CN108225389A - 超声波传感器驱动装置及其驱动方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种超声波传感器驱动装置，包括：状态控制单元、命令调制单元、波形采集单元、周期性调度单元、通用定时器模块(GTM)和直接内存读取模块(DMA)；状态控制单元,其预存多种状态，在周期性调度中进行状态监控；命令调制单元，对超声波传感器进行PWM命令生成,实现PWM的周期与占空比的自动更新，存储PWM命令生成的周期与占空比，更新输出PWM，当数据流使能时，数据输出自动更新；波形采集单元，对超声波传感器进行波形采集，触发预设数据读取；周期性调度单元，控制超声波传感器状态切换，控制超声波传感器在预设状态执行对应的预设命令。本发明采用周期性调度与状态机制结合的方式能减少CPU干预，能对系统运行稳定性、负荷及实时延迟误差实现优化。

Description

超声波传感器驱动装置及其驱动方法
技术领域
本发明涉及汽车领域，特别是涉及一种应用于汽车上的超声波传感器驱动装置。本发明还涉及一种超声波传感器驱动方法。
背景技术
超声波传感器是将超声波信号转换成其他能量信号(通常是电信号)的传感器。超声波是振动频率高于20KHz的机械波。它具有频率高、波长短、绕射现象小，特别是方向性好、能够成为射线而定向传播等特点。超声波对液体、固体的穿透本领很大，尤其是在阳光不透明的固体中。超声波碰到杂质或分界面会产生显著反射形成反射成回波，碰到活动物体能产生多普勒效应。超声波传感器广泛应用在工业、国防、生物医学等方面。针对超声波的特点和自动泊车需求，其驱动开发的优劣直接影响着系统功能的正常可靠的运行。目前，超声波传感器驱动主要使用采用定时器中断的形式，实现超声波传感器的控制及外部中断捕捉的形式实现数据超声波回波信号的采集，造成MCU负荷过重、稳定性差及实时延迟误差大等问题。随着系统集成度越来越高，功能模块越来越多的集成到一个MCU内，同时对系统的负荷、稳定性和实时延迟误差等提出了极高的要求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种采用周期性调度与状态机制结合的方式能减少CPU干预的超声波传感器驱动装置。
为解决上述技术问题，本发明提供的超声波传感器驱动装置，包括：状态控制单元、命令调制单元、波形采集单元、周期性调度单元、通用定时器模块(GTM)和直接内存读取模块(DMA)；
状态控制单元,其预存多种状态，在周期性调度中进行状态监控；
命令调制单元，对超声波传感器进行命令PWM生成,实现PWM的周期与占空比的自动更新，存储PWM命令生成的周期与占空比，更新输出PWM，当数据流使能时，数据输出自动更新；
波形采集单元，对超声波传感器进行波形采集，捕捉信号边沿并自动触发数据读取；
周期性调度单元，控制超声波传感器状态切换，控制超声波传感器在预设状态执行对应的预设命令。
进一步改进所述超声波传感器驱动装置，状态控制单元预存状态包括空闲状态、发送状态和接收状态。
进一步改进所述超声波传感器驱动装置，所述状态控制单元默认状态为空闲状态，发送命令时切换至发送状态，命令发送完成后切换至接收状态，接收到有效数据并解析完成后切换回空闲状态。
进一步改进所述超声波传感器驱动装置，所述命令调制单元使用GTM模块(Generic Timer Module,通用定时器模块)，其包括FIFO单元(First In First Out,先进先出队列)、F2A单元(FIFO to ARU Unit,FIFO数据流路由单元)；使能发送命令并向FIFO内填充数据，使能FIFO数据流后，FIFO单元通过F2A单元自动更新ATOM输出，PWM命令生成。
进一步改进所述超声波传感器驱动装置，所述波形采集单元进行波形采集时，GTM模块内部的TIM(Timer Input Module,定时器输入模块)自动对输入波形的双边沿时刻进行捕捉，捕捉完成后自动触发直接内存读取模块(DMA)对捕捉的双边沿时刻进行数据读取。
进一步改进所述超声波传感器驱动装置，所述周期性调度单元控制超声波传感器在预设状态执行以下预设命令；
当系统为空闲状态，不执行任何操作；
当系统为发送状态且数据没有发送时，使能PWM输出；
当系统为发送状态且数据正在发送过程中，不执行任何操作；
当系统为发送状态且数据发送成功，则将系统状态跳转至接收状态；
当系统为接收状态且系统没有接收到有效数据，不执行任何操作；
当系统为接收状态且系统接收到有效数据，对数据进行解析，同时将系统状态跳转至空闲状态。
本发明提供一种超声波传感器驱动方法，包括以下步骤：
将驱动过程划分为多种状态并在周期性调度中进行状态监控；
对超声波传感器进行命令PWM生成,实现PWM的周期与占空比的自动更新，存储PWM命令生成的周期与占空比，更新输出PWM，当数据流使能时，数据输出自动更新；
对超声波传感器进行波形采集，触发预设数据读取；
控制超声波传感器状态切换，控制超声波传感器在预设状态执行对应的预设命令。
进一步改进所述的超声波传感器驱动方法，驱动过程划分空闲状态、发送状态和接收状态。
进一步改进所述的超声波传感器驱动方法，驱动过程默认状态为空闲状态，发送命令时切换至发送状态，命令发送完成后切换至接收状态，接收到有效数据并解析完成后切换回空闲状态。
进一步改进所述的超声波传感器驱动方法，控制超声波传感器在预设状态执行以下预设命令；
当系统为空闲状态，不执行任何操作；
当系统为发送状态且数据没有发送时，使能PWM输出；
当系统为发送状态且数据正在发送过程中，不执行任何操作；
当系统为发送状态且数据发送成功，则将系统状态跳转至接收状态；
当系统为接收状态且系统没有接收到有效数据，不执行任何操作；
当系统为接收状态且系统接收到有效数据，对数据进行解析，同时将系统状态跳转至空闲状态。
本发明采用周期性调度与状态机制结合的处理方式，命令控制器使用通用定时器模块，实现对命令流的预设置、自动传输和输出控制。数据采集也结合通用定时器模块与直接内存读取模块实现自动化处理。以上策略充分利用芯片内部的硬件机制，传感器的命令控制与数据采集过程均通过硬件执行，极大的减少CPU干预，也避免了使用软件中断对系统运行时序的干扰，显著降低由于软件干预引起的延时，因此对系统运行的稳定性、负荷及实时性实现了优化。
附图说明
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1是本发明的状态切换流程示意图。
图2是本发明的驱动命令生成流程图
图3是本发明的数据捕捉流程图；
图4是本发明的周期调度流程图
具体实施方式
本发明提供的超声波传感器驱动装置，包括：状态控制单元、命令调制单元、波形采集单元、周期性调度单元、通用定时器模块(GTM)和直接内存读取模块(DMA)；
如图1所示，状态控制单元,其预存多种状态，在周期性调度中进行状态监控；状态控制单元预存状态包括空闲状态、发送状态和接收状态。默认状态为空闲状态，发送命令时切换至发送状态，命令发送完成后切换至接收状态，接收到有效数据并解析完成后切换回空闲状态。
命令调制单元，对超声波传感器进行命令PWM生成,实现PWM的周期与占空比的自动更新，存储PWM命令生成的周期与占空比，更新输出PWM，当数据流使能时，数据输出自动更新；
命令调制单元可以采用Infineon(英飞凌)供应商提供的TC297(MCU)平台内的GTM(Generic Timer Module)核实现，该GTM(Generic Timer Module)核内的FIFO(First InFirst Out module)单元、F2A(FIFO to ARU Unit)模块、ATOM(ARU-connected TimerOutput Module)模块及ARU(Advanced Routing Unit)的协同使用可以实现PWM(pulsewidth modulation)周期与占空比的自动更新；FIFO(First In First Out module)单元用来存储PWM(pulse width measure)命令生成的周期与占空比，F2A(FIFO to ARU Unit)用来更新ATOM(ARU-connected Timer Output Module)输出，当FIFO单元(First In FirstOut module)数据流使能时，FIFO单元(First In First Out module)内的数据通过F2A(FIFO to ARU Unit)对ATOM的(ARU-connected Timer Output Module)输出自动更新，图2所示为PWM(pulse width measure)生成流程图。
波形采集单元，对超声波传感器进行波形采集，触发预设数据读取；对超声波传感器发出的波形采集，可以采用Infineon(英飞凌)供应商提供的TC297(MCU)平台内的DMA(Direct Memory Address)模块、IRQ(Interrupt Request)模块与GTM(Generic TimerModule)模块实现，该GTM(Generic Timer Module)核内的TIM(Timer Input Module)模块可以对输入波形的双边沿时刻进行捕捉，同时中断触发DMA(Direct Memory Address)对TIM(Timer Input Module)捕捉的双边沿时刻进行读取，图3所述为数据捕捉流程图。
周期性调度单元，控制超声波传感器状态切换，控制超声波传感器在预设状态执行对应的预设命令。
如图4所示，所述周期性调度单元控制超声波传感器在预设状态执行以下预设命令；
当系统为空闲状态，不执行任何操作；
当系统为发送状态且数据没有发送时，使能PWM输出；
当系统为发送状态且数据正在发送过程中，不执行任何操作；
当系统为发送状态且数据发送成功，则将系统状态跳转至接收状态；
当系统为接收状态且系统没有接收到有效数据，不执行任何操作；
当系统为接收状态且系统接收到有效数据，对数据进行解析，同时将系统状态跳转至空闲状态。
本发明提供一种超声波传感器驱动方法，包括以下步骤：
将驱动过程划分为多种状态并在周期性调度中进行状态监控；驱动过程划分空闲状态、发送状态和接收状态。驱动过程默认状态为空闲状态，发送命令时切换至发送状态，命令发送完成后切换至接收状态，接收到有效数据并解析完成后切换回空闲状态。
对超声波传感器进行命令PWM生成,实现PWM的周期与占空比的自动更新，存储PWM命令生成的周期与占空比，更新输出PWM，当数据流使能时，数据输出自动更新；
对超声波传感器进行波形采集，触发预设数据读取；
控制超声波传感器状态切换，控制超声波传感器在预设状态执行对应的预设命令，控制超声波传感器在预设状态执行以下预设命令；
当系统为空闲状态，不执行任何操作；
当系统为发送状态且数据没有发送时，使能PWM输出；
当系统为发送状态且数据正在发送过程中，不执行任何操作；
当系统为发送状态且数据发送成功，则将系统状态跳转至接收状态；
当系统为接收状态且系统没有接收到有效数据，不执行任何操作；
当系统为接收状态且系统接收到有效数据，对数据进行解析，同时将系统状态跳转至空闲状态。
以上通过具体实施方式和实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种超声波传感器驱动装置，其特征在于，包括：状态控制单元、命令调制单元、波形采集单元、周期性调度单元、通用定时器模块和直接内存读取模块；
状态控制单元,其预存多种状态，在周期性调度中进行状态监控；
命令调制单元，对超声波传感器进行PWM命令生成,实现PWM的周期与占空比的自动更新，存储PWM命令生成的周期与占空比，更新输出PWM，当数据流使能时，数据输出自动更新；
波形采集单元，对超声波传感器进行波形采集，捕捉信号边沿并自动触发数据读取。
周期性调度单元，控制超声波传感器状态切换，控制超声波传感器在预设状态执行对应的预设命令。
2.如权利要求1所述超声波传感器驱动装置，其特征在于：所述状态控制单元预存状态包括空闲状态、发送状态和接收状态。
3.如权利要求2所述超声波传感器驱动装置，其特征在于：所述状态控制单元默认状态为空闲状态，发送命令时切换至发送状态，命令发送完成后切换至接收状态，接收到有效数据并解析完成后切换回空闲状态。
4.如权利要求3所述超声波传感器驱动装置，其特征在于：所述命令调制单元使用通用定时器模块，其包括FIFO单元和F2A单元；使能发送命令并向FIFO内填充数据，使能FIFO数据流后，FIFO通过F2A单元自动更新ATOM输出，PWM命令生成。
5.如权利要求2所述超声波传感器驱动装置，其特征在于：所述波形采集单元进行波形采集时，通用定时器模块模块内部的定时器输入模块自动对输入波形的双边沿时刻进行捕捉，捕捉完成后自动触发直接内存读取模块对捕捉的双边沿时刻进行数据读取。
6.如权利要求4所述超声波传感器驱动装置，其特征在于：所述周期性调度单元控制超声波传感器在预设状态执行以下预设命令；
当系统为空闲状态，不执行任何操作；
当系统为发送状态且数据没有发送时，使能PWM输出；
当系统为发送状态且数据正在发送过程中，不执行任何操作；
当系统为发送状态且数据发送成功，则将系统状态跳转至接收状态；
当系统为接收状态且系统没有接收到有效数据，不执行任何操作；
当系统为接收状态且系统接收到有效数据，对数据进行解析，同时将系统状态跳转至空闲状态。
7.一种超声波传感器驱动方法，其特征在于，包括以下步骤：
将驱动过程划分为多种状态并在周期性调度中进行状态监控；
对超声波传感器进行命令PWM生成,实现PWM的周期与占空比的自动更新，存储PWM命令生成的周期与占空比，更新输出PWM，当数据流使能时，数据输出自动更新；
对超声波传感器进行波形采集，触发预设数据读取；
控制超声波传感器状态切换，控制超声波传感器在预设状态执行对应的预设命令。
8.如权利要求7所述的超声波传感器驱动方法，其特征在于：驱动过程划分空闲状态、发送状态和接收状态。
9.如权利要求8所述超声波传感器驱动装置，其特征在于：驱动过程默认状态为空闲状态，发送命令时切换至发送状态，命令发送完成后切换至接收状态，接收到有效数据并解析完成后切换回空闲状态。
10.如权利要求9所述超声波传感器驱动装置，其特征在于：控制超声波传感器在预设状态执行以下预设命令；
当系统为空闲状态，不执行任何操作；
当系统为发送状态且数据没有发送时，使能PWM输出；
当系统为发送状态且数据正在发送过程中，不执行任何操作；
当系统为发送状态且数据发送成功，则将系统状态跳转至接收状态；
当系统为接收状态且系统没有接收到有效数据，不执行任何操作；
当系统为接收状态且系统接收到有效数据，对数据进行解析，同时将系统状态跳转至空闲状态。
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