CN117724386B - Eps系统mcu与foc芯片组合使用通信装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了EPS系统MCU与FOC芯片组合使用通信装置及方法，本发明涉及汽车转向技术领域，包括：将EPS系统MCU与FOC芯片使用5根信号线连接进行组合使用的硬件设备，EPS系统MCU与FOC芯片之间编制一套通信时序及协议，实现数据的可靠发送和接收。本发明的EPS系统MCU与FOC芯片组合使用通信装置及方法，基于国产化器件性能和选型的局限性，制定主控MCU和FOC芯片组合控制方案，使用DECOFAI通信方式，可以实现数据的快速、准确、可靠传输，并支持全双工工作模式，同时能够进行异常处理。

Description

EPS系统MCU与FOC芯片组合使用通信装置及方法

技术领域

本发明涉及汽车转向技术领域，具体涉及EPS系统MCU与FOC芯片组合使用通信装置及方法。

背景技术

由于国产MCU芯片研发起步较晚，国产化主控MCU运算速度较慢，运行复杂度高的控制算法效果不理想，同时预驱芯片及运放器件的性能较低且可选器件较少，在现有背景下进行EPS国产化研发难度较大，需要在有限的国产器件中找到一种性能优异、可靠性高的解决方案。在国产MCU和驱动芯片及运放芯片性能低和可选面不多的情况下，选用FOC芯片和运算速度相对较慢的国产化MCU就是一个相对平衡点，FOC芯片运行复杂度高的控制算法，国产MCU负责运行逻辑功能和简单算法，MCU将需要运算的数据传输到FOC芯片，但想要达到性能和可靠性高的条件需要较高的通信速度和可靠性。

为此我们提供EPS系统MCU与FOC芯片组合使用通信装置及方法解决上述问题。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供了EPS系统MCU与FOC芯片组合使用通信装置及方法，解决MCU将需要运算的数据传输到FOC芯片，但想要达到性能和可靠性高的条件需要较高的通信速度和可靠性的问题。

为了实现上述目的，本发明采用的EPS系统MCU与FOC芯片组合使用通信装置，包括：EPS系统MCU与FOC芯片，EPS系统MCU与FOC芯片使用5根信号线连接进行组合；

5根信号线分别为FACK、EN、CLK、MDO、MDI，FACK为快速应答线，EN为通信使能线，CLK为时钟同步线，MDO为EPS系统MCU数据输出线，MDI为EPS系统MCU数据输入线。

优选的，所述FOC芯片为可编程FOC芯片。

本发明还公开了EPS系统MCU与FOC芯片组合使用通信方法，包括如上任一所述的EPS系统MCU与FOC芯片组合使用通信装置，还包括EPS系统MCU与FOC芯片之间编制一套通信时序及协议，实现数据的可靠发送和接收；

通信时序及协议包括以下内容：

EN、CLK、MDO、MDI信号线负责主FOC芯片的数据通信，当EN信号线上的电平为低电平时表示通信使能，MDI和MDO线上数据有效，当EN信号线上的电平为高电平时表示通信失能，MDI和MDO线上的数据无效，当CLK信号线上的电平为下降沿时EPS系统MCU在MDO信号线上发送数据，FOC芯片在MDI信号线上发送数据，当CLK信号线上的电平为上升沿时EPS系统MCU在MDI信号线上采样数据，FOC芯片在MDO信号线上采样数据，MDO和MDI信号线上高电平表示1，低电平表示0；

FACK信号线为FOC芯片请求线，当FACK上为低电平时表示FOC芯片无请求，当FACK上有一个时钟周期的高电平时代表紧急请求，当FACK上有两个时钟周期的高电平时代表上一次数据发送校验错误，当FACK上有三个时钟周期的高电平时代表上一次数据发送校验正确，当FACK上有四个时钟周期的高电平时代表普通查询请求，EPS系统MCU需查询后处理。

优选的，所述EPS系统MCU和FOC芯片在MDO和MDI信号线上通信的数据格式包括读写位、功能位、数据位、校验位，其中读写位用于指示EPS系统MCU对FOC芯片是读操作还是写操作，功能位用来表示EPS系统MCU要求FOC芯片执行的功能类型或FOC芯片回复EPS系统MCU的功能类型，数据位表示对应功能位下EPS系统MCU向FOC芯片写入的具体数值或FOC芯片回复EPS系统MCU的具体数值，校验位用于校验数据传输的正确性。

优选的，所述通信时序及协议的通信流程包括以下内容：

读操作：EPS系统MCU通过MDO信号线向FOC芯片发送读操作，FOC芯片接收到EPS系统MCU的读操作后先进行校验，将校验结果发送到FACK信号线上，EPS系统MCU接收到FACK上校验结果信号后做出相应处理，FOC芯片根据EPS系统MCU指令的功能位和处理结果在MDI信号线上回复对应的数据；

写操作：EPS系统MCU通过MDO信号线向FOC芯片发送写操作，FOC芯片接收到EPS系统MCU的写操作后先进行校验，将校验结果发送到FACK信号线上，EPS系统MCU接收到FACK上的校验结果信号后做出相应处理，FOC芯片根据EPS系统MCU指令的功能位和处理结果执行对应的操作；

FOC芯片紧急请求：FACK信号线正常情况下是低电平，当FOC芯片有紧急请求时会在FACK上产生1个时钟周期的高电平，EPS系统MCU响应后立即做出紧急处理；

FOC芯片校验结果：当FOC芯片检测到校验位错误时会在FACK上产生2个时钟周期的高电平，EPS系统MCU响应后做纠错处理；当FOC芯片检测到校验位正确时会在FACK上产生3个时钟周期的高电平；

FOC芯片普通请求：当FOC芯片有普通查询请求时会在FACK上产生4个时钟周期的高电平，EPS系统MCU需读取FOC芯片状态后处理。

本发明的EPS系统MCU与FOC芯片组合使用通信装置及方法，具备如下有益效果：

本发明的EPS系统MCU与FOC芯片组合使用通信装置及方法，基于国产化器件性能和选型的局限性，制定主控MCU和FOC芯片组合控制方案，使用DECOFAI通信方式，可以实现数据的快速、准确、可靠传输，并支持全双工工作模式，同时能够进行异常处理。

参照后文的说明与附图，详细公开了本发明的特定实施方式，指明了本发明的原理可以被采用的方式，应该理解，本发明的实施方式在范围上并不因而受到限制，在所附权利要求的精神和条款的范围内，本发明的实施方式包括许多改变、修改和等同。

附图说明

图1为本发明的主从机通信连接图；

图2为本发明的通信时序图；

图3为本发明的MDO和MDI传输数据格式图；

图4为本发明的主从机通信流程图；

图5为本发明的主机对从机的写操作和从机校验图；

图6为本发明的主机对从机的读操作和从机校验图；

图7为本发明的从机紧急请求通信图；

图8为本发明的从机普通查询请求通信图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中及实施例，对本发明进行进一步详细说明。但是应该理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限制本发明的范围。

除非另有定义，本文所使用的所有技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同，本文中在说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在限制本发明，本文中所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合；

请参阅说明书附图1-8，本发明提供一种技术方案：EPS系统MCU与FOC芯片组合使用通信装置及方法，本发明涉及EPS国产化系统MCU（以下描述为主机）与FOC芯片（以下描述为从机）组合使用的可靠通信方案，称其为DECOFAI（快速访问接口）。硬件上使用5根信号线将主机与从机连接，编制一套私有协议，实现数据的可靠发送和接收，FOC芯片为可编程FOC芯片。具体包括以下内容：

（1）EPS系统MCU与FOC芯片组合使用通信装置的硬件组成

硬件由5根信号线组成，分别为FACK、EN、CLK、MDO、MDI。FACK为快速应答线，EN为通信使能线，CLK为时钟同步线，MDO为主机数据输出线，MDI为主机数据输入线。主机和从机信号线连接如图1所示。

（2）EPS系统MCU与FOC芯片组合使用通信方法的具体内容：通信时序及协议

EN、CLK、MDO、MDI信号线负责主从机的数据通信，当EN信号线上的电平为低电平时表示通信使能，MDI和MDO线上数据有效，当EN信号线上的电平为高电平时表示通信失能，MDI和MDO线上的数据无效；当CLK信号线上的电平为下降沿时主机在MDO信号线上发送数据（1位二进制数），从机在MDI信号线上发送数据（1位二进制数）；当CLK信号线上的电平为上升沿时主机在MDI信号线上采样数据（1位二进制数），从机在MDO信号线上采样数据（1位二进制数）；MDO和MDI信号线上高电平表示1，低电平表示0。FACK信号线为从机请求线，当FACK上为低电平时表示从机无请求，当FACK上有一个时钟周期的高电平时代表紧急请求，当FACK上有两个时钟周期的高电平时代表上一次数据发送校验错误，当FACK上有三个时钟周期的高电平时代表上一次数据发送校验正确，当FACK上有四个时钟周期的高电平时代表普通查询请求，主机需查询后处理。通信时序如图2所示。

主机和从机在MDO和MDI信号线上通信的数据格式包括读写位、功能位、数据位、校验位，其中读写位用于指示主机对从机是读操作还是写操作，功能位用来表示主机要求从机执行的功能类型或从机回复主机的功能类型，数据位表示对应功能位下主机向从机写入的具体数值或从机回复主机的具体数值，校验位用于校验数据传输的正确性。MDO和MDI传输数据格式如图3所示。

（3）通信流程

①读操作：主机通过MDO信号线向从机发送读操作，从机接收到主机的读操作后先进行校验，将校验结果发送到FACK信号线上，主机接收到FACK上校验结果信号后做出相应处理，从机根据主机指令的功能位和处理结果在MDI信号线上回复对应的数据。

②写操作：主机通过MDO信号线向从机发送写操作，从机接收到主机的写操作后先进行校验，将校验结果发送到FACK信号线上，主机接收到FACK上的校验结果信号后做出相应处理，从机根据主机指令的功能位和处理结果执行对应的操作。

③从机紧急请求：FACK信号线正常情况下是低电平，当从机有紧急请求时会在FACK上产生1个时钟周期的高电平，主机响应后立即做出紧急处理；

④从机校验结果：当从机检测到校验位错误时会在FACK上产生2个时钟周期的高电平，主机响应后做纠错处理；当从机检测到校验位正确时会在FACK上产生3个时钟周期的高电平；

⑤从机普通请求：当从机有普通查询请求时会在FACK上产生4个时钟周期的高电平，主机需读取从机状态后处理。

主从机通信流程如图4所示。

具体实施时：

（1）主控MCU（以下描述为主机）与FOC芯片（以下描述为从机）之间通过表1的数据格式进行通信。

表1通信格式

（2）读写位长度为1位，取值为0或1，0表示读操作，1表示写操作。

（3）主机对从机的写操作和从机校验

主机要将从机的Q轴目标电流设置为0x1F40（十进制8000），通过MDO信号线向从机发送写入Q轴目标电流指令（读写位为0x01、功能位为0x08、数据位为0x1F40、校验位为0xD7，对应十六进制数据格式为0x881F40D7），从机响应指令后进行校验，校验错误后在FACK线上向主机发送校验错误信号，主机响应校验错误信号后重新向从机发送指令，从机校验正确后在FACK线上向主机发送校验正确信号并将内部Q轴目标电流设置为0x1F40（十进制8000），同时主机可继续在MDO线上向从机发送任意指令。通信时序如图5所示。

（4）主机对从机的读操作和从机校验

主机从MDO信号线发送读取Q轴目标电流指令（读写位为0x00、功能位为0x08、数据位为0x0000、校验位为0x08，对应十六进制数据格式为0x08000008），从机响应指令后进行校验，校验错误后在FACK线上向主机发送校验错误信号，主机响应校验错误信号后重新向从机发送指令，从机校验正确后在FACK线上向主机发送校验正确信号，然后在MDI信号线上回复当前设置的Q轴目标电流（读写位为0x00、功能位为0x08、数据位为0x1F40、校验位为0x13，对应十六进制数据格式为0x081F0413），同时主机可继续在MDO信号线上发送任意指令。通信时序如图6所示。

（5）从机紧急请求通信

从机内部检测到紧急类的电机相电流故障时，在FACK信号线上产生1个时钟的高电平，主机响应后立刻切断助力，并向从机发送失能从机功能指令（读写位为0x01，功能位为0x01，数据位为0x0000，校验位为0x81，对应十六进制数据格式为0x81000081），从机响应指令后关闭内部功能，然后主机向从机发送读取故障码指令（读写位为0x00，功能位为0x05，数据位为0x0000，校验位为0x05，对应十六进制数据格式为0x05000005），从机响应指令后向主机回复当前故障码（读写位为0x00，功能位为0x05，数据位0x0031，校验位为0x34，对应十六进制数据格式为0x05003134），主机响应指令后解析该指令并进行相关处理。通信时序如图7所示。

（6）从机普通查询请求通信流程

从机内部检测到普通类的堵转保护故障时，通过FACK信号线向主机发送4个时钟周期的高电平，主机响应后通过MDO信号线向从机发送读取故障码指令（读写位为0x00，功能位为0x05，数据位为0x0000，校验位为0x05，对应十六进制数据格式为0x05000005），从机响应指令后将当前故障码回复给主机（读写位为0x00，功能位为0x05，数据位为0x0041，校验位为0x44，对应十六进制数据格式为0x05004144），主机响应指令后解析该指令并进行相关处理。通信时序如图8所示。

仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.EPS系统MCU与FOC芯片组合使用通信方法，其特征在于：包括EPS系统MCU与FOC芯片组合使用通信装置，EPS系统MCU与FOC芯片组合使用通信装置包括：EPS系统MCU与FOC芯片，EPS系统MCU与FOC芯片使用5根信号线连接进行组合；

5根信号线分别为FACK、EN、CLK、MDO、MDI，FACK为快速应答线，EN为通信使能线，CLK为时钟同步线，MDO为EPS系统MCU数据输出线，MDI为EPS系统MCU数据输入线；

所述FOC芯片为可编程FOC芯片；

还包括EPS系统MCU与FOC芯片之间编制一套通信时序及协议，实现数据的可靠发送和接收；

通信时序及协议包括以下内容：

EN、CLK、MDO、MDI信号线负责主FOC芯片的数据通信，当EN信号线上的电平为低电平时表示通信使能，MDI和MDO线上数据有效，当EN信号线上的电平为高电平时表示通信失能，MDI和MDO线上的数据无效，当CLK信号线上的电平为下降沿时EPS系统MCU在MDO信号线上发送数据，FOC芯片在MDI信号线上发送数据，当CLK信号线上的电平为上升沿时EPS系统MCU在MDI信号线上采样数据，FOC芯片在MDO信号线上采样数据，MDO和MDI信号线上高电平表示1，低电平表示0；

FACK信号线为FOC芯片请求线，当FACK上为低电平时表示FOC芯片无请求，当FACK上有一个时钟周期的高电平时代表紧急请求，当FACK上有两个时钟周期的高电平时代表上一次数据发送校验错误，当FACK上有三个时钟周期的高电平时代表上一次数据发送校验正确，当FACK上有四个时钟周期的高电平时代表普通查询请求，EPS系统MCU需查询后处理。

2.根据权利要求1所述的EPS系统MCU与FOC芯片组合使用通信方法，其特征在于：所述EPS系统MCU和FOC芯片在MDO和MDI信号线上通信的数据格式包括读写位、功能位、数据位、校验位，其中读写位用于指示EPS系统MCU对FOC芯片是读操作还是写操作，功能位用来表示EPS系统MCU要求FOC芯片执行的功能类型或FOC芯片回复EPS系统MCU的功能类型，数据位表示对应功能位下EPS系统MCU向FOC芯片写入的具体数值或FOC芯片回复EPS系统MCU的具体数值，校验位用于校验数据传输的正确性。

3.根据权利要求1所述的EPS系统MCU与FOC芯片组合使用通信方法，其特征在于：所述通信时序及协议的通信流程包括以下内容：

读操作：EPS系统MCU通过MDO信号线向FOC芯片发送读操作，FOC芯片接收到EPS系统MCU的读操作后先进行校验，将校验结果发送到FACK信号线上，EPS系统MCU接收到FACK上校验结果信号后做出相应处理，FOC芯片根据EPS系统MCU指令的功能位和处理结果在MDI信号线上回复对应的数据；

写操作：EPS系统MCU通过MDO信号线向FOC芯片发送写操作，FOC芯片接收到EPS系统MCU的写操作后先进行校验，将校验结果发送到FACK信号线上，EPS系统MCU接收到FACK上的校验结果信号后做出相应处理，FOC芯片根据EPS系统MCU指令的功能位和处理结果执行对应的操作；

FOC芯片紧急请求：FACK信号线正常情况下是低电平，当FOC芯片有紧急请求时会在FACK上产生1个时钟周期的高电平，EPS系统MCU响应后立即做出紧急处理；

FOC芯片校验结果：当FOC芯片检测到校验位错误时会在FACK上产生2个时钟周期的高电平，EPS系统MCU响应后做纠错处理；当FOC芯片检测到校验位正确时会在FACK上产生3个时钟周期的高电平；

FOC芯片普通请求：当FOC芯片有普通查询请求时会在FACK上产生4个时钟周期的高电平，EPS系统MCU需读取FOC芯片状态后处理。