基于XC164的六通道ABS開發(fā)板設(shè)計(jì)

    ABS 的匹配是一個(gè)非常復(fù)雜的過程，需要做大量的實(shí)車試驗(yàn)。由于試驗(yàn)存在著很大的危險(xiǎn)性，所以在進(jìn)行實(shí)車試驗(yàn)之前一定要先對(duì)控制軟件做一定程度的驗(yàn)證，如輪速、輪加減速度、滑移率計(jì)算的準(zhǔn)確性，以及電磁閥、報(bào)警燈、電機(jī)的正確運(yùn)轉(zhuǎn)等。車載的ABS電子控制單元不具備信號(hào)發(fā)生和數(shù)據(jù)顯示的功能，而開發(fā)板彌補(bǔ)了這一缺陷。

總體結(jié)構(gòu)介紹

    開發(fā)板基本上具有六通道ABS電子控制單元的所有模塊，包括單片機(jī)、電磁閥驅(qū)動(dòng)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、電源模塊、輪速處理等，另外還有輪速發(fā)生模塊和顯示模塊等。液晶屏下方的電路板(簡(jiǎn)稱電路板1)用來產(chǎn)生方波信號(hào)，發(fā)送到主控芯片XC164CS的高速輸入捕捉口(CAPCOM)，加速、減速、制動(dòng)按鈕用來控制方波信號(hào)的頻率，可模擬車輛的加速、減速和制動(dòng)過程。主控芯片經(jīng)過計(jì)算后，又通過串口將計(jì)算結(jié)果，如輪速、輪加減速度、滑移率等發(fā)送給電路板1，再驅(qū)動(dòng)液晶屏顯示數(shù)據(jù)。同時(shí)主控芯片根據(jù)不同的計(jì)算結(jié)果驅(qū)動(dòng)報(bào)警燈、電機(jī)、繼電器和閥等外圍設(shè)備，以此模擬ABS的工作過程。

    開發(fā)板的芯片大部分采用Infineon公司生產(chǎn)的專用芯片，它們被國(guó)內(nèi)外的ABS生產(chǎn)商廣泛采用。主要功能模塊及使用的芯片如表1所示：

    下面對(duì)主控芯片XC164CS和監(jiān)控芯片C505CA作較為詳細(xì)的介紹。

主控芯片XC164CS

    XC164CS是Infineon公司近年推出的16位高檔單片機(jī)。該單片機(jī)有如下優(yōu)點(diǎn)：

• 運(yùn)算速度快：能達(dá)到40MHz的CPU頻率。
• 存儲(chǔ)器容量大：
• -2kB雙口RAM用于變量，寄存器池和系統(tǒng)堆棧；
• -附加的2kB高速數(shù)據(jù)SRAM用于變量和用戶堆棧；
• -2kB高速SRAM用于代碼和數(shù)據(jù)；
• -128k的flash支持在線編程。
• 中斷源多：接收70種中斷，分為16個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)(ILVL)，每個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)中分為4個(gè)組優(yōu)先級(jí)(GLVL)，數(shù)字越高，優(yōu)先級(jí)越高。
• 具有在片調(diào)試接口OCDS，OCDS接口標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試協(xié)議(與IEEE1149.1兼容)，主要用于芯片內(nèi)部測(cè)試。現(xiàn)在的多數(shù)的高級(jí)器件都支持JTAG協(xié)議，如 DSP、FPGA器件等。標(biāo)準(zhǔn)的JTAG接口是4線：TMS、TCK、TDI、TDO，分別為模式選擇、時(shí)鐘、數(shù)據(jù)輸入和數(shù)據(jù)輸出線。OCDS接口擴(kuò)充了 JTAG接口，其功能見表2。

XC164CS開發(fā)方法

    XC164CS可以通過三種方式跟上位機(jī)連接進(jìn)行在片仿真：串口方式(即bootloader模式)、并口方式(LPT)和USB口方式(即OCDS)。其中并口方式要求上位機(jī)的主頻小于800MHz，給應(yīng)用帶來不便。串口方式，速度較慢。需要占用一個(gè)串口，而且調(diào)試過程中經(jīng)常出現(xiàn)連接丟失的情況，因此也不予采用。 OCDS接口是XC164CS專門提供的調(diào)試接口，也是其不同于Infineon其它164系列單片機(jī)的主要特征之一，因此在開發(fā)板研制過程中采用 OCDS的調(diào)試方式。

    軟件采用的編譯器是Keil uVision2 (PK166，摘編者注)，該編譯器調(diào)試功能強(qiáng)大，不僅能夠進(jìn)行純軟件仿真，而且上位機(jī)能夠通過并口或者USB口跟用戶板進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)在片調(diào)試。連接關(guān)系如圖3所示。

    其中的ULINK是一種USB接口到OCDS接口的適配器，它具有如下特性：

• 通過USB口實(shí)現(xiàn)上位機(jī)和用戶板的快速連接；
• 通過在片調(diào)試接口OCDS實(shí)現(xiàn)在片調(diào)試功能；
• 通過OCDS實(shí)現(xiàn)片上flash的燒寫功能。

監(jiān)控芯片C505CA

    監(jiān)控芯片跟主控芯片進(jìn)行實(shí)時(shí)通信，從而保證主控的正確運(yùn)行，監(jiān)控芯片還行使故障診斷的職能。

    C505CA是Infineon公司的一款8位單片機(jī)，它基于8051內(nèi)核，優(yōu)點(diǎn)在于：

• 有較高的運(yùn)算速度，能達(dá)到20MHz的工作頻率；
• 具有片上CAN接口，方便跟主控芯片通信；
• 支持在片仿真；
• 采用貼片封裝。

開發(fā)板工作過程

    開發(fā)板上電后，液晶屏顯示一些說明信息，同時(shí)開始模擬ABS在實(shí)際車輛中的上電自檢：報(bào)警燈亮快閃幾秒，然后模擬電機(jī)和12個(gè)電磁閥的LED依次點(diǎn)亮，最后，所有的LED閃一次。

    自檢之后，液晶屏開始顯示XC164CS傳送的輪速計(jì)算值，輪速脈沖是由電路板1產(chǎn)生的；如果當(dāng)前輪速較低，則模擬電機(jī)和12個(gè)電磁閥的LED會(huì)循環(huán)點(diǎn)亮，表示ABS系統(tǒng)在較低車速下，不會(huì)進(jìn)行防抱制動(dòng)，只進(jìn)行常規(guī)的在線檢查；如果當(dāng)前輪速較高，則除報(bào)警燈外的所有LED會(huì)同時(shí)閃爍，表明ABS系統(tǒng)在該速度下會(huì)起作用。

    對(duì)于輪速的改變，需要用到開發(fā)板上的3個(gè)按鍵，按住UP鍵不動(dòng)，則輪速升高，按住DOWN鍵不動(dòng)，則輪速降低，按一下STOP鍵，則當(dāng)前輪速會(huì)迅速減至0。

開發(fā)板在ABS開發(fā)過程中的應(yīng)用

    由于以前使用Intel公司196系列單片機(jī)作為主控芯片，現(xiàn)改用XC164CS，將代碼從196移植到XC164CS是一個(gè)非常煩雜的工作，鑒于實(shí)車試驗(yàn)的危險(xiǎn)性，在進(jìn)行實(shí)車試驗(yàn)以前必須對(duì)代碼進(jìn)行嚴(yán)格的驗(yàn)證，開發(fā)板很好的起到了這個(gè)作用。

    首先，開發(fā)板能觀察輪速、輪加減速度等控制量，通過改變脈沖發(fā)生的頻率，觀察液晶屏的顯示即可知道計(jì)算結(jié)果的對(duì)錯(cuò)，非常直觀。

    其次，可以驗(yàn)證主控芯片和監(jiān)控芯片對(duì)報(bào)警燈、繼電器、電機(jī)、電磁閥等外部設(shè)備的操作。

    第三，通過閥旁邊的開關(guān)，可以模擬閥的通斷，實(shí)現(xiàn)故障診斷的功能。

    第四，通過主控芯片與監(jiān)控芯片的CAN通信驗(yàn)證主控芯片和監(jiān)控芯片代碼的正確性。

    另外，通過開發(fā)板還可以驗(yàn)證ABS的進(jìn)退出條件等。

開發(fā)板和實(shí)際AB系統(tǒng)的區(qū)別

    開發(fā)板僅用于ABS系統(tǒng)功能和單片機(jī)功能的驗(yàn)證，無法做到很全面，有些功能尚不能演示，比如：

    XC164CS和C505CA提供了強(qiáng)大的CAN接口，同時(shí)在設(shè)計(jì)過程中，又在板子上擴(kuò)展了K-line/LIN總線接口，但是其在汽車網(wǎng)絡(luò)中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸，無法演示。

    完善的診斷功能也不能完成，因?yàn)橛脕硌菔倦姍C(jī)和電磁閥的LED同實(shí)際使用的電機(jī)和電磁閥比較起來，需要的驅(qū)動(dòng)電流很小，而在ABS中使用的Infineon TLE6228驅(qū)動(dòng)芯片會(huì)把這種情況樣認(rèn)為是故障。

結(jié)語

    六通道ABS的開發(fā)板驗(yàn)證了ABS軟件代碼的正確性。該開發(fā)板自成體系，具有輪速發(fā)生、數(shù)據(jù)顯示、故障診斷、外圍電路驅(qū)動(dòng)和實(shí)時(shí)通信功能。另外，主控芯片XC164CS采用了先進(jìn)的在片調(diào)試接口(OCDS)，大大提高了開發(fā)效率。