SOPC Plus協(xié)同設(shè)計(jì)架構(gòu)及在AMT中的應(yīng)用研究.pdf

1、中國(guó)汽車產(chǎn)銷量屢創(chuàng)新高，城市擁堵現(xiàn)象和環(huán)境污染問題也日益嚴(yán)重。隨著汽車工業(yè)的不斷發(fā)展，人們對(duì)汽車的安全性、舒適性和經(jīng)濟(jì)性提出了更高的要求。自動(dòng)變速汽車將會(huì)成為一種趨勢(shì)，具有巨大的需求空間。AMT由于保留了手動(dòng)變速器的大部分結(jié)構(gòu)，以其生產(chǎn)繼承性好，改造成本低，節(jié)油效果明顯等特點(diǎn)，被認(rèn)為是中國(guó)自動(dòng)變速器的發(fā)展趨勢(shì)。國(guó)內(nèi)的AMT研制經(jīng)過了理論探索、原理樣機(jī)、產(chǎn)品樣機(jī)和產(chǎn)業(yè)化四個(gè)階段，但當(dāng)前的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展并不順利。AMT的產(chǎn)業(yè)化除了與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)

2、外，還與核心技術(shù)的解決密切相關(guān)。系統(tǒng)軟/硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是核心技術(shù)中最基礎(chǔ)和最關(guān)鍵的技術(shù)，對(duì)于AMT來說就是TCU平臺(tái)的構(gòu)建技術(shù)。
　　 AMT電控系統(tǒng)屬于汽車電子控制系統(tǒng)，也是典型的嵌入式系統(tǒng)。當(dāng)前的汽車電子設(shè)計(jì)中存在軟硬件分離、設(shè)計(jì)者的創(chuàng)新能力和優(yōu)化設(shè)計(jì)能力受限、運(yùn)算能力不足、硬件設(shè)計(jì)缺乏重用支持、軟件開放性層次和軟件質(zhì)量不高等問題。為了解決這些問題，并促進(jìn)AMT的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，本文所做的主要工作有：
　　 (1)提出了基

3、于SOPC技術(shù)、硬件構(gòu)件技術(shù)和量子平臺(tái)技術(shù)的SOPC Plus協(xié)同設(shè)計(jì)架構(gòu)
　　 該架構(gòu)用SOPC技術(shù)解決軟硬件設(shè)計(jì)分離問題、設(shè)計(jì)者的創(chuàng)新能力、想象力和優(yōu)化設(shè)計(jì)能力受限問題及運(yùn)算能力不足問題；以硬件構(gòu)件技術(shù)解決硬件設(shè)計(jì)缺乏重用支持問題；以量子平臺(tái)的事件驅(qū)動(dòng)架構(gòu)、軟件總線技術(shù)和代碼自動(dòng)生成技術(shù)解決軟件開放性層次和軟件質(zhì)量不高問題。上述技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，使SOPC Plus架構(gòu)不但繼承了SOPC的所有優(yōu)點(diǎn)，而且將硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)從芯片級(jí)解

4、決方案升級(jí)為電路板級(jí)解決方案，將軟件系統(tǒng)從順序控制模型升級(jí)為事件驅(qū)動(dòng)編程模型，形成了“五層仨總線/一平臺(tái)”的一體化協(xié)同設(shè)計(jì)架構(gòu)。不但可以解決當(dāng)前汽車電子開發(fā)中的不足，對(duì)其他嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)也有借鑒作用。
　　 (2)基于直接IAP和CAN總線的層次化在線系統(tǒng)升級(jí)方案
　　 汽車電子產(chǎn)品在應(yīng)用后發(fā)現(xiàn)缺陷，或產(chǎn)品功能得到增強(qiáng)時(shí)，產(chǎn)品就有系統(tǒng)升級(jí)的需求。SOPC Plus架構(gòu)的硬件基礎(chǔ)是FPGA技術(shù)。在系統(tǒng)編程ISP功能和在應(yīng)

5、用編程IAP功能都可以實(shí)現(xiàn)以FPGA為基礎(chǔ)的系統(tǒng)升級(jí)?；贗SP的在線升級(jí)，需要停止當(dāng)前系統(tǒng)的運(yùn)行，并且需要外接JTAG接口，對(duì)于汽車電子產(chǎn)品的系統(tǒng)升級(jí)并不合適?；贔PGA的直接IAP和CAN總線的升級(jí)方案以FPGA的主動(dòng)串行配置方式和SOPC的引導(dǎo)過程為基礎(chǔ)，通過構(gòu)建基于Avalon總線的IP核使系統(tǒng)具備外圍芯片的訪問能力。不需要停止當(dāng)前系統(tǒng)運(yùn)行，通過CAN網(wǎng)絡(luò)及增強(qiáng)的ISO15765標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議傳輸升級(jí)文件并更新配置芯片的方式實(shí)現(xiàn)升級(jí)

6、。以AMT的系統(tǒng)升級(jí)為例，闡述了其雙核架構(gòu)，硬件構(gòu)成原理、層次化升級(jí)指令、升級(jí)步驟和實(shí)驗(yàn)情況等。
　　 (3)平臺(tái)化、層次化、構(gòu)件化和算法硬件化的AMT電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)
　　 SOPC Plus是一種全新的汽車電子設(shè)計(jì)平臺(tái)?；谠撈脚_(tái)的AMT電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，首先對(duì)AMT電控系統(tǒng)進(jìn)行了功能分析，提出了對(duì)應(yīng)設(shè)備級(jí)、電路板級(jí)和芯片級(jí)的由外到內(nèi)的層次化設(shè)計(jì)順序。外部設(shè)備層主要涉及TCU外圍輔助系統(tǒng)的工作原理及設(shè)計(jì)思路；片外硬件構(gòu)件層

7、研究了AMT的基礎(chǔ)構(gòu)件庫、組合構(gòu)件庫以及電路板級(jí)硬件的設(shè)計(jì)過程；片內(nèi)協(xié)同設(shè)計(jì)層研究了芯片選擇、軟硬件劃分、基于IP核的片內(nèi)硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)和基于量子平臺(tái)的軟件設(shè)計(jì)。軟件設(shè)計(jì)中選用量子平臺(tái)內(nèi)嵌的Vanilla內(nèi)核，實(shí)現(xiàn)了針對(duì)NiosⅡ軟核的移植，并使用量子平臺(tái)圖形化建模工具QP Modeler設(shè)計(jì)了AMT的主活動(dòng)對(duì)象層次狀態(tài)機(jī)HSM并自動(dòng)生成對(duì)應(yīng)HSM的C代碼。
　　 各種智能算法可以顯著提高AMT的起步和換擋質(zhì)量，但由于計(jì)算量大、占

8、用資源多而容易使AMT系統(tǒng)失去實(shí)時(shí)性。軟件算法硬件化將各種智能算法用硬件電路的方式實(shí)現(xiàn)，可以大大提高計(jì)算速度，使運(yùn)算量不再成為智能算法應(yīng)用的障礙。以離合器的BP-PID控制算法為例，研究了智能算法硬件化的框架設(shè)計(jì)和主要模塊實(shí)現(xiàn)原理。
　　 (4)臺(tái)架和道路測(cè)試
　　 針對(duì)單元執(zhí)行機(jī)構(gòu)位置控制的臺(tái)架試驗(yàn)，驗(yàn)證了各傳感器、單元執(zhí)行機(jī)構(gòu)、單元控制電路及單元控制算法的有效性；針對(duì)不同路況的整車起步和換擋測(cè)試驗(yàn)證了主活動(dòng)對(duì)象層次狀