基于MPC555的發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)的嵌入式編程接口庫設(shè)計(jì)
本文介紹的柴油機(jī)電控系統(tǒng)嵌入式軟件平臺(tái)就是面向汽車電子,遵循OSEK標(biāo)準(zhǔn),應(yīng)用于汽車動(dòng)力總成控制的系統(tǒng)平臺(tái)。 軟件平臺(tái)由微型系統(tǒng)內(nèi)核和應(yīng)用編程接口庫組成。嵌入式操作系統(tǒng)內(nèi)核負(fù)責(zé)任務(wù)調(diào)度及事件處理等,編程接口庫負(fù)責(zé)將開發(fā)常用的算法和MPC555底層硬件的驅(qū)動(dòng)函數(shù)進(jìn)行控件級(jí)封裝,供用戶調(diào)用。在嵌入式系統(tǒng)中,開發(fā)人員通過調(diào)用編程接口庫中已有的API函數(shù),就可以實(shí)現(xiàn)常用運(yùn)算功能以及常規(guī)硬件操作。
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圖1 發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)層次圖
整個(gè)電控系統(tǒng)包括硬件平臺(tái)、底層驅(qū)動(dòng)、嵌入式軟件平臺(tái)和上層用戶四個(gè)層次。各個(gè)層次關(guān)系,如圖1所示。
硬件平臺(tái)簡介
發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)硬件平臺(tái)主控CPU為MPC555,它是一款高性能的32位單片機(jī),是專為汽車電子、航空航天、智能系統(tǒng)等高端嵌入式控制系統(tǒng)所設(shè)計(jì)的芯片。其獨(dú)特之處在于其具有浮點(diǎn)運(yùn)算單元,支持浮點(diǎn)代碼的直接編程;此外,MPC555還具有可編程的時(shí)間處理模塊,可通過對(duì)該模塊的獨(dú)立編程,實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸、凸輪軸等復(fù)雜周期信號(hào)的處理,無需外接單獨(dú)的CPU,從而大大簡化了軟、硬件設(shè)計(jì)。
圖2 發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)硬件電路結(jié)構(gòu)框圖
以MPC555為核心控制單元,輔以相應(yīng)的輸入信號(hào)處理、輸出控制和通訊單元設(shè)計(jì)的發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)硬件電路結(jié)構(gòu)框圖,如圖2所示。
嵌入式操作系統(tǒng)內(nèi)核簡介
該嵌入式操作系統(tǒng)是以MPC555/MPC556單片機(jī)為硬件運(yùn)行平臺(tái),參照歐洲OSEK標(biāo)準(zhǔn),構(gòu)建的超微型實(shí)時(shí)安全的嵌入式操作系統(tǒng)內(nèi)核。該系統(tǒng)為用戶提供各種任務(wù)調(diào)度、事件處理及中斷響應(yīng)機(jī)制,并由操作系統(tǒng)管理各個(gè)任務(wù)之間的切換和信息傳遞。
為滿足系統(tǒng)實(shí)時(shí)性的要求,操作系統(tǒng)任務(wù)管理采用基于任務(wù)優(yōu)先級(jí)的可搶占式任務(wù)機(jī)制,任務(wù)之間通過消息郵箱和消息隊(duì)列傳遞變量和信息。另外,系統(tǒng)內(nèi)核利用開放源碼機(jī)制,通過裁減與移植,可以支持多種國際主流處理器。
該嵌入式操作系統(tǒng)內(nèi)核的功能結(jié)構(gòu),如圖3所示。
圖3支持汽車電子的嵌入式操作系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu)圖
嵌入式編程接口庫設(shè)計(jì)
應(yīng)用編程接口庫的設(shè)計(jì)是將發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)需要的常規(guī)算法和硬件基本操作封裝為函數(shù)形式,嵌入在操作系統(tǒng)中,為開發(fā)人員提供一個(gè)友好安全的軟件平臺(tái)。
該嵌入式編程接口庫的結(jié)構(gòu),如圖4所示。
圖4 支持汽車電子的嵌入式編程接口庫結(jié)構(gòu)圖
嵌入式基礎(chǔ)編程接口庫
嵌入式基礎(chǔ)編程接口庫是指各行業(yè)在電子控制方面通用的編程接口庫。該庫利用現(xiàn)有車輛數(shù)據(jù)作為模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行控制算法和線性插值算法庫函數(shù)驗(yàn)證,數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)符合 ASAP2標(biāo)準(zhǔn)。該接口庫為用戶提供了一整套開發(fā)中常用的算法函數(shù)和基本操作,對(duì)典型的算法和操作進(jìn)行控件級(jí)封裝,為應(yīng)用程序提供一個(gè)完整的通用的系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)庫。
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