基于XC164的六通道ABS開發(fā)板設(shè)計

    ABS 的匹配是一個非常復(fù)雜的過程，需要做大量的實車試驗。由于試驗存在著很大的危險性，所以在進行實車試驗之前一定要先對控制軟件做一定程度的驗證，如輪速、輪加減速度、滑移率計算的準確性，以及電磁閥、報警燈、電機的正確運轉(zhuǎn)等。車載的ABS電子控制單元不具備信號發(fā)生和數(shù)據(jù)顯示的功能，而開發(fā)板彌補了這一缺陷。

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、電磁閥驅(qū)動、電機驅(qū)動、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(簡稱電路板1)用來產(chǎn)生方波信號，發(fā)送到主控芯片XC164CS的高速輸入捕捉口(CAPCOM)，加速、減速、制動按鈕用來控制方波信號的頻率，可模擬車輛的加速、減速和制動過程。主控芯片經(jīng)過計算后，又通過串口將計算結(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)動液晶屏顯示數(shù)據(jù)。同時主控芯片根據(jù)不同的計算結(jié)果驅(qū)動報警燈、電機、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：

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

主控芯片XC164CS

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

• 運算速度快：能達到40MHz的CPU頻率。
• 存儲器容量大：
• -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個中斷優(yōu)先級(ILVL)，每個中斷優(yōu)先級中分為4個組優(yōu)先級(GLVL)，數(shù)字越高，優(yōu)先級越高。
• 具有在片調(diào)試接口OCDS，OCDS接口標準測試協(xié)議(與IEEE1149.1兼容)，主要用于芯片內(nèi)部測試。現(xiàn)在的多數(shù)的高級器件都支持JTAG協(xié)議，如 DSP、FPGA器件等。標準的JTAG接口是4線：TMS、TCK、TDI、TDO，分別為模式選擇、時鐘、數(shù)據(jù)輸入和數(shù)據(jù)輸出線。OCDS接口擴充了 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連接進行在片仿真：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)試功能強大，不僅能夠進行純軟件仿真，而且上位機能夠通過并口或者USB口跟用戶板進行連接，實現(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口實現(xiàn)上位機和用戶板的快速連接；
• 通過在片調(diào)試接口OCDS實現(xiàn)在片調(diào)試功能；
• 通過OCDS實現(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行實時通信，從而保證主控的正確運行，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，它基于8051內(nèi)核，優(yōu)點在于：

• 有較高的運算速度，能達到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，同時開始模擬ABS在實際車輛中的上電自檢：報警燈亮快閃幾秒，然后模擬電機和12個電磁閥的LED依次點亮，最后，所有的LED閃一次。

    自檢之后，液晶屏開始顯示XC164CS傳送的輪速計算值，輪速脈沖是由電路板1產(chǎn)生的；如果當前輪速較低，則模擬電機和12個電磁閥的LED會循環(huán)點亮，表示ABS系統(tǒng)在較低車速下，不會進行防抱制動，只進行常規(guī)的在線檢查；如果當前輪速較高，則除報警燈外的所有LED會同時閃爍，表明ABS系統(tǒng)在該速度下會起作用。

    對于輪速的改變，需要用到開發(fā)板上的3個按鍵，按住UP鍵不動，則輪速升高，按住DOWN鍵不動，則輪速降低，按一下STOP鍵，則當前輪速會迅速減至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系列單片機作為主控芯片，現(xiàn)改用XC164CS，將代碼從196移植到XC164CS是一個非常煩雜的工作，鑒于實車試驗的危險性，在進行實車試驗以前必須對代碼進行嚴格的驗證，開發(fā)板很好的起到了這個作用。

    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算結(jié)果的對錯，非常直觀。

    其次，可以驗證主控芯片和監(jiān)控芯片對報警燈、繼電器、電機、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)板還可以驗證ABS的進退出條件等。

開發(fā)板和實際AB系統(tǒng)的區(qū)別

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

    XC164CS和C505CA提供了強大的CAN接口，同時在設(shè)計過程中，又在板子上擴展了K-line/LIN總線接口，但是其在汽車網(wǎng)絡(luò)中的實時數(shù)據(jù)傳輸，無法演示。

    完善的診斷功能也不能完成，因為用來演示電機和電磁閥的LED同實際使用的電機和電磁閥比較起來，需要的驅(qū)動電流很小，而在ABS中使用的Infineon TLE6228驅(qū)動芯片會把這種情況樣認為是故障。

結(jié)語

    六通道ABS的開發(fā)板驗證了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)動和實時通信功能。另外，主控芯片XC164CS采用了先進的在片調(diào)試接口(OCDS)，大大提高了開發(fā)效率。