CN112711205A - 可编程电子控制器单元 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种可编程电子控制器单元。所述可编程电子控制器单元包括中央处理单元CPU以及与所述CPU连接的现场可编程门阵列FPGA、内存、闪存、模数/数模转换器和CAN控制器，其中，所述CPU通过串行通信接口与上位机连接，按照上位机的要求进行SAE1939网络通信和设备通信，所述CPU通过异步并口方式访问所述FPGA的内部寄存器以获取采集数据或发出输出指令值，所述CPU通过SPI接口访问所述模数/数模转换器以实现数据的接收和发送；所述可编程电子控制器单元通过SAEJ1939协议栈与其他ECU进行数据收发，完成数据逻辑判断和运算，实现数据采集和控制功能。本发明能够降低整车成本以及维护费用。
Description
技术领域
本发明涉及自动控制技术领域，尤其涉及一种可编程电子控制器单元。
背景技术
J1939协议是美国汽车工程师协会发布的以CAN(Controller Area Network，控制器局域网络)总线为基础的车辆网络串行通信和控制协议。使用CAN2.0B的扩展帧格式，J1939协议对CAN数据帧格式的仲裁域的29位标识符作了进一步的定义，包含一个单一的PDU(Protocol Data Unit，协议数据单元)。PDU包含7个域，这些域应由应用层提供，包括优先级、保留位、数据页位、PDU格式、特定PDU(目标地址、组扩展和专用)、源地址和数据域。在识别CAN数据帧属于哪个参数组时，需要一个24位的值。这个24位的值包括以下部分：保留位、数据页位、PDU格式域(8位)和组扩展域(8位)。J1939协议为车辆上的各个电控单元间建立基于CAN总线的高速数据传输网络，实现车载各电控单元间高速数据共享，从而有效的减少电子线束的数量，有利于提高汽车电控单元的灵活性、可维护性和稳定性。
ECU(Electronic Control Unit)电子控制单元，又称为汽车的“行车电脑”，它们的用途就是控制汽车的行驶状态以及实现其各种功能。主要是利用各种传感器、总线的数据采集与交换，来判断车辆状态以及司机的意图并通过执行器来操控汽车。ECU包含一个或多个CA(Controller Application，控制器应用程序)，每个CA都能够执行一种特殊控制功能；为了能够在J1939标准网络上进行通讯，每个CA应具有一个地址以及一个与之相关的名称，允许单个ECU具有多个名称和地址(多个CA)；为了便于初始化以确定网络中每个ECU的地址，那些广泛使用的设备都有SAE委员会分配的首选地址。使用首选地址可以将多个设备试图声明同一地址的概率最小化。设备启动后，必须在网络中对使用的地址进行声明，以解决任何可能发生的冲突，这个过程称为ACL(Address Claiming，地址声明)。针对网络管理的需要，CA分为三类：标准型、诊断/开发工具和网络互连CA；标准型CA包括用于发动机、变速箱、制动、虚拟终端、仪表板和车辆导航等；诊断/开发工具CA是连接在一个子网上，用于分析、调试、开发、监视该网上所有CA或者监视该子网的运行；网络互连CA是指那些主要用于连接网络、子网的CA。
除了发动机、变速箱、制动等安全度要求较高的车辆部件的ECU需要和部件结合的比较紧密外，车辆上其他单个传感器及执行器等设备由于通讯数据量小并且通讯速度也较低，如果每个设备配备一个专用ECU来接入到J1939网络中，增加了整车成本以及相应的维护费用。
发明内容
本发明提供的可编程电子控制器单元，能够降低整车成本以及维护费用。
第一方面，本发明提供一种可编程电子控制器单元，包括中央处理单元CPU以及与所述CPU连接的现场可编程门阵列FPGA、内存、闪存、模数/数模转换器和CAN控制器，其中，
所述CPU通过串行通信接口与上位机连接，按照上位机的要求进行SAE1939网络通信和设备通信，所述CPU通过异步并口方式访问所述FPGA的内部寄存器以获取采集数据或发出输出指令值，所述CPU通过SPI接口访问所述模数/数模转换器以实现数据的接收和发送；
所述可编程电子控制器单元通过SAEJ1939协议栈与其他ECU进行数据收发，完成数据逻辑判断和运算，实现数据采集和控制功能。
可选地，所述串行通信接口为RS232接口。
可选地，所述可编程电子控制器单元的整体软件功能包括通信管理、控制逻辑、工程管理、状态管理、日志管理、IO通信管理、共享内存和SAEJ1939协议栈。
可选地，所述SAEJ1939协议栈包括配置管理、PGN收发及相关信号数据处理、CA网络管理和信号管理功能。
可选地，所述SAEJ1939协议栈自顶向下依次为ECU数据管理层、多包传输管理层、收发调度层和CAN驱动层。
可选地，所述ECU数据管理层同时提供对所述多包传输管理层和所述收发调度处理层的支撑。
可选地，所述ECU数据管理层主要进行ECU数据的分类管理以及数据的收发方式控制。
可选地，所述多包传输管理层主要进行多包信息的连接管理和数据传输管理。
可选地，所述收发调度层主要提供数据帧的收发缓冲队列管理、接收数据过滤和接收数据事件处理功能。
可选地，所述CAN驱动层主要提供CAN控制器的初始化、中断控制和波特率配置功能。
本发明实施例提供的可编程电子控制器单元，能够提供大量的数字量和模拟量接口，能够同时与大量的车辆传感器和执行器连接，同时能够根据所接入的不同类型设备进行控制逻辑的编程，与现有技术相比，本发明能够降低整车成本以及维护费用。
附图说明
图1为本发明实施例提供的可编程电子控制器单元的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的可编程电子控制器单元的数据采集和控制流程图；
图3为本发明实施例提供的可编程电子控制器单元的整体软件框架结构示意图；
图4为本发明实施例提供的SAEJ1939协议栈的软件结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供一种可编程电子控制器单元，如图1所示，该可编程电子控制器单元与车载传感器及执行器连接侧共包含24路数字量采集资源、45路数字量输出资源、14路模拟量采集资源、2路模拟量输出资源、8路高速脉冲计数资源以及24路PWM信号输出资源。其中数字量信号的采集和输出、高速脉冲信号的采集以及PWM信号的输出由FPGA控制硬件资源完成。CPU通过异步并口方式访问FPGA内部寄存器获取采集数据或发出输出指令值，使用的CPU存储空间为外部存储器I/O区，FPGA使用并口地址线的低16位。数据位宽为32位。模拟量的采集和输出由CPU通过SPI接口访问ADC芯片或DAC芯片实现数据的接收和发送。
该可编程电子控制器单元与SAEJ1939网络连接侧共包含CAN控制器及CAN收发器以及之上的可编程配置的多实例J1939协议栈，主要包括协议栈的配置、协议的解析、数据帧的收发等功能。该协议栈可根据配置模拟多达8个CA应用节点。
该可编程电子控制器单元与上位机配置与编程软件通讯采用RS232，用户可以在上位机离线组态及编写控制逻辑，然后下载配置和编程数据，可编程电子控制器单元则按照上位机的要求进行SAE1939网络通信和设备通信。
如图2所示，该可编程电子控制器单元在接收到上位机的配置和编程数据后开始运行，通过控制相应的IO口与所连接的设备进行通讯，通过SAEJ1939协议栈与其他ECU进行数据收发，完成数据逻辑判断和运算，实现整个ECU的数据采集和控制功能。
如图3所示，该ECU整体软件功能包括通信管理、控制逻辑、工程管理、状态管理、日志管理、IO通信管理、共享内存和SAEJ1939协议栈。其中，SAEJ1939协议栈包括配置管理、PGN收发及相关信号数据处理、CA网络管理和信号管理等功能。
如图4所示，SAEJ1939协议栈按照层次化的结构进行设计，共分为4层，自顶向下依次为ECU数据管理层、多包传输管理层、收发调度层和CAN驱动层，其中ECU数据管理层同时提供对多包传输管理层和收发调度处理层的支撑。ECU数据管理层主要进行ECU数据的分类管理以及数据的收发方式控制等；多包传输管理层主要进行多包信息的连接管理和数据传输管理；收发调度层主要提供数据帧的收发缓冲队列管理、接收数据过滤和接收数据事件处理等功能；CAN驱动层主要提供CAN控制器的初始化、中断控制和波特率配置等功能。
本发明实施例提供的可编程电子控制器单元，能够提供大量的数字量和模拟量接口，能够同时与大量的车辆传感器和执行器连接，同时能够根据所接入的不同类型设备进行控制逻辑的编程，与现有技术相比，本发明能够降低整车成本以及维护费用。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种可编程电子控制器单元，其特征在于，包括中央处理单元CPU以及与所述CPU连接的现场可编程门阵列FPGA、内存、闪存、模数/数模转换器和CAN控制器，其中，
所述CPU通过串行通信接口与上位机连接，按照上位机的要求进行SAE1939网络通信和设备通信，所述CPU通过异步并口方式访问所述FPGA的内部寄存器以获取采集数据或发出输出指令值，所述CPU通过SPI接口访问所述模数/数模转换器以实现数据的接收和发送；
所述可编程电子控制器单元通过SAEJ1939协议栈与其他ECU进行数据收发，完成数据逻辑判断和运算，实现数据采集和控制功能。
2.根据权利要求1所述的可编程电子控制器单元，其特征在于，所述串行通信接口为RS232接口。
3.根据权利要求1所述的可编程电子控制器单元，其特征在于，所述可编程电子控制器单元的整体软件功能包括通信管理、控制逻辑、工程管理、状态管理、日志管理、IO通信管理、共享内存和SAEJ1939协议栈。
4.根据权利要求3所述的可编程电子控制器单元，其特征在于，所述SAEJ1939协议栈包括配置管理、PGN收发及相关信号数据处理、CA网络管理和信号管理功能。
5.根据权利要求1所述的可编程电子控制器单元，其特征在于，所述SAEJ1939协议栈自顶向下依次为ECU数据管理层、多包传输管理层、收发调度层和CAN驱动层。
6.根据权利要求5所述的可编程电子控制器单元，其特征在于，所述ECU数据管理层同时提供对所述多包传输管理层和所述收发调度处理层的支撑。
7.根据权利要求5或6所述的可编程电子控制器单元，其特征在于，所述ECU数据管理层主要进行ECU数据的分类管理以及数据的收发方式控制。
8.根据权利要求5或6所述的可编程电子控制器单元，其特征在于，所述多包传输管理层主要进行多包信息的连接管理和数据传输管理。
9.根据权利要求5或6所述的可编程电子控制器单元，其特征在于，所述收发调度层主要提供数据帧的收发缓冲队列管理、接收数据过滤和接收数据事件处理功能。
10.根据权利要求5或6所述的可编程电子控制器单元，其特征在于，所述CAN驱动层主要提供CAN控制器的初始化、中断控制和波特率配置功能。
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