聚式DMA
黑芝麻智能与BlackBerry QNX达成合作
黑芝麻智能与BlackBerry QNX达成合作,携手打造安全可靠的自动驾驶平台 # 用芯赋能未来出行# 1月18日,全球自动驾驶计算芯片引领者——黑芝麻智能宣布将联合 BlackBerry QNX 打造高可靠、高性能、灵活开放的自动驾驶平台。该平台将基于黑芝麻智能高性能的华山二号A1000自动驾驶计算芯片,采用 BlackBerry 已通过ISO 26262 ASIL-D安全认证的实时操作系统(RTOS),旨在为汽车厂商和一级汽车供应商提供高算力、高稳定可靠、高可移植性创新方案,加速自动驾驶车型量产上市。目前双方已经联合获得一系列车企项目,目标2022年实现量产。 作为获得安全认证的嵌入式汽车软件市场领导者
[汽车电子]
黑芝麻智能与BlackBerry QNX达成合作
嵌入式逻辑分析仪在FPGA时序匹配设计中的应用
  引言   随着FPGA器件规模的不断增加、封装密度不断提高,传统 逻辑分析仪 在FPGA板级调试中的应用日益困难。   为此,主流FPGA厂商相继在其开发工具中增加了 嵌入式 逻辑分析仪(ELA) IP软核,如Lattice在ispLEVER中提供的ispTRACY,Xilinx在ISE中提供的ChipScopePro,Altera在Quartus II提供中的Signal Tap II等。ELA在FPGA内部预先设计探测点和测试逻辑,可在软件工具的配合下对FPGA设计进行较全面的测试。采用ELA,只需用JTAG下载电缆连接待调试的FPGA器件,占用FPGA的部分逻辑资源和内部存储器资源,无需传统的逻辑分析仪就可以观察
[测试测量]
CAN总线的嵌入式Web服务器设计
引言 嵌入式系统指被嵌入到各种产品或工程应用中的,以微处理器或微控制器为核心的软硬件系统。嵌入式系统与Internet技术相结合,形成的嵌入式Internet技术是近几年随着计算机网络技术的普及而发展起来的一项新兴技术。它通过现有嵌入式系统,增加因特网接入能力来扩展其功能,创造性地提出以低价位单片机作为微处理器,使嵌入式设备而非PC系统直接接入Internet。在本文中,采用Ubicom公司的SX52单片机外接以太网控制芯片RTL8019AS实现嵌入式Web服务器硬件结构和软件功能。传统的基于DCS结构工控系统向嵌入式Web结构转移,可有效降低成本,这是因为没有必要开发专有的GUI,还可以方便最终用户,并改善故障检测和设备维护
[单片机]
CAN总线的<font color='red'>嵌入式</font>Web服务器设计
微软2010年推出Windows 7嵌入式OS
明年在Windows 7新操作系统推出后,2010年微软拟推出更新的Windows Embedded Standard版本,将可支援多点触控与Silverlight的使用体验。 伴随明年底发表新一代微软操作系统Windows 7的进程,微软表示2010年也将推出相同核心的Windows Embedded Standard嵌入式操作系统。 代号为Quebec的Windows Embedded Standard,未来将以Windows 7为核心,相较前身为Windows XP Embedded的Windows Embedded Standard 2009,将支持更为丰富的Siverlight 2.0,以及具有互动性的UI
[嵌入式]
德承全新嵌入式电脑DV-1000系列 预测性维护的关键角色
德承全新嵌入式电脑DV-1000系列 预测性维护的关键角色 随着IIoT & AI技术的演进,越来越多的制造业,导入预测性维护以收集工业现场端的设备数据。运用人工智能与机器学习技术来辅助数据分析,除了提高设备自动化的程度外,对于减轻设备维护成本、减少故障停机时间、降低误判停机率都大有帮助,从而衍生设备寿命延长、创造效率、增加利润等优势。德承强固型嵌入式电脑 – DIAMOND产品线的高效精简型嵌入式电脑DV-1000系列,是将高效能运算和弹性扩展能力整合于小巧紧凑的体积内,可实时快速的处理大量数据并进行数据的分析,是身处严苛环境的工业现场,导入预防性维护的推荐机种。 高效运算 身为预测性维护现场端的关键
[工业控制]
德承全新<font color='red'>嵌入式</font>电脑DV-1000系列  预测性维护的关键角色
嵌入式技术在推焦数据采集系统中的应用
引 言 在炼焦生产中,推焦时间、平煤时间、推焦电流等数据是反映焦炉实际操作情况的重要指标。由于推焦车是室外移动装置,而采集好的数据需及时传送到中心主控室的计算机中完成数据的分析、处理和记录,因此为了实现推焦过程的有效监测,需要解决数据采集和数据通信这两大问题。 1 监控系统的基本结构 按项目要求,中心主控站能对2个移动距离达200 m的推焦车上的电流信号进行数据采集,所以采用无线数据传输的模式,通过无线数传电台控制推焦车上的从站接收主控站的命令,并接收从站发出的推焦电流等模拟量以及炉号等数字量信息。系统的基本结构如图l所示,其中上位机(主站)由1个PC终端和D2lDL无线数传模块(含天线)组成,二者之间通过串口通信
[单片机]
基于嵌入式系统的隔离硬件设计
1 引言 Internet的迅猛发展使信息共享的程度进一步提高,因而信息安全的问题也日益突出,这时唯一的解决方法只能是主动解决信息安全和网络安全问题。目前国内外采用最多的、最普遍的网络安全措施是使用防火墙类软件,但是防火墙类软件本身存在两大先天缺陷:其一是防火墙隔离的网络还是基于TCP/IP协议来进行信息交换的,而TCP/IP 协议存在漏洞,它无法防止协议本身的漏洞;其二是防火墙的运行离不开操作系统,操作系统和防火墙软件都存在漏洞,因而不能阻止由这些漏洞而引起的网络安全问题 。因此,开发相应的应用系统是必要的。本文在对已有的防火墙技术及物理隔离技术进行分析的基础上,提出了带缓冲区的双通道实时开关技术,通过该技术所设计出的网络隔
[单片机]
基于<font color='red'>嵌入式</font>系统的隔离硬件设计
小广播
最新汽车电子文章
换一换 更多 相关热搜器件

 
EEWorld订阅号

 
EEWorld服务号

 
汽车开发圈

电子工程世界版权所有 京B2-20211791 京ICP备10001474号-1 电信业务审批[2006]字第258号函 京公网安备 11010802033920号 Copyright © 2005-2024 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved