CN113946148B - 一种基于多ecu协同控制的mcu芯片唤醒系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于多ECU协同控制的MCU芯片唤醒系统，克服了现有技术中大多通过软件复位实现，相对硬件复位不够彻底，不能够完全彻底的对芯片和外设等设备实施复位且多位一级监控模式的问题，包括：VCU单元：在看门狗复位失败时，对MCU单元进行复位操作；MCU单元：启动看门狗，实现复位引脚的复位操作；看门狗单元：监测异常，触发复位；所述的看门狗单元包括：一级看门狗：在检测到异常后会进行软件复位，同时在RAM里面记录复位次数；二级看门狗：判断软件复位次数是否大于设定的次数，大于时触发硬件复位。本发明基于级联式的方法对芯片进行监控和唤醒，当程序运行异常时，通过本发明可以快速彻底复位，实现程序的再启动。

Description

一种基于多ECU协同控制的MCU芯片唤醒系统

技术领域

本发明涉及芯片控制技术领域，特别涉及了一种基于多ECU协同控制的MCU芯片唤醒系统。

背景技术

随着电动汽车的发展，电机控制器的设计日益复杂，功能越来越多，给软件工程师带来巨大的挑战。大部分的电机控制器软件工程师都是从事应用层开发或者底层算法开发，对MCU芯片级别了解较少，尤其是MCU内部的工作机理和时序等等。在实际调试和研发中往往会遇到各种各样的异常问题，导致程序运行到异常中断或者程序根本无法启动。而车用电机控制器往往工作在非常恶劣的环境，这些不利因素给芯片的稳定运行也带来的了较大的挑战。

目前虽有监控MCU程序运行异常的方案，但大都存在以下问题：（1）准确性和稳定性不佳，即发生异常时无法准确判断出异常；（2）大多通过软件复位实现，相对硬件复位不够彻底，不能够完全彻底的对芯片和外设等设备实施复位；（3）往往监控初始化阶段，对正常运行过程的复位不监控，或者仅仅复位，不再进行工作。

如中国专利局2020年1月24日公开了一种名称为一种看门狗复位方法及其系统的发明，其公开号为CN110727529A。其中方法包括步骤1：创建主看门狗和辅看门狗；其中，主看门狗用于接收喂狗信号并输出复位信号；步骤2：向主看门狗发送检测信号，并接收主看门狗在收到检测信号之后输出的反馈信号；步骤3：判断反馈信号是否与检测信号相匹配，若是，则判定主看门狗工作正常；若否，则判定主看门狗工作异常；步骤4：主看门狗工作异常，则辅看门狗升级为主看门狗并重新创建辅看门狗；在辅看门狗升级为主看门狗并重新创建辅看门狗之后返回步骤2；以实现在软件看门狗自身发生异常时能够得到及时的恢复，有效的提高了软件看门狗的自身的稳定性，进而提高了用户体验。但仅由软件复位实现，相对硬件复位不够彻底，不能够完全彻底的对芯片和外设等设备实施复位。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中MCU程序运行异常的复位方案大多通过软件复位实现，相对硬件复位不够彻底，不能够完全彻底的对芯片和外设等设备实施复位且多位一级监控模式的问题，提供了一种基于多ECU协同控制的MCU芯片唤醒系统，基于级联式的方法对芯片进行监控和唤醒，主要应用在芯片程序各中断时序的监控，当程序运行异常时，通过本发明可以快速彻底复位，实现程序的再启动，大大降低芯片在极端异常工况下的死机等故障。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种基于多ECU协同控制的MCU芯片唤醒系统，其特征在于，包括：

VCU单元：监控MCU上电后CAN消息的发送情况，若没有接收到CAN消息，判断看门狗复位失败，对MCU单元进行彻底的复位，以唤醒MCU单元；

MCU单元：启动看门狗，实现复位引脚的复位操作；

看门狗单元：监测异常，触发复位；

所述的看门狗单元包括：

一级看门狗：为软件看门狗，监控程序优先级最高的中断，在监控到喂狗失败后，如果复位次数不大于设定的次数，会进行软件复位，同时在RAM里面记录复位次数；

二级看门狗：为硬件看门狗，在监控到喂狗失败后，如果软件复位次数大于设定的次数，则直接启动一次硬件复位进行唤醒。

MCU指电机控制器主控芯片，VCU指整车控制器，主要协调和监控整车各电子部件的运行。MCU单元和VCU单元通过硬线连接，电源引脚连接在MCU单元中MCU的专用电源引脚上。本发明的系统为3级级联式看门狗系统。一级看门狗为软件看门狗，主要是通过软件实现喂狗和复位；二级看门狗为MCU单元内部自带的看门狗，其也放在程序的优先级最高的中断里面进行喂狗；三级架构为VCU单元，在一级看门狗和二级看门狗均失败后，VCU单元会发起电源引脚的重启操作，将直接给MCU单元断电重启，对MCU单元复位，进行一次彻底的上电唤醒操作。系统工作后会启动一级看门狗和二级看门狗，在监控到喂狗失败后，会进行复位次数的比较，当复位次数不大于设定的复位次数时，由一级看门狗进行软件复位，然后结束本次复位；当复位次数大于设定的复位次数时，表示一级看门狗喂狗失败，判断一级看门狗复位次数是否大于限值，若大于，二级看门狗会停止喂狗，并触发一次硬件复位，然后结束本次复位；若小于，表示二级看门狗复位失败。如果硬件复位也无法唤醒芯片时，超过一定的时间，VCU单元会通过CAN信号丢失的时长判断来进行一次电源的重启，给MCU完成一次彻底的复位，以唤醒MCU。

作为优选，所述的一级看门狗包括：

初始化单元：判断之前是否发生过复位操作以及复位故障是否大于限值，对各状态变量复位，开启新一轮的看门狗监控；

看门狗监控单元：判断是否有喂狗信号，根据复位次数是否大于限值判断是否需要进行软件复位；

喂狗单元：根据设置的喂狗信号KEY1和KEY2以及中断次数，计算出用于进行看门狗校验的看门狗计算值；

看门狗校验单元：根据中断次数以及喂狗单元得到的看门狗计算值反计算出校验KEY1和校验KEY2，对看门狗进行校验；

复位次数处理单元：存储复位次数，擦除其余存储器空间。

一级看门狗为软件看门狗，主要是通过软件实现喂狗和复位，一级看门狗监控程序优先级最高的中断，在检测到异常后会进行软件复位，同时通过复位次数处理单元在RAM里面记录复位次数。

作为优选，初始化单元判断故障锁是否挂起，若未挂起，将故障计数清零，再将初始化标志置0，若故障锁挂起，直接将初始化标志置0；然后判断复位故障是否大于限值，若不大于，结束初始化流程，开启看门狗监控单元；若大于，则不需要进行软件复位。

程序启动后进入初始化单元，首先判断故障锁是否挂起，故障锁表示之前是否发生过复位操作，其未挂起，表示之前未发生过复位操作，故障计数清0；其挂起，表示先前发生过复位操作，然后初始化标志置0，其表示本初始化单元被执行过。然后判断复位故障是否大于限值，如果不大于，则结束本初始化流程，进入看门狗监控单元；如果大于，则表示复位次数达到设定的启动次数限值，启动失败，不再进行软件复位，由二级看门狗进行工作。

作为优选，所述的看门狗监控单元判断是否有喂狗信号，若有则不需要进行软件复位；若没有，则将看门狗失效计数标志加1，再判断看门狗失效计数是否大于限值，若大于，则不需要进行软件复位；若小于，再判断初始化标志是否为0，如果不为0，则不需要进行复位；如果为0，将初始化标志置为1，故障锁挂起，复位标志置1，复位计数器加1，判断复位计数是否大于限值。

在看门狗监控单元里面首先判断是否有喂狗信号，如果有喂狗信号，则直接退出监控，标志程序运行正常，无需软件复位操作。如果程序无喂狗信号，则将看门狗失效计数标志加1，判断看门狗失效计数是否大于限值，大于看门狗失效计数限值时，结束本次看门狗监控单元工作流程；若看门狗失效计数小于限值，再判断初始化标志是否为0，如果为0标志，看门狗监控单元工作结束，程序执行前述的初始化单元。如果不为0，将初始化标志置为1，故障锁挂起，复位标志位置1，复位计数器加加1，然后判断复位计数是否大于限值，如果大于，则不再执行软件复位，由二级看门狗进行工作；小于，则进行软件复位，然后结束此次复位。

作为优选，所述的喂狗单元包括计算中断执行次数的中断计数器以及看门狗计算器、喂狗信号KEY1单元、喂狗信号KEY2单元，看门狗计算器接收来自喂狗信号KEY1单元的喂狗信号KEY1、喂狗信号KEY2单元的喂狗信号KEY2以及中断计数器得到的数值并计算出看门狗计算值。

所述中断计数器设置在要监控的中断里面，每执行一次中断，该计数器加1，然后将该计数器的值和喂狗信号KEY1、喂狗信号KEY2一起导入到看门狗计算器里面，由看门狗计算器计算出一个看门狗计算值，用于在看门狗校验单元里面进行校验。

作为优选，所述的看门狗校验单元包括看门狗反计算器，所述的看门狗反计算器接收看门狗计算器计算出的看门狗计算值以及中断计数器得到的数值，并反计算出校验KEY1和校验KEY2，并将校验KEY1、校验KEY2与喂狗信号KEY1、喂狗信号KEY2进行对比。

在看门狗校验单元里面，根据上述的喂狗单元计算出的看门狗计算值和中断计数器再反计算出校验KEY1和校验KEY2，并同原来的喂狗单元的喂狗信号KEY1和喂狗信号KEY2进行比较，如果两者完全一致，表示看门狗校验成功，如果不一致表示看门狗校验失败。

作为优选，所述的复位次数处理单元能够判断复位次数是否为0，若为0，则对整个存储器空间进行擦除；如果不为0，则保存复位次数，清除除复位次数以外的存储器空间。

将复位次数存储到存储器汇中指定的存储空间，在程序启动运行时判断复位次数是否为0，如果为0，则可以擦除整片存储器空间，如果不为0，则擦除复位次数存储空间以外的存储器空间，保留复位次数的存储。

作为优选，所述的二级看门狗包括状态寄存器，所述状态寄存器未检测到喂狗信号时，判断软件复位次数是否大于限值，若大于进行硬件复位；若小于，硬件复位失败。MCU单元通过二级看门狗实现复位引脚的复位操作，硬件复位失败后，由VCU单元进行工作。

作为优选，还包括：

T>t2；

t2>n*t1；

其中T为VCU单元电源重启时限，t2为二级看门狗喂狗窗口时间，n为一级看门狗复位次数，t1为一级看门狗喂狗窗口时间。

一级看门狗的窗口周期最短，通常监控主中断的执行情况，二级看门狗的喂狗窗口时间应大于一级看门狗复位次数*一级看门狗喂狗窗口时间，VCU电源重启时限应大于二级看门狗窗口时间，确保在1级看门狗和2级看门狗均失效的情况下，才会触发电源重启动作。

因此，本发明具有如下有益效果：1、本发明为级联式监控模式，不仅可以监控MCU程序级异常问题，还可以监控MCU芯片级异常问题；2、本发明不需要额外增加成本即可实现芯片深度唤醒，节约成本；3、当程序运行异常时，通过本发明可以快速彻底复位，实现程序的再启动，保证程序正常运行，提高电机控制器的运行鲁棒性，大大降低芯片在极端异常工况下的死机等故障，提高用户体验度。

附图说明

图1为本发明的结构框图；

图2为本发明的系统工作流程图；

图3为本发明初始化单元的工作流程图；

图4为本发明看门狗监控单元的工作流程图；

图5为本发明看门狗校验的工作流程图；

图6为本发明复位次数处理单元的工作流程图；

图7为本发明二级看门狗的工作流程图；

图中：1、VCU单元；2、MCU单元；3、看门狗单元；4、一级看门狗；5、二级看门狗。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

如图1所示的实施例中，可以看到一种基于多ECU协同控制的MCU芯片唤醒系统，其结构框图为：为3级级联式结构，MCU单元2和VCU单元1通过硬线连接，电源引脚连接在MCU单元2中MCU的专用电源引脚上。1级看门狗4为软件看门狗，主要是通过软件实现喂狗和复位，1级看门狗4监控程序优先级最高的中断，在检测到异常后会进行软件复位，同时在RAM里面记录复位次数。2级看门狗5为MCU单元内部自带的看门狗，其也放在程序的优先级最高的中断里面进行喂狗，其喂狗周期大于1级看门狗复位次数*1级看门狗喂狗周期。三级架构为VCU单元，在一级看门狗和二级看门狗均失败后，VCU单元会发起电源引脚的重启操作，将直接给MCU单元断电重启，对MCU单元复位，进行一次彻底的上电唤醒操作。

其系统工作流程图如图2所示：

MCU单元2中的MCU启动后会启动1级看门狗和2级看门狗，在看门狗监控单元监控到喂狗失败后，会进行复位次数的比较。当复位次数不大于设定的复位次数时，由一级看门狗进行软件复位，然后结束本次复位；当复位次数大于设定的复位次数时，表示一级看门狗喂狗失败，由二级看门狗判断一级看门狗复位次数是否大于限值。若大于，二级看门狗会停止喂狗，并触发一次硬件复位，然后结束本次复位；若小于，表示二级看门狗复位失败。同时VCU单元1也在监控MCU上电后CAN消息的发送情况，如果硬件复位也无法唤醒芯片时，超过一定的时间，VCU单元会通过CAN信号丢失的时长判断来进行一次电源的重启，若CAN通讯丢失时长超过限值，电源引脚重启，给MCU完成一次彻底的复位，以唤醒MCU；若CAN通讯丢失时长未超过限值，表示唤醒失败。

其初始化单元的工作流程图如图3所示：

系统启动后进入初始化单元，首先判断故障锁是否挂起，故障锁表示之前是否发生过复位操作，其未挂起，表示之前未发生过复位操作，故障计数清0；其挂起，表示先前发生过复位操作，然后初始化标志置0，其表示本初始化单元被执行过。然后判断复位故障是否大于限值，如果不大于，则结束本初始化流程，进入看门狗监控单元；如果大于，则表示复位次数达到设定的启动次数限值，启动失败，不再进行软件复位，由二级看门狗进行工作。

其看门狗监控单元的工作流程图如图4所示：

在看门狗监控单元里面首先判断是否有喂狗信号，如果有喂狗信号，则直接退出监控，标志程序运行正常，无需软件复位操作。如果程序无喂狗信号，则将看门狗失效计数标志加1，判断看门狗失效计数是否大于限值，大于看门狗失效计数限值时，结束本次看门狗监控单元工作流程；若看门狗失效计数小于限值，再判断初始化标志是否为0，如果为0标志，看门狗监控单元工作结束，程序执行前述的初始化单元。如果不为0，将初始化标志置为1，故障锁挂起，复位标志位置1，复位计数器加加1，然后判断复位计数是否大于限值，如果大于，则不再执行软件复位，由二级看门狗进行工作；小于，则进行软件复位，然后结束此次复位。

其看门狗校验的工作流程图如图5所示：

中断计数器10设置在要监控的中断里面，每执行一次中断，该计数器加1，然后将该计数器的值和喂狗信号KEY1单元8的喂狗信号KEY1、喂狗信号KEY2单元9的喂狗信号KEY2一起导入到看门狗计算器11里面，由看门狗计算器11计算出一个看门狗计算值。看门狗反计算器12接收看门狗计算器11计算出的看门狗计算值以及中断计数器10得到的数值，并计算出校验KEY1和校验KEY2。并同原来的喂狗单元的喂狗信号KEY1和喂狗信号KEY2进行比较，如果两者完全一致，表示看门狗校验成功，如果不一致表示看门狗校验失败。

其复位次数处理单元的工作流程图如图6所示：

将复位次数存储到存储器汇中指定的存储空间，在程序启动运行时判断复位次数是否为0，如果为0，则可以擦除整片存储器空间，如果不为0，则擦除复位次数存储空间以外的存储器空间，保留复位次数的存储。

其二级看门狗的工作流程图如图7所示：判断是否有喂狗信号，如有，标志程序运行正常，无需复位操作；如没有，复位引脚产生复位脉冲信号，促使MCU进行复位。MCU通过二级看门狗单元实现复位引脚的复位操作。该功能的实现一般通过配置寄存器实现。二级看门狗的喂狗窗口时间应大于一级看门狗复位次数*一级看门狗喂狗窗口时间，当于在一级看门狗失效后才会进行的复位操作。

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (8)

1.一种MCU芯片唤醒系统，其特征在于，包括：

VCU单元（1）：监控MCU上电后CAN消息的发送情况，若没有接收到CAN消息，判断看门狗复位失败，对MCU单元（2）进行彻底的复位，以唤醒MCU单元（2）；

MCU单元（2）：启动看门狗，实现复位引脚的复位操作；

看门狗单元（3）：监测异常，触发复位；

所述的看门狗单元（3）包括：

一级看门狗（4）：为软件看门狗，监控程序优先级最高的中断，在监控到喂狗失败后，如果复位次数不大于设定的次数，会进行软件复位，同时在RAM里面记录复位次数；

所述一级看门狗（4）包括看门狗监控单元，所述看门狗监控单元判断是否有喂狗信号，若有则不需要进行软件复位；若没有，则将看门狗失效计数标志加1，再判断看门狗失效计数是否大于限值，若大于，则不需要进行软件复位；若小于，再判断初始化标志是否为0，如果不为0，则不需要进行复位；如果为0，将初始化标志置为1，故障锁挂起，复位标志置1，复位计数器加1，判断复位计数是否大于限值；

二级看门狗（5）：为硬件看门狗，在监控到喂狗失败后，如果软件复位次数大于设定的次数，则直接启动一次硬件复位进行唤醒。

2.根据权利要求1所述的一种MCU芯片唤醒系统，其特征在于，所述的一级看门狗（4）包括：

初始化单元：判断之前是否发生过复位操作以及复位故障是否大于限值，对各状态变量复位，开启新一轮的看门狗监控；

看门狗监控单元：判断是否有喂狗信号，根据复位次数是否大于限值判断是否需要进行软件复位；

喂狗单元：根据设置的喂狗信号KEY1和KEY2以及中断次数，计算出用于进行看门狗校验的看门狗计算值；

看门狗校验单元：根据中断次数以及喂狗单元得到的看门狗计算值反计算出校验KEY1和校验KEY2，对看门狗进行校验；

复位次数处理单元：存储复位次数，擦除其余存储器空间。

3.根据权利要求2所述的一种MCU芯片唤醒系统，其特征在于，初始化单元判断故障锁是否挂起，若未挂起，将故障计数清零，再将初始化标志置0，若故障锁挂起，直接将初始化标志置0；然后判断复位故障是否大于限值，若不大于，结束初始化流程，开启看门狗监控单元；若大于，则不需要进行软件复位。

4.根据权利要求2所述的一种MCU芯片唤醒系统，其特征在于，所述的喂狗单元包括计算中断执行次数的中断计数器以及看门狗计算器、喂狗信号KEY1单元、喂狗信号KEY2单元，看门狗计算器接收来自喂狗信号KEY1单元的喂狗信号KEY1、喂狗信号KEY2单元的喂狗信号KEY2以及中断计数器得到的数值并计算出看门狗计算值。

5.根据权利要求4所述的一种MCU芯片唤醒系统，其特征在于，所述的看门狗校验单元包括看门狗反计算器，所述的看门狗反计算器接收看门狗计算器计算出的看门狗计算值以及中断计数器得到的数值，并反计算出校验KEY1和校验KEY2，并将校验KEY1、校验KEY2与喂狗信号KEY1、喂狗信号KEY2进行对比。

6.根据权利要求2所述的一种MCU芯片唤醒系统，其特征在于，所述的复位次数处理单元能够判断复位次数是否为0，若为0，则对整个存储器空间进行擦除；如果不为0，则保存复位次数，清除除复位次数以外的存储器空间。

7.根据权利要求1所述的一种MCU芯片唤醒系统，其特征在于，所述的二级看门狗（5）包括状态寄存器，所述状态寄存器未检测到喂狗信号时，判断软件复位次数是否大于限值，若大于进行硬件复位；若小于，硬件复位失败。

8.根据权利要求1所述的MCU芯片唤醒系统，其特征在于，还包括：

T>t2；

t2>n*t1；

其中T为VCU单元电源重启时限，t2为二级看门狗喂狗窗口时间，n为一级看门狗复位次数，t1为一级看门狗喂狗窗口时间。