CN108572600A - 车用微控制器及其信号控制方法 - Google Patents

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任奕
王英
刘文鹏
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    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/04—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers
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    • G05B2219/20—Pc systems
    • G05B2219/25—Pc structure of the system
    • G05B2219/25257—Microcontroller

Abstract

本发明涉及汽车系统控制技术领域，公开了一种车用微控制器，功能层级模块集成于第一微处理器内，监控层级模块集成于第二微处理器内，车辆的输入信号同时输入至功能层级模块和监控层级模块，所述功能层级模块输出功能层级输出控制信号，所述监控层级模块输出监控层级输出控制信号，所述监控层级模块实时比较功能层级输出控制信号和监控层级输出控制信号，当两者不一致时，将监控层级输出控制信号替代功能层级输出控制信号输出。本发明还公开了车用微控制器的信号控制方法。本发明将功能层级模块和监控层级模块设置于独立的微处理器，完全没有共因失效点，取消相关失效分析的工作，节约了大量的人力成本。

Description

车用微控制器及其信号控制方法
技术领域
本发明涉及汽车系统控制技术领域，具体涉及的是一种车用微控制器及其信号控制方法。
背景技术
随着汽车电动化、智能化、网联化、共享化的发展趋势，一辆汽车内部的微控制器数量已经达到100多个，并且还在逐步上升。汽车内部有许多跟安全相关的系统及其微控制器，比如：动力系统、底盘系统、转向系统、主动安全系统等等。这些系统的微处理器都需要满足功能安全设计，也就是说这些系统的功能都需要由功能层级和功能安全监控层级(简称监控层级)组成。
参见附图1，现有的技术解决方案的电子控制器100包括一个微处理器101、随机存储器102、只读存储器103，以及电子控制器上其他外设。功能层级模块104和监控层级模块105均集成在一个微处理器101上，安全相关的输入信息会同时提供给功能层级和监控层级两部分功能模块。功能层级模块会实时的根据算法输出控制信号，监控层级模块105会实时比较自身输出的控制信号和功能层级模块输出的控制信号，如果发现两者不一致的时候，监控层级模块会将自身的控制信号替代掉功能层级模块输出的控制信号，使系统进入安全状态。
现有技术解决方案由于功能层级和监控层级都使用了共同的微处理、随机存储器和只读存储器，所以为了保证监控层级的有效性成立，没有共因失效发生，要满足以下条件：
1、两个层级在微处理器里面的软件要分区，实现软件组件间免于干扰；
2、两个层级在使用随机存储器和只读存储器里面的信息要分区，实现信息间免于干扰。
相关失效分析目的是识别出可绕开给定要素间所要求的独立性、绕开免于干扰、使独立性无效或使免于干扰无效，并违背安全要求或安全目标的单一事件或原因。如果通过相关失效分析得出没有单一事件或原因互相干扰，则证明两个层级的独立性成立，功能安全监控层级有效。上述相关失效分析的工作必须要投入大量的人力去开展。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述问题，提供一种车用微控制器及其信号控制方法，将功能层级模块和监控层级模块设置于独立的微处理器，完全没有共因失效点，取消相关失效分析的工作，节约了大量的人力成本。
本发明采取的技术方案是：
一种车用微控制器，其特征是，包括功能层级模块和监控层级模块，所述功能层级模块集成于第一微处理器内，所述监控层级模块集成于第二微处理器内，车辆的输入信号同时输入至第一处理器的功能层级模块和第二处理器的监控层级模块，所述第一微处理器的功能层级模块输出功能层级输出控制信号，所述第二微处理器的监控层级模块输出监控层级输出控制信号，所述监控层级模块实时比较功能层级输出控制信号和监控层级输出控制信号，当两者不一致时，将监控层级输出控制信号替代功能层级输出控制信号输出。
进一步，所述功能层级模块和监控层级模块通过总线通讯连接，将功能层级输出控制信号传送至监控层级模块，与监控层级输出控制信号进行实时比较。
进一步，所述功能层级模块和监控层级模块通过串口或并口通讯连接，将功能层级输出控制信号传送至监控层级模块，与监控层级输出控制信号进行实时比较。
进一步，所述第一微处理器还包括第一随机存储器和第一只读存储器，为第一微处理器提供数据存储和交换，所述第二微处理器还包括第二随机存储器和第二只读存储器，为第二微处理器提供数据存储和交换。
进一步，所述车用微控制器还包括时钟单元和供电单元，所述供电单元为车用微处理器供电，所述时钟单元控制所述监控层级模块的实时比较时间间隔。
进一步，所述时钟单元采用节拍电位体制控制时钟周期。
进一步，所述第一微处理器为单片机，所述第一随机存储器、第一只读存储器和时钟单元均集成在所述第一微处理器内。
进一步，所述第二微处理器为单片机，所述第二随机存储器、第二只读存储器和时钟单元均集成在所述第二微处理器内。
进一步，所述输入信号来自车辆传感器，所述功能层级输出控制信号输出至继电器后再传送至执行器。
进一步，所述车辆传感器的信号通过接插件输入至微处理器。
进一步，所述输入信号、功能层级输出控制信号和监控层级输出控制信号均通过控制器的IO接口输入输出。
进一步，所述车辆传感器包括测量温度、压力、流量、位置、速度功能的传感器。
进一步，所述执行器的线束通过接插件连接至继电器。
进一步，所述执行器控制执行汽车扭矩的大小、电流的大小、供电的开关中的一项或多项。
一种应用如上所述的车用微控制器进行信号控制的方法，其特征是，包括如下步骤：
(1)将输入信号同时输送至第一微处理器的功能层级模块和第二微处理器的监控层级模块；
(2)功能层级模块输出功能层级输出控制信号，监控层级模块输出监控层级输出控制信号；
(3)监控层级模块对功能层级输出控制信号和监控层级输出控制信号进行实时比较，如果两者不一致，则，
(4)将监控层级输出控制信号替代功能层级输出控制信号输出。
进一步，所述步骤(3)中，功能层级输出控制信号通过总线输送至监控层级模块，再与监控层级输出控制信号进行实时比较。
进一步，所述步骤(3)中，实时比较通过时钟单元控制刷新频率，所述刷新频率为3KHZ至1MHZ。
进一步，所述步骤(1)中的输入信号来自传感器，所述步骤(4)后还包括步骤：
(5)所述功能层级输出控制信号输出至继电器后再传送至执行器。
本发明的有益效果是：
(1)两套微处理器、随机存储器和只读存储器满足两个层级模块的完全独立，完全没有共因失效点的干扰，功能安全监控层级天然有效；
(2)两套微处理器都是完全独立的硬件模块，几乎不需要投入人力来做相关失效分析的工作，节约了大量的人力成本。
附图说明
附图1是现有的微控制器模块化结构框图；
附图2是本发明的微控制器模块化结构框图；
附图3是本发明在车辆内部的典型应用架构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明车用微控制器及其信号控制方法的具体实施方式作详细说明。
参见附图2，本发明的车用微控制器200包括两个独立的微处理器，分别为第一微处理器201和第二微处理器202，第一微处理器201内集成功能层级模块203，第二微处理器203内集成监控层级模块204。
第一微处理器201还包括第一随机存储器205和第一只读存储器206，为第一微处理器201提供数据存储和交换，第二微处理器202还包括第二随机存储器207和第二只读存储器208，为第二微处理器202提供数据存储和交换。
车辆的输入信号同时输入至第一微处理器201的功能层级模块203和第二微处理器202的监控层级模块204，第一微处理器201的功能层级模块203输出功能层级输出控制信号，第二微处理器202的监控层级模块204输出监控层级输出控制信号。
功能层级模块203和监控层级模块204通过总线209通讯连接，总线209将功能层级输出控制信号分路传送至监控层级模块204，与监控层级输出控制信号进行实时比较。监控层级模块204监测到两个控制信号不一致时，将监控层级输出控制信号替代功能层级输出控制信号输出。
参见附图3，微控制器在车辆内部应用时，还配备有供电单元、时钟单元、总线单元、IO单元等必要单元模块，以及接插件、继电器、通讯总线接口、通讯总线组成等各种接口实现电路连接。输入信号来自车辆传感器，经微控制器运算后，功能层级输出控制信号输出至继电器后再传送至执行器，完成汽车动力系统、底盘系统、转向系统、主动安全系统等系统的信号处理和回应。供电单元为车用微处理器供电，时钟单元控制监控层级模块的实时比较时间间隔。输入信号、功能层级输出控制信号和监控层级输出控制信号均通过控制器的IO接口输入输出。
其中，微处理器由一片或少数几片大规模集成电路组成的中央处理器。这些电路执行控制部件和算术逻辑部件的功能。微处理器能完成取指令、执行指令，以及与外界存储器和逻辑部件交换信息等操作，是微型计算机的运算控制部分。它可与存储器和外围电路芯片组成微型计算机。
随机存取存储器又称作“随机存储器”，是与微处理器直接交换数据的内部存储器，也叫主存(内存)。它可以随时读写，而且速度很快，通常作为操作系统或其他正在运行中的程序的临时数据存储媒介。存储单元的内容可按需随意取出或存入，且存取的速度与存储单元的位置无关的存储器。这种存储器在断电时将丢失其存储内容，故主要用于存储短时间使用的程序。按照存储单元的工作原理，随机存储器又分为静态随机存储器和动态随机存储器。
只读存储器所存数据，一般是装入整机前事先写好的，整机工作过程中只能读出，而不像随机存储器那样能快速地、方便地加以改写。只读存储器所存数据稳定，断电后所存数据也不会改变；其结构较简单，读出较方便，因而常用于存储各种固定程序和数据。
时钟单元在微程序控制器中刷新时序，时序信号比较简单，一般采用节拍电位——节拍脉冲二级体制。就是说它只要一个节拍电位，在节拍电位又包含若干个节拍脉冲(时钟周期)。节拍电位表示一个微处理周期的时间，而节拍脉冲把一个微处理器周期划分为几个叫较小的时间间隔。根据需要这些时间间隔可以相等，也可以不等。随机存储器、只读存储器和时钟单元均可以集成在微处理器所在的单片机内。
供电单元是在电子设备系统中担负起对电能的变换、分配、检测及其他电能管理的职责的芯片。主要负责识别微处理器供电幅值，产生相应的短矩波，推动后级电路进行功率输出。
信号输入/输出(IO单元)接口是微处理器与外部设备之间交换信息的连接电路，它们通过总线与微处理器相连、简称I/O接口。
接插件也叫连接器，其将电子控制器与外部线束连接，确保整个系统的正常运行。
传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。
执行器是整个控制系统重要的部分。它会把电子控制器期望的行为具体执行出来，比如控制一些扭矩的大小、电流的大小、供电的开关等等。
继电器是一种电控制器件，是当输入量(激励量)的变化达到规定要求时，在电气输出电路中使被控量发生预定的阶跃变化的一种电器。它具有控制系统(又称输入回路)和被控制系统(又称输出回路)之间的互动关系。通常应用于自动化的控制电路中，它实际上是用小电流去控制大电流运作的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。
通讯总线接口是指该电子控制器需要接收或发送的相关信号。通讯总线组成是指车上所有电子控制器相互通讯的总集合，各个电子控制器都可以在上面获取自己需要的信息。
本发明的车用微控制器进行信号控制的方法如下：
(1)将汽车传感器的输入信号同时输送至第一微处理器的功能层级模块和第二微处理器的监控层级模块；
(2)功能层级模块输出功能层级输出控制信号，监控层级模块输出监控层级输出控制信号；
(3)监控层级模块对功能层级输出控制信号和监控层级输出控制信号进行实时比较，实时比较通过时钟单元控制刷新频率，刷新频率为3KHZ至1MHZ。比较过程是通过总线将功能层级输出控制信号输出至监控层级模块，再与监控层级输出控制信号进行实时比较，如果两者不一致，则，
(4)将监控层级输出控制信号替代功能层级输出控制信号输出。
(5)功能层级输出控制信号输出至继电器后再传送至执行器。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (18)

1.一种车用微控制器，其特征在于：包括功能层级模块和监控层级模块，所述功能层级模块集成于第一微处理器内，所述监控层级模块集成于第二微处理器内，车辆的输入信号同时输入至第一处理器的功能层级模块和第二处理器的监控层级模块，所述第一微处理器的功能层级模块输出功能层级输出控制信号，所述第二微处理器的监控层级模块输出监控层级输出控制信号，所述监控层级模块实时比较功能层级输出控制信号和监控层级输出控制信号，当两者不一致时，将监控层级输出控制信号替代功能层级输出控制信号输出。
2.根据权利要求1所述的车用微控制器，其特征在于：所述功能层级模块和监控层级模块通过总线通讯连接，将功能层级输出控制信号传送至监控层级模块，与监控层级输出控制信号进行实时比较。
3.根据权利要求1所述的车用微控制器，其特征在于：所述功能层级模块和监控层级模块通过串口或并口通讯连接，将功能层级输出控制信号传送至监控层级模块，与监控层级输出控制信号进行实时比较。
4.根据权利要求1所述的车用微控制器，其特征在于：所述第一微处理器还包括第一随机存储器和第一只读存储器，为第一微处理器提供数据存储和交换，所述第二微处理器还包括第二随机存储器和第二只读存储器，为第二微处理器提供数据存储和交换。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的车用微控制器，其特征在于：所述车用微控制器还包括时钟单元和供电单元，所述供电单元为车用微处理器供电，所述时钟单元控制所述监控层级模块的实时比较时间间隔。
6.根据权利要求5所述的车用微控制器，其特征在于：所述时钟单元采用节拍电位体制控制时钟周期。
7.根据权利要求5所述的车用微控制器，其特征在于：所述第一微处理器为单片机，所述第一随机存储器、第一只读存储器和时钟单元均集成在所述第一微处理器内。
8.根据权利要求5所述的车用微控制器，其特征在于：所述第二微处理器为单片机，所述第二随机存储器、第二只读存储器和时钟单元均集成在所述第二微处理器内。
9.根据权利要求1至4中任一项所述的车用微控制器，其特征在于：所述输入信号来自车辆传感器，所述功能层级输出控制信号输出至继电器后再传送至执行器。
10.根据权利要求9所述的车用微控制器，其特征在于：所述车辆传感器的信号通过接插件输入至微处理器。
11.根据权利要求1至4中任一项所述的车用微控制器，其特征在于：所述输入信号、功能层级输出控制信号和监控层级输出控制信号均通过控制器的IO接口输入输出。
12.根据权利要求9所述的车用微控制器，其特征在于：所述车辆传感器包括测量温度、压力、流量、位置、速度功能的传感器。
13.根据权利要求9所述的车用微控制器，其特征在于：所述执行器的线束通过接插件连接至继电器。
14.根据权利要求9所述的车用微控制器，其特征在于：所述执行器控制执行汽车扭矩的大小、电流的大小、供电的开关中的一项或多项。
15.一种应用如权利要求1至14中任一项所述的车用微控制器进行信号控制的方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)将输入信号同时输送至第一微处理器的功能层级模块和第二微处理器的监控层级模块；
(2)功能层级模块输出功能层级输出控制信号，监控层级模块输出监控层级输出控制信号；
(3)监控层级模块对功能层级输出控制信号和监控层级输出控制信号进行实时比较，如果两者不一致，则，
(4)将监控层级输出控制信号替代功能层级输出控制信号输出。
16.根据权利要求15所述的信号控制的方法，其特征在于：所述步骤(3)中，功能层级输出控制信号通过总线输送至监控层级模块，再与监控层级输出控制信号进行实时比较。
17.根据权利要求16所述的信号控制的方法，其特征在于：所述步骤(3)中，实时比较通过时钟单元控制刷新频率，所述刷新频率为3KHZ至1MHZ。
18.根据权利要求15至17中任一项所述的信号控制的方法，其特征在于：所述步骤(1)中的输入信号来自传感器，所述步骤(4)后还包括步骤：
(5)所述功能层级输出控制信号输出至继电器后再传送至执行器。
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