CN111497762B - 一种用于汽车电子控制器的双cpu控制系统及控制方法 - Google Patents
一种用于汽车电子控制器的双cpu控制系统及控制方法 Download PDFInfo
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Abstract
本申请公开了一种用于汽车电子控制器的双CPU控制系统及控制方法,涉及汽车电子控制器技术领域,该控制系统包括:其包括主CPU和从CPU,二者之间通过通讯模块相互通讯及相互检测;主CPU用于在第一供电电源关断时,发送第一使能信号;主CPU还用于在检测到从CPU发生故障时向从CPU发送重启请求,若从CPU多次重启后故障仍然存在,则控制从CPU持续关断;从CPU用于在第二供电电源关断时,发送第二使能信号;从CPU还用于在检测到主CPU持续故障时接管重要用电设备执行控制任务,并向主CPU发送重启请求,若主CPU多次重启后故障仍然存在,则控制主CPU持续关断。本申请,可靠性高,实用性好,满足功能安全需求。
Description
技术领域
本申请涉及汽车电子控制器技术领域,具体涉及一种用于汽车电子控制器的双CPU控制系统及控制方法。
背景技术
为了满足ISO26262对汽车电子控制器的功能安全要求,采用冗余技术提高汽车电子控制器的功能安全等级,已成为业界的一种常用方法。
相关技术中,采用双CPU的冗余技术方案的汽车电子控制器,多采用一个电源进行供电,且多采用单一的CAN通信。当电源意外断电时,两个CPU均会停止工作,而CAN总线故障时,整个控制器将无法工作,不仅通用性差、效率低、成本高,还未考虑静电流。因此,双CPU控制过程存在实现难度大、可靠性低、静电流大及实用性差等缺点。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷之一,本申请的目的在于提供一种用于汽车电子控制器的双CPU控制系统及控制方法以解决双CPU控制系统可靠性低和实用性差的问题。
本申请第一方面提供一种用于汽车电子控制器的双CPU控制系统,其包括主CPU和从CPU,主CPU和从CPU之间通过通讯模块相互通讯及相互检测;
主CPU用于在主CPU的第一供电电源关断时,发送第一使能信号,从CPU的第二供电电源用于响应第一使能信号为从CPU供电;主CPU还用于在检测到从CPU发生故障时向从CPU发送重启请求,若从CPU多次重启后故障仍然存在,则控制从CPU持续关断;
从CPU用于在第二供电电源关断时,发送第二使能信号,第一供电电源用于响应第二使能信号为主CPU供电;从CPU还用于在检测到主CPU持续故障时接管重要用电设备执行控制任务,并向主CPU发送重启请求,若主CPU多次重启后故障仍然存在,则控制主CPU持续关断。
基于第一方面,在可能的实施例中,通讯模块包括SPI通讯模块和PWM通讯模块;
SPI通讯模块和PWM通讯模块均用于主CPU和从CPU之间的相互通讯;
PWM通讯模块还用于主CPU和从CPU之间的相互检测。
基于第一方面,在可能的实施例中,通讯模块还包括CAN通讯模块,CAN通讯模块包括;
第一CAN收发电路,其使能引脚分别连接主CPU和从CPU,第二CAN收发电路,其使能引脚分别连接主CPU和从CPU;
当主CPU处于正常状态时,主CPU用于使能第一CAN收发电路,并禁止第二CAN收发电路,从CPU用于监视使能信号;
从CPU还用于在主CPU发生故障时,使能第二CAN收发电路,并禁止第一CAN收发电路。
基于第一方面,在可能的实施例中,还包括第一驱动电路,第一驱动电路分别连接主CPU和从CPU;
当主CPU处于正常状态时,主CPU用于控制第一驱动电路输出驱动第一负载,从CPU用于监视输出信号;
从CPU还用于在主CPU出现故障时,控制第一驱动电路输出驱动第一负载。
基于第一方面,在可能的实施例中,主CPU通过第二驱动电路连接第一负载控制选择电路,从CPU通过第三驱动电路连接第二负载控制选择电路,第一负载控制选择电路和第二负载控制选择电路均与第二负载连接;
当主CPU处于正常状态时,主CPU用于控制第二驱动电路输出驱动第二负载,从CPU用于控制第一负载控制选择电路闭合,第二负载控制选择电路断开;
当主CPU出现故障时,从CPU用于控制第一负载控制选择电路断开,第二负载控制选择电路闭合,并控制第三驱动电路输出驱动第二负载。
基于第一方面,在可能的实施例中,主CPU通过第二电源使能电路连接第二电源电路;
从CPU通过第一电源使能电路连接第一电源电路。
基于第一方面,在可能的实施例中,还包括:
用于检测第二供电电源电压的第一电压检测电路,其输入端连接第二供电电源,其输出端连接从CPU;
用于检测第一供电电源电压的第二电压检测电路,其输入端连接第一供电电源,其输出端连接主CPU;
用于检测主CPU供电电压的第三电压检测电路,其输入端连接主CPU,其输出端连接从CPU;
用于检测从CPU供电电压的第四电压检测电路,其输入端连接从CPU,其输出端连接主CPU。
本申请第一方面提供一种基于上述用于汽车电子控制器的双CPU控制系统的控制方法,其包括:
正常工作模式下,主CPU和从CPU之间通过通讯模块相互通讯及相互检测;
当主CPU的第一供电电源关断时,主CPU发送第一使能信号,从CPU的第二供电电源用于响应第一使能信号为从CPU供电;
当第二供电电源关断时,从CPU发送第二使能信号,第一供电电源用于响应第二使能信号为主CPU供电;
当主CPU检测到从CPU发生故障时,向从CPU发送重启请求,若从CPU多次重启后故障仍然存在,则控制从CPU持续关断;
当从CPU检测到主CPU持续故障时接管重要用电设备执行控制任务,并向主CPU发送重启请求,若主CPU多次重启后故障仍然存在,则控制主CPU持续关断。
基于第二方面,在可能的实施例中,通讯模块包括SPI通讯模块、PWM通讯模块和CAN通讯模块;
主CPU和从CPU初始上电时均为从SPI模式;
当主CPU采用SPI通讯模块发起通信时,主CPU检测SPI是否处于空闲状态,若是,则设置自身为主SPI模式后,向从CPU发送数据并回采,并在确定回采的数据正常时设置自身为从SPI模式,等待从CPU应答;否则,延时第一时间后再检测,若多次检测SPI均处于非空闲状态,则改为PWM通讯模块或CAN通讯模块与从CPU通信;
当从CPU采用SPI通讯模块发起通信时,从CPU检测SPI是否处于空闲状态,若是,则设置自身为主SPI模式后,向主CPU发送数据并回采,并在确定回采的数据正常时设置自身为从SPI模式;否则,延时第二时间后再检测,若多次检测SPI均处于非空闲状态,则改为PWM通讯模块或CAN通讯模块与主CPU通信;第二时间大于第一时间。
基于第二方面,在可能的实施例中,主CPU和从CPU均初始化为PWM输入模式;
当主CPU采用PWM通讯模块发起通信或校准,且主CPU检测其模拟/数字AD输入不为0时,主CPU设置自身为PWM输出模式,输出第一PWM信号,并延时检测此时AD输入与第一PWM信号是否一致;
若一致,则设置自身为PWM输入模式,等待从CPU的PWM应答,并在主CPU接收的PWM应答的频率和占空比与第一PWM信号连续多次不一致时,修改为SPI通讯模块或CAN通讯模块与从CPU通信;
当从CPU采用PWM通讯模块发起通信或校准,且从CPU检测其模拟/数字AD输入不为0时,从CPU设置自身为PWM输出模式,输出第二PWM信号,并延时检测此时AD输入与第二PWM信号是否一致;
若一致,则设置自身为PWM输入模式,等待主CPU的PWM应答,并在从CPU接收的PWM应答的频率和占空比与第二PWM信号连续多次不一致时,修改为SPI通讯模块或CAN通讯模块与主CPU通信。
本申请提供的技术方案带来的有益效果包括:
本申请实施例提供了一种用于汽车电子控制器的双CPU控制系统及控制方法,由于主CPU的第一供电电源关断时会发送第一使能信号,使从CPU的第二供电电源响应第一使能信号为从CPU供电,从CPU的第二供电电源关断时会发送第二使能信号,使第一供电电源响应第二使能信号为主CPU供电,且主CPU在检测到从CPU持续故障时,会控制从CPU断电,而从CPU在检测到主CPU持续故障时,会控制主CPU断电,并接管重要用电设备执行控制任务,因此,本申请双CPU控制系统控制的可靠性高,实用性好,满足功能安全需求。
附图说明
图1为本申请实施例提供的用于汽车电子控制器的双CPU控制系统的结构框图;
图2为本申请实施例提供的第一负载控制选择电路的第一种电路图;
图3为本申请实施例提供的第一负载控制选择电路的第二种电路图
图4为本申请实施例提供的第一电源使能电路的电路图。
附图标记:
1-主CPU,2-从CPU,3-RC滤波电路,4-第一CAN收发电路,5-第二CAN收发电路,6-第一驱动电路,7-第一负载,8-第一模拟和数字输入处理电路,9-第一负载控制选择电路,10-第二负载控制选择电路,11-第二负载,12-第二驱动电路,13-第三驱动电路,14-第四驱动电路,15-第三负载,16-第二模拟和数字输入处理电路,17-第一电压检测电路,18-第二电压检测电路,19-第三电压检测电路,20-第四电压检测电路,21-第二LIN收发电路,22-第一LIN收发电路,23-第二电源电路,24-第一电源电路,25-第二电源使能电路,26-第一电源使能电路。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本申请作进一步详细说明。
参见图1所示,本申请实施例提供一种用于汽车电子控制器的双CPU控制系统,其包括主CPU1和从CPU2,上述主CPU1和从CPU2之间通过通讯模块相互通讯及相互检测。
上述主CPU1用于在上述主CPU1的第一供电电源关断时,发送第一使能信号,上述从CPU2的第二供电电源用于响应第一使能信号为从CPU2供电;上述主CPU1还用于在检测到上述从CPU2发生故障时向从CPU2发送重启请求,然后若检测到故障持续存在,则控制从CPU2重启。若从CPU2多次重启后故障仍然存在,则控制上述从CPU2持续关断,直至其它控制器或人工干预解除。本实施例中,从CPU2重启3次后仍故障,即可控制其断电。从CPU2重启过程中,每次关闭后需延时10s后再开启。
上述从CPU2用于在上述第二供电电源关断时,发送第二使能信号,上述第一供电电源用于响应第二使能信号为主CPU1供电;上述从CPU2还用于在检测到上述主CPU1持续故障时接管重要用电设备执行控制任务,并向主CPU1发送重启请求,若主CPU1多次重启后故障仍然存在,则控制上述主CPU1持续关断,直至其它控制器或人工干预解除。本实施例中,主CPU1重启3次后仍故障,即可控制其断电。主CPU1重启过程中,每次关闭后需延时10s后再开启。
其中,从CPU2在检测到上述主CPU1发生故障时,首先向主CPU1发送接管重要用电设备的请求信息,然后若检测到故障持续存在,则接管重要用电设备执行控制任务。
本申请实施例,由于主CPU1的第一供电电源关断时会发送第一使能信号,使从CPU2的第二供电电源响应第一使能信号为从CPU2供电,从CPU2的第二供电电源关断时会发送第二使能信号,使第一供电电源响应第二使能信号为主CPU1供电,且主CPU1在检测到从CPU2持续故障时,会控制从CPU2断电,而从CPU2在检测到主CPU1持续故障时,会控制主CPU1断电,并接管重要用电设备执行控制任务,因此,本申请双CPU控制系统控制的可靠性高,实用性好,满足功能安全需求。
本实施例中,上述通讯模块包括SPI通讯模块和PWM通讯模块。
上述SPI通讯模块和PWM通讯模块均用于上述主CPU1和从CPU2之间的相互通讯。
上述PWM通讯模块还用于上述主CPU1和从CPU2之间的相互检测。
本申请还包括RC滤波电路3,滤波截止频率范围为40~60Hz,其R取值范围为30kohm~50kohm。RC滤波电路3的输入信号是主CPU或从CPU输出的PWM信号,RC滤波电路3的输出信号是直流电压信号,接到主CPU和从CPU的AD输入。
本实施例中,RC滤波电路3的R取30kohm,C取100nF。上述主CPU1的引脚OPWMB/IPWM1通过电阻R1(2kohm)接到该电路的输入,上述从CPU的引脚IPWM/OPWMB2通过电阻R2(2kohm)也接到该电路的输入,RC滤波电路3的输出的直流电压信号接到主CPU的引脚ADI1和从CPU的引脚ADI2。
进一步地,上述通讯模块还包括CAN通讯模块,对于重要的CAN通信,在正常工作状态下,主CPU1控制CAN通讯模块收发数据,从CPU2仅接收数据。当主CPU1发生异常时,从CPU2关断主CAN收发器并控制CAN收发数据。具体地,上述CAN通讯模块包括第一CAN收发电路4和第二CAN收发电路5。第一CAN收发电路4和第二CAN收发电路5的发送、接收和总线引脚按标准方法连接。
上述第一CAN收发电路4的使能引脚分别连接主CPU1和从CPU2。其中,第一CAN收发电路4的使能引脚通过较大电阻R7连接主CPU1的数字输出引脚,并通过较小电阻R8连接到从CPU2的数字输出引脚。
上述第二CAN收发电路5的使能引脚分别连接主CPU1和从CPU2。其中,第二CAN收发电路5的使能引脚通过较大电阻R9连接主CPU1的数字输出引脚,并通过较小电阻R10连接到从CPU2的数字输出引脚。
可选地,第一CAN收发电路4和第二CAN收发电路5的CAN收发芯片均采用NCV7340,其外围电路采用其Datasheet的推荐电路。
第一CAN收发电路4的引脚CAN_TX1和CAN_RX1分别接到主CPU1的CAN模块引脚CAN_TX1和CAN_RX1,第一CAN收发电路4的引脚CAN_BUS_H和CAN_BUS_L分别接到CAN总线的CAN_BUS_H和CAN_BUS_L。第一CAN收发电路4的引脚EN1一端通过电阻R7(3.9kohm)接到主CPU1的引脚DO3,另一端通过电阻R8(390ohm)接到从CPU2的引脚DI/DO4。
第二CAN收发电路5的引脚CAN_TX2和CAN_RX2分别接到从CPU2的CAN模块的引脚CAN_TX2和CAN_RX2,第二CAN收发电路5的引脚CAN_BUS_H和CAN_BUS_L分别接到CAN总线的CAN_BUS_H和CAN_BUS_L。第二CAN收发电路5的引脚EN2一端通过电阻R9(3.9kohm)接到主CPU1的引脚DO5,另一端通过电阻R10(390ohm)接到从CPU2的引脚DI/DO6。
当上述主CPU1处于正常状态时,上述主CPU1用于使能第一CAN收发电路4(DO3和EN1为高电平),并禁止第二CAN收发电路5(DO5和EN2为低电平),上述从CPU2的数字输出/输入引脚(DI/DO4)设置为输入功能,用于监视该使能信号。
在上述主CPU1发生故障时,上述从CPU2还用于将其数字输出/输入引脚(DI/DO4和DI/DO6)变为输出功能,使能上述第二CAN收发电路5(DI/DO6为高电平),且不被主CPU1影响,并禁止上述第一CAN收发电路4(DI/DO4为低电平)。
本实施例中,本申请还包括第一LIN收发电路22和第二LIN收发电路21。其中,第一LIN收发电路22和第二LIN收发电路21的发送、接收和总线引脚按标准方法连接。两路LIN_BUS可以连接在一起,使主从CPU都收发该LIN_BUS上的报文,两路LIN_BUS也可以分开成为两路,主从CPU分别收发各自LIN_BUS上的报文。本实施例中,LIN可选双重收发,进一步确保通信可靠。
可选地,本申请的LIN收发芯片采用TlE7259,其外围电路采用其Datasheet推荐电路。第二LIN收发电路21的引脚LIN_TX接从CPU2的引脚LIN_TX,第二LIN收发电路21的引脚LIN_RX接从CPU2的引脚LIN_RX。第一LIN收发电路22的引脚LIN_TX接主CPU1的引脚LIN_TX,第一LIN收发电路22的引脚LIN_RX接主CPU1的引脚LIN_RX。第一LIN收发电路22和第二LIN收发电路21的LIN_BUS并接到LIN总线。
本实施例中,本申请还包括第一驱动电路6,上述第一驱动电路6分别连接主CPU1和从CPU2。第一驱动电路6为SPI或PWM或DO(数字)控制的驱动电路。
当上述主CPU1处于正常状态时,上述主CPU1用于控制第一驱动电路6输出驱动第一负载7,上述从CPU2用于监视输出信号。
上述从CPU2还用于在上述主CPU1出现故障时,控制第一驱动电路6输出驱动第一负载7,第一负载7的另一端接电源正或地。其中,第一负载7属于共用驱动电路的重要负载。可选地,第一负载7为13.5V/90ohm的继电器,其一端接到第一驱动电路6的引脚Drive4,另一端接地。
可选地,第一驱动电路6采用MC33879芯片,第一驱动电路6的Drive4接到第一负载7。第一驱动电路6的SPI控制的数据输出、数据输入和时钟总线分别通过较大阻值的电阻R13、R14和R15连接到上述主CPU1的引脚DSPI_MO、MI和SCK3,并分别通过较小阻值的电阻R17、R18和R19连接到上述从CPU2的引脚DSPI_SIMO、SOMI和SCK4。本实施例中,R13、R14和R15的阻值均为3.9kohm,R17、R18和R19的阻值均为390ohm。
第一驱动电路6的SPI的片选信号通过较大的电阻R11(3.9kohm)连接到上述主CPU1的引脚DSPI_CS_Master3,并通过较小的电阻R12(390ohm)连接到从CPU的引脚DSPI_CS_SlaveOrMater4。第一驱动电路6的使能/数字控制(ENorDO)通过较大的电阻R20(3.9kohm)接到主CPU的引脚DO7,并通过较小的电阻R21(390ohm)接到从CPU2的引脚DI/DO8。第一驱动电路6的IPWM通过较大的电阻R22(3.9kohm)接到主CPU的引脚OPWM3,并通过较小的电阻R23(390ohm)接到从CPU的引脚IPWM/OPWM4。第一驱动电路6的状态输出引脚State_FB通过电阻R24(3.9kohm)接到主CPU1的引脚ADI/DI3,并通过相同阻值的电阻R25(3.9kohm)接到从CPU2的引脚ADI/DI4。
在正常工作状态下,主CPU1的SPI控制设置为主模式,从CPU2的SPI控制设置为从模式,SPI控制总线、使能/数字控制(ENorDO)和IPWM控制都接收主CPU输入,从CPU2监视这些输出信号和负载状态,且主从CPU都监视第一驱动电路的状态输出信号(State_FB)。
当主CPU1发生异常时,从CPU2的SPI控制变为主模式,从CPU的数字输入(IPWM/OPWM4)变为数字输出,从CPU2的PWM输入变为PWM输出,SPI总线、使能/数字控制和PWM控制都接收从CPU输入,且不被主CPU的SPI控制信号、使能/数字控制信号和PWM控制信号影响,从CPU监视第一驱动电路的状态输出信号(State_FB)。
本实施例中,上述主CPU1通过第二驱动电路12连接第一负载控制选择电路9,从CPU2通过第三驱动电路13连接第二负载控制选择电路10,即第一负载控制选择电路9的输入连接到第二驱动电路12的驱动输出,第二负载控制选择电路10的输入连接到第三驱动电路13的驱动输出。
第二驱动电路12的SPI控制总线连接到主CPU1的SPI控制总线,第二驱动电路12的数字控制和PWM控制连接到主CPU1的数字输出和PWM输出,第二驱动电路12的状态输出连接到主CPU1的AD/数字输入,第二驱动电路12的输出连接到第一负载控制选择电路9的输入。
第三驱动电路13的连接与第二驱动电路12类似,第三驱动电路13的SPI控制总线连接到从CPU2的SPI控制总线,第三驱动电路13的数字控制和PWM控制连接到从CPU2的数字输出和PWM输出,第三驱动电路13的状态输出连接到从CPU2的AD/数字输入,第三驱动电路13的输出连接到第二负载控制选择电路10的输入。
第二驱动电路12和第三驱动电路13均为SPI或PWM或DO控制的驱动电路,二者均为高边或低边驱动电路。
可选地,第二驱动电路12和第三驱动电路13均可采用MC33879芯片,第二驱动电路12的引脚Drive_PWM/DO1接到第一负载控制选择电路9的引脚Drive_PWM/DO1,第二驱动电路12的引脚SPI5、PWM5、DO5和State_FB5分别接到主CPU1的引脚SPI5、PWM5、DO5和State_FB5。第三驱动电路13进行相应连接。
上述第一负载控制选择电路9和第二负载控制选择电路10均与第二负载11连接,第一负载控制选择电路9和第二负载控制选择电路10的输出驱动第二负载11。本实施例中,第一负载控制选择电路9和第二负载控制选择电路10相同,均为高边或低边功率开关电路,其最大开关频率为1kHz。第二负载11为独立驱动的重要负载,其另一端接电源正或地。
具体地,第一负载控制选择电路9的引脚Drive_PWM/DO1接到第二驱动电路12的引脚Drive_PWM/DO1,第一负载控制选择电路9的引脚DO10接到从CPU2的引脚DO10,第一负载控制选择电路9的引脚Drive1接到第二负载11的引脚Drive1。
参见图2所示,本实施例中,当第一负载控制选择电路9为高边功率开关电路时,R29起限流作用,C2起滤波作用,D2起保护作用,Q3起反相放大作用,Q1起通断负载电流的作用,R30为Q3提供偏置电流,R31是Q1的GS之间的泄放电阻。当DO10为高电平时,Q3和Q1都导通,第二负载11和第二驱动电路12的低阻抗连通;当DO10为低电平时,Q3和Q1都截止,第二负载11和第二驱动电路12的高阻抗断开。
参见图3所示,当第一负载控制选择电路9为低边功率开关电路时,D10起防止反向电压损坏CPU的作用,R28是Q4的GS之间的泄放电阻,C3起滤波作用,Q4起通断负载电流的作用。当DO10为高电平时,Q4导通,第二负载11和第二驱动电路12的低阻抗连通,当DO10为低电平时,Q4截止,第二负载11和第二驱动电路12的高阻抗断开。
当上述主CPU1处于正常状态时,上述主CPU1用于控制第二驱动电路12输出驱动第二负载11,上述从CPU2用于控制第一负载控制选择电路9闭合(D10为高电平),第二负载控制选择电路10断开(DO9为低电平)。
当上述主CPU1出现故障时,上述从CPU2用于控制第一负载控制选择电路9断开(D10为低电平),第二负载控制选择电路10闭合(DO9为高电平),并控制第三驱动电路13输出驱动第二负载11。
可选地,第二负载11为13.5V/90ohm的继电器,其一端接到第一负载控制选择电路9的Drive1和第二负载控制选择电路10的Drive1,另一端接地。
可选地,本申请还包括第四驱动电路14和第三负载15,在正常情况下,主CPU1及第四驱动电路14控制第三负载15工作,从CPU也采集第四驱动电路14的状态反馈信号,以监控第三负载15状态。
第四驱动电路14为SPI或PWM或DO控制的驱动电路,其采用MC33879芯片,第四驱动电路14的引脚Drive3接到第三负载15,第四驱动电路14的引脚SPI7、PWM7、DO7和State_FB7分别接到主CPU1的SPI7、PWM7、DO7和State_FB7,第四驱动电路14的State_FB7也接到从CPU2的State_FB7。
第三负载15为独立驱动的一般负载,其另一端接电源正或地。可选地,第三负载15为13.5V/90ohm的继电器,其一端接到第四驱动电路14的引脚Drive3,另一端接地。
优选地,上述主CPU1通过第二电源使能电路25连接第二电源电路23,上述第二电源电路23用于给从CPU2供电。
上述从CPU2通过第一电源使能电路26连接第一电源电路24,上述第一电源电路24用于给主CPU1供电。
可选地,第一电源电路24和第二电源电路23均可采用TPS7B6750芯片,其外围电路采用其Datasheet的推荐电路。第二电源电路23的输入接Vbat(蓄电池正极),第二电源电路23的输出引脚VDD2(+5V)接从CPU2的VDD2,第二电源电路23的引脚EN4接第二电源使能电路25的引脚EN4,第一电源电路24的输入接Vbat(蓄电池正极),第一电源电路24的输出引脚VDD1(+5V)接主CPU1的VDD1,第一电源电路24的EN3接第一电源使能电路26的引脚EN3。
其中,第一电源电路24和第二电源电路23均输入9~16V的电源电压,输出5V/0.4A的电源电压,分别为主CPU、从CPU和外围电路供电,其开通和关断分别受第二电源使能电路25或第一电源使能电路26控制。所有相同标号的电源和地都接在一起,即所有相同标号的GND都接在一起,所有相同标号的VDD1都接在一起,所有相同标号的VDD2都接在一起,所有相同标号的Vbat也都接在一起。
本实施例中,第一电源使能电路26和第二电源使能电路25均为电压反相器电路,可选地,第一电源使能电路26和第二电源使能电路25均使用分立器件。第一电源使能电路26的输入连接到从CPU2的具有唤醒功能的IO引脚,第一电源使能电路26的输出接到第一电源电路24的控制引脚。第二电源使能电路25的输入连接到主CPU1的具有唤醒功能的IO引脚(DI/DO1_WakeupFuc),第二电源使能电路25的输出接到第二电源电路23的控制引脚(EN4)。
参见图4所示,电压反相器电路中,R34起限流作用,C1起滤波作用,D1起保护作用,R33起输入分压作用,Q2起反相放大作用,R32为Q2提供偏置电流。当DI/DO1_WakeupFuc为高电平时,Q2导通,EN4输出低电平,当DI/DO1_WakeupFuc为低电平时,Q2截止,EN4输出高电平。
当第一电源使能电路26的输入为高电平时其输出低电平时,第一电源电路24可被关断输出0V。当第一电源使能电路26的输入为低电平时其输出高电平时,第一电源电路24可被接通输出5V。
因此,当从CPU2的供电电源VDD2为0V时,从CPU2的具有唤醒功能的IO引脚输出悬空(相当于低电平),第一电源使能电路26的EN3输出高电平,第一电源电路24VDD1输出5V,使主CPU1的第一电源电路24电压正常。同样的,当主CPU1的供电电源VDD1为0V时,从CPU2的供电电源VDD2电压正常。因此,在电源电压正常的情况下,主从CPU的供电电源不可能同时被关断,保证了本申请控制的稳定性。
另外,当主CPU1正常运行或休眠时,主CPU置具有唤醒功能的IO引脚输出高电平或低电平,可以关断或接通从CPU的供电电源,同样的,当从CPU正常运行或休眠时,从CPU置具有唤醒功能的IO引脚输出高电平或低电平,可以关断或开通主CPU的供电电源。
优选地,本申请还包括第一电压检测电路17、第二电压检测电路18、第三电压检测电路19和第四电压检测电路20。
其中,第一电压检测电路17用于检测第二供电电源电压,第一电压检测电路17的输入端连接上述第二供电电源,第一电压检测电路17的输出端连接上述从CPU2的引脚ADI8。
第二电压检测电路18用于检测第一供电电源电压,第二电压检测电路18的输入端连接上述第一供电电源,第二电压检测电路18的输出端连接上述主CPU1的引脚ADI9。
第三电压检测电路19用于检测主CPU供电电压,第三电压检测电路19的输入端连接上述主CPU1,第三电压检测电路19的输出端连接上述从CPU2的引脚ADI10。
第四电压检测电路20用于检测从CPU供电电压,第四电压检测电路20的输入端连接上述从CPU2,第四电压检测电路20的输出端连接上述主CPU1的引脚ADI11。
本实施例中,第一电压检测电路17或第二电压检测电路18的输入信号的电压幅值为0~16V,经过第一电压检测电路17或第二电压检测电路18处理后,输出电压幅值为0~5V的信号,输出信号接到其对应的CPU的模拟输入端口。主CPU和从CPU都检测各自电源电压(Vbat)。
第三电压检测电路19或第四电压检测电路20的输入信号的电压幅值为0~6V,经过第三电压检测电路19或第四电压检测电路20处理后,输出电压幅值为0~4V的信号,输出信号接到其对应的CPU的模拟输入端口。主CPU检测从CPU的供电电压,从CPU检测主CPU的供电电压。
本实施例中,主CPU1和从CPU2都采集各自的电源电压并进行监控,且主CPU1采集从CPU2的电源电压,从CPU2采集主CPU1的电源电压。
本实施例中,本申请还包括第一模拟和数字输入处理电路8和第二模拟和数字输入处理电路16。
对于重要的外部数字或模拟输入信号,主从CPU都通过第一模拟和数字输入处理电路8进行采集和处理。第一模拟和数字输入处理电路8的输入信号的电压幅值为0~16V,经处理后,输出电压幅值为0~5V的信号,输出信号分别通过电阻接到主CPU和从CPU的数字/模拟输入端口。
可选地,第一模拟和数字输入处理电路8采用高边开关输入处理电路,其输入接In-Ext1,其输出通过R26(3.9kohm)接到主CPU1的引脚ADI/DI5,并通过R27(3.9kohm)接到从CPU2的引脚ADI/DI6。
对于一般的外部数字或模拟输入信号,主CPU1通过第二模拟和数字输入处理电路16进行采集。第二模拟和数字输入处理电路16输入信号的电压幅值为0~16V,经处理后,输出电压幅值为0~5V的信号,输出信号接到主CPU1的数字/模拟输入端口。
可选地,第二模拟和数字输入处理电路16采用模拟输入处理电路,其输入接引脚In-Ext2,其输出接到主CPU 1的引脚ADI/DI7。
在汽车电子控制器的标定过程中,标定数据分别存储至主CPU1和从CPU2的存储模块Flash,存储完成后就会读出给另一个CPU进行核对,如果不正确则需重新传输、存储和核对,若连续5次核对错误,就置标定出错标志,并发送至上层仪表。
在汽车控制器的工作过程中,标定数据同时从两个CPU的Flash中读出,然后发送给另外一个CPU,先执行海明校验,再比对数据是否正确。如果都正确就使用该数据,否则就重新读取、校验和比对,如果仍然不正确就置标定数据出错标志并进入功能安全模式。
在汽车控制器的工作过程中,接收到的需要存储的重要数据存储在主CPU1和从CPU2的Flash,存储数据的Flash空间循环使用,可以避开Flash坏区和提高Flash的寿命。
在汽车控制器的工作过程中,诊断数据同样存储在主CPU1或从CPU2的Flash,Flash空间循环使用,提高Flash的利用率。在汽车控制器的诊断过程中,诊断数据读出后进行海明校验,如果数据正确就发给外部诊断仪,否则就发送诊断数据出错标志。对于存放在主从CPU的存储器SRAM中的重要数据,使用时先进行海明校验,如果数据正确就使用,否则就返回数据出错标志。
本申请实施例还提供一种基于上述用于汽车电子控制器的双CPU控制系统的控制方法,其包括:
正常工作模式下,上述主CPU1和从CPU2之间通过通讯模块相互通讯及相互检测。
当上述主CPU1的第一供电电源关断时,上述主CPU1发送第一使能信号,上述从CPU2的第二供电电源用于响应第一使能信号为从CPU2供电。
当上述第二供电电源关断时,上述从CPU2发送第二使能信号,上述第一供电电源用于响应第二使能信号为主CPU1供电。
当上述主CPU1检测到上述从CPU2发生故障时,向从CPU2发送重启请求,若从CPU2多次重启后故障仍然存在,则控制上述从CPU2持续关断。
当上述从CPU2检测到上述主CPU1持续故障时接管重要用电设备执行控制任务,并向主CPU1发送重启请求,若主CPU1多次重启后故障仍然存在,则控制上述主CPU1持续关断。
可选地,主CPU为汽车用高性能的单片机或DSP,具有CAN唤醒、LIN唤醒、端口电平唤醒和端口边沿唤醒等功能,具有数字输入中断、PWM输入中断、ADC中断、SPI中断、CAN中断、LIN中断、定时计数器中断和软件中断等功能,具有模拟输入、PWM输入和数字输入等功能,具有PWM输出、数字输出等功能,具有SPI通信、CAN通信和LIN通信等功能,具有定时计数功能,具有Flash和RAM等资源,以及可选汽车OTA升级功能。
从CPU2为汽车用中低性能的单片机或DSP,具有和主CPU相同的功能种类和资源种类,但其功能和资源的数量比主CPU少,主频也比主CPU1低,价格也更便宜。
本实施例中,根据实际需求,主CPU1采用汽车用高性能的单片机SPC5606,若有汽车OTA升级需求,可采用单片机SPC5744P。相应的,从CPU2采用汽车用中低性能的单片机MC9S12G64。
具体地,主CPU1的引脚DSPI_M/SO、M/SI、SCK1分别通过电阻R4~6(3.9kohm)连接至从CPU2的引脚DSPI_S/MI、S/MO、SCK2。上述主CPU1的引脚DSPI_CS_Master/Slave1接到主CPU1的引脚DI9,并且通过R3(2kohm)连接至从CPU2的引脚DSPI_CS_Slave/Master2,从CPU2的引脚DSPI_CS_Slave/Master2连接至从CPU2的引脚DI10。
进一步地,上述通讯模块包括SPI通讯模块、PWM通讯模块和CAN通讯模块。
上述主CPU1和从CPU2初始上电时均为从SPI通讯模式,其波特率都设置为1MHz。
当上述主CPU1采用SPI通讯模块发起通信时,主CPU1需要先检测SPI是否处于空闲状态(即DI9是否为有效电平),若否(DI9为有效电平),则延时第一时间后再进行检测;若是,则设置自身为主SPI模式,然后向上述从CPU2发送数据并进行回采,并判断回采的数据是否正常。
若回采数据不正常,则主CPU1设置自身为从SPI模式,并延时第一时间后再进行检测。若回采数据正常,则主CPU1设置自身为从SPI模式,并等待该从CPU2应答。本实施例中,第一时间为0.5ms。
若连续多次进行延时检测均未成功,则改为PWM通讯模块或CAN通讯模块与从CPU2通信。本实施例中,如连续重试5次后SPI处于非空闲状态或回采数据不正常,表示需要中止SPI通讯,改为PWM通讯模块或CAN通讯模块与从CPU2通信。
当上述从CPU2采用SPI通讯模块发起通信时,从CPU2需要先检测SPI是否处于空闲状态,若是,则设置自身为主SPI模式,然后向上述主CPU1发送数据并回采,并在确定回采的数据正常后,设置自身为从SPI模式。否则,延时第二时间后再检测。本实施例中,第二时间大于第一时间。其中,第二时间为0.7ms。
若多次延时0.7ms再检测的SPI均处于非空闲状态,则改为PWM通讯模块或CAN通讯模块与主CPU1通信。
本实施例中,PWM通讯模块可校准本申请的定时系统和ADC系统,主CPU1输出PWM信号,从CPU2采集此PWM信号,校核其周期和占空比,判断主从CPU的时钟系统是否正常,反之亦然。主CPU1采集从CPU2输出的PWM信号的直流平均值,校核其ADC值,判断从CPU的定时系统和主CPU的ADC系统是否正常,反之亦然。
具体地,主CPU1和从CPU2均初始化为PWM输入通讯模式。
当上述主CPU1采用PWM通讯模块发起通信或校准时,主CPU1先检测其模拟/数字AD输入(ADI1)是否为0。如果是,则延时1s后再检测AD输入;否则,主CPU1设置自身为PWM输出模式,并输出第一PWM信号给从CPU2,然后延时1s后检测此时AD输入是否与上述第一PWM信号一致。
若一致,则主CPU1在3s后设置自身为PWM输入模式,并等待上述从CPU2的PWM应答,并在上述主CPU1接收的PWM应答的频率和占空比与第一PWM信号连续多次不一致时,修改为通过SPI通讯模块或CAN通讯模块与从CPU2通信。
其中,如果主CPU1收到的PWM应答信号的频率和占空比与发出的第一PWM信号一致,则表明主从CPU的定时系统正常,如果主CPU收到的PWM应答为其它信息,则表明主CPU或从CPU的定时系统异常。另外,如果主CPU接收该PWM应答持续1s后的AD与其AD采样值一致,表明主CPU的ADC系统正常,否则主CPU的ADC系统异常。
具体地,从CPU1在输入状态下收到第一PWM信号后可触发中断,并在中断程序里检测第一PWM信号(IPWM/OPWMB 2)的频率和占空比以及AD的输入值(ADI2),如果收到的第一PWM信号符合约定并与检测到的AD值一致,则输出相同频率和占空比的PWM应答,否则就输出约定的异常PWM信号作为PWM应答。由于PWM信号的不同频率和不同占空比代表不同的信息,因此,若主CPU1接收的PWM应答的频率和占空比与第一PWM信号不一致,表示主CPU1输出第一PWM信号失败。如重试5次后仍然失败,则需要中止输出并用SPI通讯模块或CAN通讯模块通知从CPU2。
当上述从CPU2采用PWM通讯模块发起通信或校准时,其输出PWM的流程和主CPU1相同,仅是预先检测AD输入为0时需延时1.5s后再检测。
具体地,首先,从CPU2检测其AD输入(ADI2)是否为0时,如果是,则延时1.5s后再检测AD输入;否则,从CPU2设置自身为PWM输出模式,并输出第二PWM信号给主CPU1,然后延时1s检测此时AD输入与第二PWM信号是否一致。
若一致,则从CPU2在3s后设置自身为PWM输入模式,并等待主CPU1的PWM应答,并在上述从CPU2接收的PWM应答的频率和占空比与第二PWM信号连续多次不一致时,修改为SPI通讯模块或CAN通讯模块与主CPU1通信。
其中,如果从CPU2收到的PWM应答信号的频率和占空比与发出的第二PWM信号一致,则表明主从CPU的定时系统均正常,如果从CPU2收到的PWM应答为其它信息,则表明主CPU或从CPU的定时系统异常。另外,如果从CPU接收该PWM应答持续1s后的AD与其AD采样值一致,表明从CPU的ADC系统正常,否则该从CPU的ADC系统异常。
具体地,主CPU1在输入状态下收到第二PWM信号后可触发中断,并在中断程序里检测第二PWM信号(OPWMB/IPWM1)的频率和占空比以及AD的输入值(ADI1),如果收到的第二PWM信号符合约定并与检测到的AD值一致,则输出相同频率和占空比的PWM应答,否则就输出约定的异常PWM信号作为PWM应答。
因此,若从CPU2接收的PWM应答的频率和占空比与第二PWM信号不一致,表示从CPU1输出第二PWM信号失败。如重试5次后仍然失败,则需要中止输出并用SPI通讯模块或CAN通讯模块通知主CPU1。
本实施例中,采用DI双重采样、AI双重采样、PWMI(PWM输入)双重采样、DO双重控制、PWMO(PWM输出)双重控制、SPI双重控制和CAN双重控制,可确保控制系统的安全性和通信可靠性。
本实施例的控制系统,通用性强,可根据需要灵活扩展和裁剪使用;通过设置灵活的休眠唤醒功能,可以实现低静态电流需求;自纠错、双存储和相互校核关键数据的存取方案,可确保关键数据可靠读写;多种校核方式,可以保证CPU工作可靠;另外,电源电压的双重监控、负载状态的双重监控、重要负载的双回路控制,均可确保控制系统的通信可靠。
本申请不局限于上述实施方式,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本申请原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也视为本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种用于汽车电子控制器的双CPU控制系统,其特征在于,其包括主CPU(1)和从CPU(2),所述主CPU(1)和从CPU(2)之间通过通讯模块相互通讯及相互检测;
所述主CPU(1)用于在所述主CPU(1)的第一供电电源关断时,发送第一使能信号,所述从CPU(2)的第二供电电源用于响应第一使能信号为从CPU(2)供电;所述主CPU(1)还用于在检测到所述从CPU(2)发生故障时向从CPU(2)发送重启请求,若从CPU(2)多次重启后故障仍然存在,则控制所述从CPU(2)持续关断;
所述从CPU(2)用于在所述第二供电电源关断时,发送第二使能信号,所述第一供电电源用于响应第二使能信号为主CPU(1)供电;所述从CPU(2)还用于在检测到所述主CPU(1)持续故障时接管重要用电设备执行控制任务,并向主CPU(1)发送重启请求,若主CPU(1)多次重启后故障仍然存在,则控制所述主CPU(1)持续关断。
2.如权利要求1所述的用于汽车电子控制器的双CPU控制系统,其特征在于:所述通讯模块包括SPI通讯模块和PWM通讯模块;
所述SPI通讯模块和PWM通讯模块均用于所述主CPU(1)和从CPU(2)之间的相互通讯;
所述PWM通讯模块还用于所述主CPU(1)和从CPU(2)之间的相互检测。
3.如权利要求2所述的用于汽车电子控制器的双CPU控制系统,其特征在于,所述通讯模块还包括CAN通讯模块,所述CAN通讯模块包括;
第一CAN收发电路(4),其使能引脚分别连接主CPU(1)和从CPU(2),
第二CAN收发电路(5),其使能引脚分别连接主CPU(1)和从CPU(2);
当所述主CPU(1)处于正常状态时,所述主CPU(1)用于使能第一CAN收发电路(4),并禁止第二CAN收发电路(5),所述从CPU(2)用于监视使能信号;
所述从CPU(2)还用于在所述主CPU(1)发生故障时,使能所述第二CAN收发电路(5),并禁止所述第一CAN收发电路(4)。
4.如权利要求1所述的用于汽车电子控制器的双CPU控制系统,其特征在于:还包括第一驱动电路(6),所述第一驱动电路(6)分别连接所述主CPU(1)和从CPU(2);
当所述主CPU(1)处于正常状态时,所述主CPU(1)用于控制第一驱动电路(6)输出驱动第一负载(7),所述从CPU(2)用于监视输出信号;
所述从CPU(2)还用于在所述主CPU(1)出现故障时,控制第一驱动电路(6)输出驱动第一负载(7)。
5.如权利要求1所述的用于汽车电子控制器的双CPU控制系统,其特征在于:所述主CPU(1)通过第二驱动电路(12)连接第一负载控制选择电路(9),所述从CPU(2)通过第三驱动电路(13)连接第二负载控制选择电路(10),所述第一负载控制选择电路(9)和第二负载控制选择电路(10)均与第二负载(11)连接;
当所述主CPU(1)处于正常状态时,所述主CPU(1)用于控制第二驱动电路(12)输出驱动第二负载(11),所述从CPU(2)用于控制第一负载控制选择电路(9)闭合,第二负载控制选择电路(10)断开;
当所述主CPU(1)出现故障时,所述从CPU(2)用于控制第一负载控制选择电路(9)断开,第二负载控制选择电路(10)闭合,并控制第三驱动电路(13)输出驱动第二负载(11)。
6.如权利要求1所述的用于汽车电子控制器的双CPU控制系统,其特征在于:
所述主CPU(1)通过第二电源使能电路(25)连接第二电源电路(23);
所述从CPU(2)通过第一电源使能电路(26)连接第一电源电路(24)。
7.如权利要求6所述的用于汽车电子控制器的双CPU控制系统,其特征在于,还包括:
用于检测第二供电电源电压的第一电压检测电路(17),其输入端连接所述第二供电电源,其输出端连接所述从CPU(2);
用于检测第一供电电源电压的第二电压检测电路(18),其输入端连接所述第一供电电源,其输出端连接所述主CPU(1);
用于检测主CPU供电电压的第三电压检测电路(19),其输入端连接所述主CPU(1),其输出端连接所述从CPU(2);
用于检测从CPU供电电压的第四电压检测电路(20),其输入端连接所述从CPU(2),其输出端连接所述主CPU(1)。
8.一种基于权利要求1所述用于汽车电子控制器的双CPU控制系统的控制方法,其特征在于,其包括:
正常工作模式下,所述主CPU(1)和从CPU(2)之间通过通讯模块相互通讯及相互检测;
当所述主CPU(1)的第一供电电源关断时,所述主CPU(1)发送第一使能信号,所述从CPU(2)的第二供电电源用于响应第一使能信号为从CPU(2)供电;
当所述第二供电电源关断时,所述从CPU(2)发送第二使能信号,所述第一供电电源用于响应第二使能信号为主CPU(1)供电;
当所述主CPU(1)检测到所述从CPU(2)发生故障时,向从CPU(2)发送重启请求,若从CPU(2)多次重启后故障仍然存在,则控制所述从CPU(2)持续关断;
当所述从CPU(2)检测到所述主CPU(1)持续故障时接管重要用电设备执行控制任务,并向主CPU(1)发送重启请求,若主CPU(1)多次重启后故障仍然存在,则控制所述主CPU(1)持续关断。
9.如权利要求8所述的控制方法,其特征在于:所述通讯模块包括SPI通讯模块、PWM通讯模块和CAN通讯模块;
所述主CPU(1)和从CPU(2)初始上电时均为从SPI模式;
当所述主CPU(1)采用SPI通讯模块发起通信时,主CPU(1)检测SPI是否处于空闲状态,若是,则设置自身为主SPI模式后,向所述从CPU(2)发送数据并回采,并在确定回采的数据正常时设置自身为从SPI模式,等待从CPU(2)应答;否则,延时第一时间后再检测,若多次检测SPI均处于非空闲状态,则改为PWM通讯模块或CAN通讯模块与从CPU(2)通信;
当所述从CPU(2)采用SPI通讯模块发起通信时,从CPU(2)检测SPI是否处于空闲状态,若是,则设置自身为主SPI模式后,向所述主CPU(1)发送数据并回采,并在确定回采的数据正常时设置自身为从SPI模式;否则,延时第二时间后再检测,若多次检测SPI均处于非空闲状态,则改为PWM通讯模块或CAN通讯模块与主CPU(1)通信;所述第二时间大于第一时间。
10.如权利要求9所述的控制方法,其特征在于:
所述主CPU(1)和从CPU(2)均初始化为PWM输入模式;
当所述主CPU(1)采用PWM通讯模块发起通信或校准,且主CPU(1)检测其模拟/数字AD输入不为0时,主CPU(1)设置自身为PWM输出模式,输出第一PWM信号,并延时检测此时AD输入与所述第一PWM信号是否一致;
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