CN104820623A - 车辆控制器硬件看门狗系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种车辆控制器硬件看门狗系统，该系统包括主看门狗模块和从看门狗模块，所述主控制看门狗模块和从看门狗模块均包括功能控制单元和看门狗芯片，所述功能控制单元连接看门狗芯片的SWT引脚，所述车辆控制器给功能控制单元和控制器供电，车辆控制器为功能控制单元提供睡眠可控电，所述功能控制单元用于控制参考电平信号的采集和看门狗芯片SWT引脚短地控制。所述主看门狗模块和从看门狗模块分别对应连接车辆控制器的主控制器和从控制器。该系统还包括用于设置参考电压的分压电阻R1、分压电阻R2、分压电阻R3和分压电阻R4。解决在钥匙下电情况下，无法实现定时睡眠功能和故障数据延时记录需求和故障上传需要的问题。
Description
技术领域
本发明涉及汽车电子电器领域，具体涉及一种车辆控制器硬件看门狗系统及其睡眠功能实现方法。
背景技术
目前，新能源已完成32bit车辆控制器的研发工作，现已在S15EV车型上成功搭载，现正在进行综合道路试验，在针对车辆控制的PV测试过程中发现首版32bit车辆控制器存在如下不足:1、当进行传感器电源输入引脚短电源诊断测试时，出现单片机烧坏事故；2、当高端驱动在进行短地诊断测试时，出现单片机无法正常工作，反复复位现象；3、在钥匙下电情况下(也即IGNITION断电)，车辆控制器无法实现定时睡眠功能和故障数据延时记录需求和故障上传需要。针对以上提及的三个不足，奇瑞目前已经通过事件分析、技术研讨、解决方案议定，最终以得到解决，其解决措施目前也都引入到正在进行的奇瑞第二版32bit控制器优化设计中。
由于前二个问题的解决措施及方案在其他文献中都有论述，本文旨在对第三个问题的解决方案和措施加以论述。针对出现以上所述的第三点不足的原因经分析确定如下：改善前的首版32bit控制器的硬件看门狗电路是采用5v_switch供电，当钥匙下电后，5v_switch也立即下电，此时看门狗电路也下电，但根据32BIT控制器已选定的看门狗集成芯片MAX6746在vcc断电情况下，由于主芯片Watchdog kick喂狗信号的存在，在reset脚会输出高电平复位信号，导致主芯片反复重启复位，无法正常进入睡眠模式(也称低功耗模式)。此问题发现后，奇瑞经过多次分析拟定过通过更换芯片进行解决，但是经过一段时间和芯片厂家交流，市场上还没有含有此能很好解决上述问题的芯片，就算有成本也很高，故最终议定从看门狗外围电路设计优化入手进行改良设计。
发明内容
针对以上现有技术的不足，本发明提供一种车辆控制器硬件看门狗系统及其睡眠功能实现方法，从MAX6746硬件看门狗芯片外围硬件电路优化设计入手，提供一种硬件看门狗电路方案，以较低成本投入，解决MAX6746集成芯片在应用方便性上存在的不足，解决在钥匙下电情况下，无法实现定时睡眠功能和故障数据延时记录需求和故障上传需要的问题。
本发明的技术方案是：一种车辆控制器硬件看门狗系统，该系统包括主看门狗模块和从看门狗模块，所述主控制看门狗模块和从看门狗模块均包括功能控制单元和看门狗芯片，所述功能控制单元连接看门狗芯片的SWT引脚，所述车辆控制器给功能控制单元和控制器供电，车辆控制器为功能控制单元提供睡眠可控电，所述功能控制单元用于控制参考电平信号的采集和看门狗芯片SWT引脚短地控制。所述主看门狗模块和从看门狗模块分别对应连接车辆控制器的主控制器和从控制器。该系统还包括用于设置参考电压的分压电阻R1、分压电阻R2、分压电阻R3和分压电阻R4。该系统还包括用于设置踢狗周期的电容C1、电容C2、电容C3和电容C4。所述看门狗芯片对分压电阻R1、分压电阻R2、分压电阻R3、分压电阻R4、电容C1、电容C2、电容C3和电容C4进行参数选配，在看门狗芯片的WDI引脚收到周期性喂狗信号时，会通过看门狗芯片的SWT引脚输出周期的踢狗信号，当车辆控制器发生软件跑飞或软件错误时，看门狗芯片检测到WDI引脚的异常信号，通过reset引脚置高位进行系统复位。所述功能控制单元包括功率放大电路和功率开关管Q2，所述功率放大电路为单管共射极放大电路，包括开关型三极管Q1、偏置电阻R5和偏置电阻R6、限流电阻R7、和稳压电容C5；车辆控制器通过限流电阻R7分别与功率放大电路的开关型三极管Q1集电极和功率开关管Q2的G极端连接；开关型三极管Q1的发射极和功率开关管Q2的S极接负极；车辆控制器通过电阻R6接到开关型三极管Q1的基极，所述稳压电容C5和偏置电阻R5并联后连接到开关型三极管Q1基极和发射极上。步骤一、当睡眠可控电上电时，通过偏置电阻R5和电阻R6分压，开关型三极管Q1的基极电压大于0.7V，开关型三极管Q1的集电极和发射极之间导通，加在功率开关管Q2的G极的电压为0.7V，电压值小于功率开关管Q2的阈值电压，功率开关管Q2的D极和S极不通，D极与看门狗芯片的SWT功能引脚相连，功能控制单元不起任何作用，即对硬件看门狗芯片功能不受影响；步骤二、当睡眠可控电下电时，加在NPN型三极管Q1的基极电压为0V，故Q1的集电极和发射极断开，开关型三极管Q1断开，加在功率开关管Q2的G极的电压为5V，电压值大于功率开关管Q2的阈值电压，Q2的D极和S极被导通，D极与看门狗芯片的SWT功能引脚相连，看门狗芯片MAX6746的SWT被接地，硬件看门狗系统被屏蔽，车辆控制器主芯片根据整车控制策略进入正常模式、休眠模式和睡眠唤醒准备模式。
本发明有如下积极效果：有效应用MAX6746硬件看门狗芯片外围扩展设计空 间；以较低成本投入，解决MAX6746集成芯片在应用方便性上存在的不足和开发应用中遇到的困难。
附图说明
下面对本发明说明书中每幅附图表达的内容作简要说明：
图1-a改良后车辆控制器电源结构拓扑图
图1-b改良前车辆控制器电源结构拓扑图
图2-a改良后看门狗电路原理图
图2-b改良前看门狗电路原理图
图3为Watchdog timer功能控制电路原理图；
具体实施方式
下面对照附图，通过对实施例的描述，本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
一种车辆控制器硬件看门狗电路及睡眠功能电路实现方案(具体参见图1-a，图1-b，图2-a，图2-b和图3所示)，其特征在于：1、根据睡眠下电功能需要，合理设计看门狗电路供电方式，即将原硬件看门狗电路的供电方式由5V_SWITCH(5V睡眠可控电)更改为5v_code(5v常电)；2、通过增加设计Watchdog timer功能控制电路，对MAX6746硬件看门狗芯片的SWT脚接地，从而实现车辆控制器IGNITION信号断电或车辆控制器进入预休眠准备阶段时，主动屏蔽硬件看门狗功能；3、对5V_SWITCH电源状态进行电压采集，然后引入到硬件看门狗电路中，5V_SWITCH电压信号作为Watchdog timer功能控制电路的控制信号；4、5V_SWITCH电压恢复后(即钥匙上电或车辆控制器被唤醒后)，硬件看门狗电路可以自动恢复看门狗功能。
所述的看门狗电路供电方式是指：首先对车辆控制器的电源拓扑结构进行更改，具体参见附图1-a和图1-b所示；其次是车辆控制器硬件看门狗模块供电(也即核心芯片MAX6746的供电)方式由5V_SWITCH更改为5v_code，将5V_SWITCH作为控制参考电平信号，具体参见附图2-a。
所述的车辆控制器为32bit主从结构，是指硬件看门狗电路包括主控单元硬件看门狗电路和从芯片硬件看门狗电路，由于其电路设计结构、器件选型、及 原理都相同，故下面叙述只针对主芯片硬件看门狗电路进行详述。
所述的硬件看门狗电路由watchdog timer功能控制电路、MAX6746硬件看门狗芯片、及外围电路组成。所述watchdog timer功能控制电路主要实现对5V_SWITCH电平信号采集和SWT短地控制功能；所述的MAX6746硬件看门狗芯片是看门狗模块核心器件，其通过对C3\C4\R1\R2进行相应电器参数选配，在WDI收到周期性喂狗信号时，会通过SWT引脚输出给主芯片一定周期的踢狗信号，当主芯片发生软件跑飞或软件错误时，MAX6746硬件看门狗芯片会根据WDI喂狗信号异常信号，通过reset引脚置高位，从而对主芯片进行硬件复位，使主芯片重启进行软件初始化。所述的外围电路是指对MAX6746硬件看门狗芯片进行模式设置和喂狗周期参数设置而增加的外设电路，如reset in参考电压设置分压电阻R1/R2，踢狗周期设置电容器C1/C2.
所述的watchdog timer功能控制电路由功率放大电路和mosfet功率开关管组成(具体参见附图3)，功率放大电路为一单管共射极放大电路，其由一NPN型硅BJT三极管Q1(属开关型三极管)、偏置电阻R5和R6、限流电阻R7、和稳压电容C5组成，mosfet功率开关管Q2用法比较简单，在电路中只作为电压型开关功能使用。
参见图1-a、1-b、2-a、2-b可知车辆控制器的硬件看门狗电路模块的供电方式，改善后的车辆控制器硬件看门狗电路模块供电方式由5V_SWITCH(5V睡眠可控电)更改为5v_code(5v常电)，而5V_SWITCH作为控制器信号；其中硬件看门狗电路模块包括watchdog timer功能控制电路、MAX6746硬件看门狗芯片、及外围电路。下面就各个电路依次说明。
watchdog timer功能控制电路由功率放大电路和mosfet功率开关管组成，功率放大电路由NPN型三极管Q1、偏置电阻R5和R6、限流电阻R7、和稳压电容C5组成，mosfet功率开关管Q2电路中只作为电压型开关功能使用。整个watchdog timer功能控制电路由5V_CODE为功率放大电路集电极回路的直流电源，并通过限流电阻R7为mosfet功率开关管G极端提供上拉电压(保证Q2能够有合适的VGS开启电压)。NPN型三极管Q1的发射极和mosfet功率开关管Q2的S极接负极。5V_switch通过电阻R5和R6分压接到三极管Q1的基极，通过5V_switch的电压值变化，三极管Q1的基极和发射极间电压会相应变化，从而BJT的基极电流iB也变化，根据BJT管特性进而实现对Q1的集电极输出电压控 制，在此只应用到BJT管的开关特性。
结合以上，硬件看门狗电路具体功能实现原理如下：
(1)当5V_switch上电时(即5V_switch为5v电平)，通过偏置电阻R5和R6分压，然后加在NPN型三极管Q1的基极电压大于0.7V，故Q1的集电极和发射极之间相当于开关的导通状态(即为三极管的导通状态)，由于Q1处于导通状态，加在mosfet功率开关管的G极的电压约为0.7V，电压值小于MOS管Q2的阈值电压，此时Q2的D极和S极未能导通，而D极与看门狗芯片MAX6746的SWT功能引脚相连，因此此时watchdog timer功能控制电路不起任何作用，即对硬件看门狗芯片功能不受影响；
(2)当5V_switch处于下电状态时(即5V_switch为0电平)，加在NPN型三极管Q1的基极电压为0V，故Q1的集电极和发射极之间相当于开关的断开状态，由于Q1处于断开状态，在下一级电路中由于5V_code电压上拉作用，加在mosfet功率开关管的G极的电压约为5V，电压值大于MOS管Q2的阈值电压，此时Q2的D极和S极被导通，而D极与看门狗芯片MAX6746的SWT功能引脚相连，因此此时看门狗芯片MAX6746的SWT被接地，此时硬件看门狗电路功能被屏蔽(根据MAX6746的功能特性分析可知)，然后车辆控制器主芯片即可以根据整车控制策略进入正常模式、休眠模式和睡眠唤醒准备模式等。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种车辆控制器硬件看门狗系统，其特征在于：该系统包括主看门狗模块和从看门狗模块，所述主控制看门狗模块和从看门狗模块均包括功能控制单元和看门狗芯片，所述功能控制单元连接看门狗芯片的SWT引脚，所述车辆控制器给功能控制单元和控制器供电，车辆控制器为功能控制单元提供睡眠可控电，所述功能控制单元用于控制参考电平信号的采集和看门狗芯片SWT引脚短地控制。
2.根据权利要求1所述的车辆控制器硬件看门狗系统，其特征在于：所述主看门狗模块和从看门狗模块分别对应连接车辆控制器的主控制器和从控制器。
3.根据权利要求1所述的车辆控制器硬件看门狗系统，其特征在于：该系统还包括用于设置参考电压的分压电阻R1、分压电阻R2、分压电阻R3和分压电阻R4。
4.根据权利要求1所述的车辆控制器硬件看门狗系统，其特征在于：该系统还包括用于设置踢狗周期的电容C1、电容C2、电容C3和电容C4。
5.根据权利要求1所述的车辆控制器硬件看门狗系统，其特征在于：所述看门狗芯片对分压电阻R1、分压电阻R2、分压电阻R3、分压电阻R4、电容C1、电容C2、电容C3和电容C4进行参数选配，在看门狗芯片的WDI引脚收到周期性喂狗信号时，会通过看门狗芯片的SWT引脚输出周期的踢狗信号，当车辆控制器发生软件跑飞或软件错误时，看门狗芯片检测到WDI引脚的异常信号，通过reset引脚置高位进行系统复位。
6.根据权利要求5所述的车辆控制器硬件看门狗系统，其特征在于：所述功能控制单元包括功率放大电路和功率开关管Q2，所述功率放大电路为单管共射极放大电路，包括开关型三极管Q1、偏置电阻R5和偏置电阻R6、限流电阻R7、和稳压电容C5；车辆控制器通过限流电阻R7分别与功率放大电路的开关型三极管Q1集电极和功率开关管Q2的G极端连接；开关型三极管Q1的发射极和功率开关管Q2的S极接负极；车辆控制器通过电阻R6接到开关型三极管Q1的基极，所述稳压电容C5和偏置电阻R5并联后连接到开关型三极管Q1基极和发射极上。
7.根据权利要求1至6任意一项所述的一种车辆控制器硬件看门狗系统睡眠功能实现方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、当睡眠可控电上电时，通过偏置电阻R5和电阻R6分压，开关型三极管Q1的基极电压大于0.7V，开关型三极管Q1的集电极和发射极之间导通，加在功率开关管Q2的G极的电压为0.7V，电压值小于功率开关管Q2的阈值电压，功率开关管Q2的D极和S极不通，D极与看门狗芯片的SWT功能引脚相连，功能控制单元不起任何作用，即对硬件看门狗芯片功能不受影响；
步骤二、当睡眠可控电下电时，加在NPN型三极管Q1的基极电压为0V，故Q1的集电极和发射极断开，开关型三极管Q1断开，加在功率开关管Q2的G极的电压为5V，电压值大于功率开关管Q2的阈值电压，Q2的D极和S极被导通，D极与看门狗芯片的SWT功能引脚相连，看门狗芯片MAX6746的SWT被接地，硬件看门狗系统被屏蔽，车辆控制器主芯片根据整车控制策略进入正常模式、休眠模式和睡眠唤醒准备模式。
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