CN102200779A - 一种车载电子系统及其能耗控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种车载电子系统，包括多个执行各车载功能的车载功能模块；控制车载功能模块的控制器以及存储车载功能模块的代码的RAM及ROM；控制器包括从RAM读取并在RAM中执行代码的低功耗工作单元；从RAM或ROM读取并在RAM中执行代码的正常工作单元及切换低功耗工作单元或正常工作单元工作的切换单元；切换单元包括当低功耗工作单元工作时将ROM中的低功耗工作单元需要执行的代码复制到RAM中的复制子单元。本发明还涉及一种车载电子系统的能耗控制方法，本发明实现了系统超低功耗待机电流，在汽车闲置时间，其待机电流小于15uA，同时可维持蓄电池不受损坏，也不会造成由于蓄电池电压低出现发动机不能点火等异常情况。
Description
技术领域
本发明涉及车载技术领域，更具体地说，涉及一种低能耗的车载电子系统及其能耗控制方法。
背景技术
随着汽车行业的发展，越来越多的人都拥有了自己的爱车。为了驾驶汽车时更加方便舒适，用户一般会在汽车上安装功能多或少的车载电子系统，例如GPS、DVD、GSM、数字移动电视以及方向盘控制系统等等。但是由于现有的车载电子系统集成了过多功能模块，整个车载电子系统能耗过高，甚至由于汽车的长时间闲置造成汽车蓄电池的电力用完导致汽车无法启动。同时由于汽车点火时蓄电池电压过低，车载电子系统的高能耗使得供电电容无法维持车载电子系统工作造成车载电子系统的复位或需要设置相当大容量的供电电容维持车载电子系统的正常工作。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的车载电子系统为了集成多种车载功能造成汽车闲置时能源消耗大和汽车点火时车载电子系统易复位的缺陷，提供一种具有通过将程序限制在RAM中读取执行的低能耗的车载电子系统及其能耗控制方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种车载电子系统，其中包括多个用于执行各车载功能的车载功能模块；用于控制所述车载功能模块的控制器；以及用于存储所述车载功能模块的代码的RAM以及ROM；所述控制器包括：用于从所述RAM读取并在所述RAM中执行所述代码的低功耗工作单元；用于从所述RAM或所述ROM读取并在所述RAM中执行所述代码的正常工作单元；以及用于切换所述低功耗工作单元或所述正常工作单元工作的切换单元；所述切换单元包括当所述低功耗工作单元工作时，将所述ROM中的所述低功耗工作单元需要执行的代码复制到所述RAM中的复制子单元。
在本发明所述的车载电子系统中，所述控制器还包括：供所述低功耗工作单元使用的低速系统时钟；以及供所述正常工作单元使用的高速系统时钟。
在本发明所述的车载电子系统中，所述车载电子系统还包括用于检测蓄电池电压的电源电压检测模块。
在本发明所述的车载电子系统中，所述车载电子系统还包括：给所述车载电子系统供电的供电模块；以及在所述供电模块电压骤降时，同时给所述车载电子系统供电的备用供电电容。
在本发明所述的车载电子系统中，所述车载电子系统还包括：用于检测汽车是否处于点火状态的点火信号检测模块。
本发明还涉及一种车载电子系统的能耗控制方法，其中包括步骤：S1、检测低功耗工作模式是否打开；S2、如低功耗工作模式没有打开，则到步骤S3；如低功耗工作模式打开，则到步骤S4；S3、从RAM或ROM中读取并在所述RAM中执行车载功能模块的代码；S4、将所述ROM中的需要执行的代码复制到所述RAM中，从所述RAM中读取并在所述RAM中执行所述车载功能模块的代码。
在本发明所述的车载电子系统的能耗控制方法中，所述步骤S3为：采用高速时钟工作模式从RAM或ROM中读取并在所述RAM中执行车载功能模块的代码；所述步骤S4为将所述ROM中的需要执行的代码复制到所述RAM中，采用低速时钟工作模式从所述RAM中读取并在所述RAM中执行所述车载功能模块的代码。
在本发明所述的车载电子系统的能耗控制方法中，所述步骤S1之前还包括：检测蓄电池的电源电压，如所述电源电压异常，则打开所述低功耗工作模式；如所述电源电压正常，则关闭所述低功耗工作模式。
在本发明所述的车载电子系统的能耗控制方法中，所述步骤S1之前还包括：检测所述车载电子系统的供电电压，如所述供电电压异常，则打开所述低功耗工作模式同时启用备用供电电容；如所述供电电压正常，则关闭所述低功耗工作模式。
在本发明所述的车载电子系统的能耗控制方法中，所述步骤S1之前还包括：检测汽车是否处于点火状态，如汽车没有处于点火状态，则打开所述低功耗工作模式；如汽车处于点火状态，则关闭所述低功耗工作模式。
实施本发明的车载电子系统及其能耗控制方法，具有以下有益效果：实现了系统超低功耗待机电流，在汽车闲置停放几个月时间，其待机电流小于15uA，同时可维持汽车蓄电池不受损坏，也不会造成汽车电池电压低，出现发动机不能点火等异常情况。
采用不同的系统时钟可以更好的减少低功耗工作模式下的能耗。电源电压检测模块使得电源电压异常时可以及时切换至低功耗工作模式，保护蓄电池。供电模块和备用供电电容保证车载电子系统不会因为短暂的断电而复位，并通过切换至低功耗工作模式延长车载电子系统的断电工作时间。点火信号检测模块可以在汽车空闲时启动低功耗模式以减少能耗。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明的车载电子系统的第一优选实施例的结构示意图；
图2是本发明的车载电子系统的第二优选实施例的结构示意图；
图3是本发明的车载电子系统的第三优选实施例的结构示意图；
图4是本发明的车载电子系统的第四优选实施例的结构示意图；
图5是本发明的车载电子系统的第五优选实施例的结构示意图；
图6是本发明的车载电子系统的优选实施例的具体结构示意图；
图7是本发明的车载电子系统的能耗控制方法的第一优选实施例的流程图；
图8是本发明的车载电子系统的能耗控制方法的第二优选实施例的流程图；
图9是本发明的车载电子系统的能耗控制方法的第三优选实施例的流程图；
图10是本发明的车载电子系统的能耗控制方法的第四优选实施例的流程图；
图11是本发明的车载电子系统的能耗控制方法的第五优选实施例的流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
车载电子系统设计除要求抗干扰性能好和工作温度范围宽有等特点外，低功耗也是其性能指标之一，包括硬件低功耗设计和软件低功耗设计两大方面。硬件低功耗设计一般选用满足性能指标要求的低功耗芯片及其电路模块，并支持单电源、低电压和分区电源供电方案。除硬件低功耗设计外，软件运行控制在一定程度上对系统功耗起着至关重要的作用。本发明将软件低功耗控制算法应用于车载电子系统，实现了系统超低功耗待机电流，在汽车闲置停放几个月时间内，其待机电流小于15uA，同时可维持汽车蓄电池不受损坏。
在图1所示的本发明的车载电子系统的第一优选实施例的结构示意图中，所述车载电子系统包括车载功能模块1、控制器2、RAM3以及ROM4，车载功能模块1用于执行各车载功能，控制器2用于通过执行相应的代码控制车载功能模块1，RAM3以及ROM4用于存储控制车载功能模块1的代码。控制器2包括低功耗工作单元21、正常工作单元22以及切换单元23，低功耗工作单元21用于从RAM3读取并在所述RAM中执行代码，正常工作单元22用于从RAM3或ROM4读取并在所述RAM中执行代码，切换单元23用于切换低功耗工作单元21或正常工作单元22工作；切换单元23包括复制子单元231，复制子单元231用于当低功耗工作单元21工作时，将ROM4中的低功耗工作单元21需要执行的代码复制到RAM3中。本车载电子系统运行时，由于控制器2执行的代码和数据存放在存储器中，而存储器访问占系统功耗的一大部分。通常控制器2执行的代码存储在ROM4区，RAM3区作为代码执行使用的数据缓冲区。因此本发明降低系统能量消耗的最主要的工作在于，尽量做到RAM3区访问，减少访问外部存储器(ROM4区)。当车载电子系统需要进入低功耗工作模式时，切换单元23将车载电子系统由在正常工作单元22工作切换至在低功耗工作单元21工作，复制子单元231将在低功耗工作模式下低功耗工作单元21需要运行的程序代码拷贝到RAM3区，然后低功耗工作单元21直接跳转到RAM3区执行相关的代码；在低功耗工作模式下，低功耗工作单元21禁止读取外部ROM4区，RAM3区执行代码程序检测汽车发动机工作情况及其他用户功能操作，需要退出低功耗工作模式切换至正常工作单元22工作时，正常工作单元22重新跳转回ROM4区执行相应的代码。因此本发明的车载电子系统在低功耗模式时只访问RAM3，因此实现了车载电子系统超低功耗待机电流，在汽车闲置停放几个月时间，其待机电流小于15uA，同时可维持汽车蓄电池不受损坏，也不会造成汽车电池电压低，出现发动机不能点火等异常情况。
在图2所示的本发明的车载电子系统的第二优选实施例的结构示意图中，控制器2包括低速系统时钟24和高速系统时钟25，低速系统时钟24用于供低功耗工作单元21工作时使用，高速系统时钟25用于供正常工作单元22工作时使用。当低功耗工作单元21工作时，系统进入低功耗模式，在复制子单元231将低功耗工作单元21需要运行的程序代码拷贝到RAM3区的同时系统时钟由高速系统时钟25切换至低速系统时钟24以最大限度的降低低功耗模式下的功耗；当系统退出低功耗模式时，系统时钟由低速系时钟切换回高速系统时钟25以保证车载电子系统的各项功能的正常运行。采用不同的系统时钟可以更好的减少低功耗工作模式下的能耗。
在图3所示的本发明的车载电子系统的第三优选实施例的结构示意图中，所述车载电子系统还包括电源电压检测模块5，电源电压检测模块5用于检测蓄电池电压。当电源电压检测模块5检测到汽车电源电压过高或过低的时候，马上切换到低功耗模式。电源电压检测模块5使得电源电压异常时可以及时切换至低功耗工作模式，保护蓄电池。
在图4所示的本发明的车载电子系统的第四优选实施例的结构示意图中，所述车载电子系统还包括供电模块6以及备用供电电容，供电模块6用于给车载电子系统供电，备用供电电容用于在供电模块6电压骤降时，同时给车载电子系统供电的备用供电电容。供电模块6和备用供电电容主要用于抗干扰，当车载电子系统的电源因为发动机点火或汽车启动影响使电压跌落到很低时，车载电子系统切换至可以靠220uF的备用供电电容供电维持最少10秒钟正常工作的低功耗模式并同时将当前数据记录下来，使车载电子系统不会因为电源跌落干扰而自动复位。如果干扰时间大于10秒钟，车载电子系统会提示用户系统电源异常，请求关闭系统或直接关闭系统。下一次启动系统时，车载电子系统可以根据上次记录的数据继续运行而不会自动复位。供电模块6和备用供电电容保证车载电子系统不会因为短暂的断电而复位，并通过切换至低功耗工作模式延长车载电子系统的断电工作时间。
在图5所示的本发明的车载电子系统的第五优选实施例的结构示意图中，所述车载电子系统还包括点火信号检测模块7，点火信号检测模块7用于检测汽车是否处于点火状态。当汽车钥匙拔出后，点火电路可以立即检测到并马上发出汽车处于非点火状态的信号给点火信号检测模块7，点火信号检测模块7接收到该信号后，马上切换到低功耗模式减少汽车空闲时的能耗。
下面通过图6所示的本发明的车载电子系统的优选实施例的具体结构示意图说明本发明的车载电子系统的工作原理。其中采用4KB的RAM3和96KB的ROM4，低速系统时钟24使用32KHz的系统副时钟，高速系统时钟25使用16MHz的系统主时钟。当汽车处于低功耗模式时，使用32KHz的系统副时钟以减少汽车的能耗。供电模块6给车载电子系统的控制器提供5V的电源，当5V电源由于汽车点火等原因造成电压骤降时，通过220uF的备用供电电容C82给车载电子系统供电，车载电子系统切换至低功耗模式以减少断电的能耗同时对车载电子系统的数据进行备份防止断电时间过长造成的系统复位。同时电源电压检测模块5通过BATT-DET端口检测蓄电池的电压，当检测到蓄电池的电压异常时，车载电子系统也切换至低功耗模式以减少耗电保护蓄电池。点火信号检测模块7通过点火电路检测汽车是否处于点火状态，当检测到汽车处于停火空闲状态，车载电子系统自动转换为低功耗模式以减少不必要的能耗。
本发明还涉及一种车载电子系统的能耗控制方法，在图7所示的本发明的车载电子系统的能耗控制方法的第一优选实施例的流程图中。所述方法开始于步骤700，随后来到步骤701，检测低功耗工作模式是否打开，如低功耗工作模式打开则转到步骤703，将ROM4中的需要执行的代码复制到RAM3中，从RAM3中读并执行车载功能模块1的代码，如低功耗工作模式关闭则转到步骤702，从RAM3或ROM4中读取并在所述RAM中执行车载功能模块1的代码，步骤702和步骤703之后，整个方法结束语步骤704。采用本车载电子系统的能耗控制方法，由于控制器2执行的代码和数据存放在存储器中，而存储器访问占系统功耗的一大部分。通常控制器2执行的代码存储在ROM4区或可擦写存储器(FLASH)，RAM3区作为代码执行使用的数据缓冲区。因此本发明降低系统能量消耗的最主要的工作在于，尽量做到RAM3区访问，减少访问外部存储器(ROM4区)。当车载电子系统需要进入低功耗工作模式时，将在低功耗工作模式下需要运行的程序代码拷贝到RAM3区，然后直接跳转到RAM3区执行相关的代码；在低功耗工作模式下，禁止读取外部ROM4区，RAM3区执行代码程序检测汽车发动机工作情况及其他用户功能操作，需要退出低功耗工作模式时，重新跳转回ROM4区执行相应的代码。因此本发明的车载电子系统的能耗控制方法在低功耗模式时只访问RAM3，因此实现了车载电子系统超低功耗待机电流，在汽车闲置停放几个月时间，其待机电流小于15uA，同时可维持汽车蓄电池不受损坏，也不会造成汽车电池电压低，出现发动机不能点火等异常情况。
在图8所示的本发明的车载电子系统的能耗控制方法的第二优选实施例的流程图中。所述方法开始于步骤800，随后来到步骤801，检测低功耗工作模式是否打开，如低功耗工作模式打开则转到步骤803，将ROM4中的需要执行的代码复制到RAM3中，采用低速时钟工作模式从RAM3中读并执行车载功能模块1的代码，如低功耗工作模式关闭则转到步骤802，采用高速时钟工作模式从RAM3或ROM4中读取并在所述RAM中执行车载功能模块1的代码，步骤802和步骤803之后，整个方法结束语步骤804。当系统进入低功耗模式时，在将低功耗模式下需要运行的程序代码拷贝到RAM3区的同时系统时钟由高速时钟工作模式切换至低速时钟工作模式以最大限度的降低低功耗模式下的功耗；当系统退出低功耗模式时，系统时钟由低速时钟工作模式切换回高速时钟工作模式以保证车载电子系统的各项功能的正常运行。采用不同的系统时钟可以更好的减少低功耗工作模式下的能耗。
在图9所示的本发明的车载电子系统的能耗控制方法的第三优选实施例的流程图中。所述方法开始于步骤900，随后来到步骤901，检测蓄电池的电源电压，如电源电压异常，则打开低功耗工作模式；如电源电压正常，则关闭低功耗工作模式；随后来到步骤902，检测低功耗工作模式是否打开，如低功耗工作模式打开则转到步骤904将ROM4中的需要执行的代码复制到RAM3中，从RAM3中读并执行车载功能模块1的代码，如低功耗工作模式关闭则转到步骤903，从RAM3或ROM4中读取并在所述RAM中执行车载功能模块1的代码，步骤903和步骤904之后，整个方法结束语步骤905。当检测到汽车电源电压过高或过低的时候，马上切换到低功耗模式。使得电源电压异常时可以及时切换至低功耗工作模式，保护蓄电池。
在图10所示的本发明的车载电子系统的能耗控制方法的第四优选实施例的流程图中。所述方法开始于步骤1000，随后来到步骤1001，检测车载电子系统的供电电压，如供电电压异常，则打开低功耗工作模式同时启动备用供电电容；如供电电压正常，则关闭低功耗工作模式；随后来到步骤1002，检测低功耗工作模式是否打开，如低功耗工作模式打开则转到步骤1004将ROM4中的需要执行的代码复制到RAM3中，从RAM3中读并执行车载功能模块1的代码，如低功耗工作模式关闭则转到步骤1003，从RAM3或ROM4中读取并在所述RAM中执行车载功能模块1的代码，步骤1003和步骤1004之后，整个方法结束语步骤1005。检测车载电子系统的供电电压主要用于抗干扰，当车载电子系统的电源因为发动机点火或汽车启动影响使电压跌落到很低时，车载电子系统切换至可以靠220uF的备用供电电容供电维持最少10秒钟正常工作的低功耗模式并同时将当前数据记录下来，使车载电子系统不会因为电源跌落干扰而自动复位。如果干扰时间大于10秒钟，车载电子系统会提示用户系统电源异常，请求关闭系统或直接关闭系统。下一次启动系统时，车载电子系统可以根据上次记录的数据继续运行而不会自动复位。这样保证了车载电子系统不会因为短暂的断电而复位，并通过切换至低功耗工作模式延长车载电子系统的断电工作时间。
在图11所示的本发明的车载电子系统的能耗控制方法的第五优选实施例的流程图中。所述方法开始于步骤1100，随后来到步骤1101，检测汽车是否处于点火状态，如汽车没有处于点火状态，则打开低功耗工作模式；如汽车处于点火状态，则关闭低功耗工作模式；随后来到步骤1102，检测低功耗工作模式是否打开，如低功耗工作模式打开则转到步骤1104将ROM4中的需要执行的代码复制到RAM3中，从RAM3中读并执行车载功能模块1的代码，如低功耗工作模式关闭则转到步骤1103，从RAM3或ROM4中读取并在所述RAM中执行车载功能模块1的代码，步骤1103和步骤1104之后，整个方法结束语步骤1105。当汽车钥匙拔出后，可以立即检测到并马上发出汽车处于非点火状态的信号给点火信号检测模块7，点火信号检测模块7接收到该信号后，马上切换到低功耗模式减少汽车空闲时的能耗。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种车载电子系统，其特征在于，包括：
●多个用于执行各车载功能的车载功能模块(1)；
●用于控制所述车载功能模块(1)的控制器(2)；以及
●用于存储所述车载功能模块(1)的代码的RAM(3)以及ROM(4)；
所述控制器(2)包括：
-用于从所述RAM(3)读取并在所述RAM(3)中执行所述代码的低功耗工作单元(21)；
-用于从所述RAM(3)或所述ROM(4)读取并在所述RAM(3)中执行所述代码的正常工作单元(22)；以及
-用于切换所述低功耗工作单元(21)或所述正常工作单元(22)工作的切换单元(23)；
所述切换单元(23)包括当所述低功耗工作单元(21)工作时，将所述ROM(4)中的所述低功耗工作单元(21)需要执行的代码复制
到所述RAM(3)中的复制子单元(231)。
2.根据权利要求1所述的车载电子系统，其特征在于，所述控制器(2)还包括：
●供所述低功耗工作单元(21)使用的低速系统时钟(24)；以及
●供所述正常工作单元(22)使用的高速系统时钟(25)。
3.根据权利要求1所述的车载电子系统，其特征在于，所述车载电子系统还包括用于检测蓄电池电压的电源电压检测模块(5)。
4.根据权利要求1所述的车载电子系统，其特征在于，所述车载电子系统还包括：
●给所述车载电子系统供电的供电模块(6)；以及
●在所述供电模块(6)电压骤降时，同时给所述车载电子系统供电的备用供电电容。
5.根据权利要求1所述的车载电子系统，其特征在于，所述车载电子系统还包括：用于检测汽车是否处于点火状态的点火信号检测模块(7)。
6.一种车载电子系统的能耗控制方法，其特征在于，所述方法包括步骤：
S1检测低功耗工作模式是否打开；
S2如低功耗工作模式没有打开，则到步骤S3；如低功耗工作模式打开，则到步骤S4；
S3从RAM或ROM中读取并在所述RAM中执行车载功能模块的代码；
S4将所述ROM中的需要执行的代码复制到所述RAM中，从所述RAM中读取并在所述RAM中执行所述车载功能模块的代码。
7.根据权利要求6所述的车载电子系统的能耗控制方法，其特征在于，所述步骤S3为：采用高速时钟工作模式从RAM或ROM中读取并在所述RAM中执行车载功能模块的代码；所述步骤S4为将所述ROM中的需要执行的代码复制到所述RAM中，采用低速时钟工作模式从所述RAM中读取并在所述RAM中执行所述车载功能模块的代码。
8.根据权利要求6所述的车载电子系统的能耗控制方法，其特征在于，所述步骤S1之前还包括：检测蓄电池的电源电压，如所述电源电压异常，则打开所述低功耗工作模式；如所述电源电压正常，则关闭所述低功耗工作模式。
9.根据权利要求6所述的车载电子系统的能耗控制方法，其特征在于，所述步骤S1之前还包括：检测所述车载电子系统的供电电压，如所述供电电压异常，则打开所述低功耗工作模式同时启用备用供电电容；如所述供电电压正常，则关闭所述低功耗工作模式。
10.根据权利要求6所述的车载电子系统的能耗控制方法，其特征在于，所述步骤S1之前还包括：检测汽车是否处于点火状态，如汽车没有处于点火状态，则打开所述低功耗工作模式；如汽车处于点火状态，则关闭所述低功耗工作模式。
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