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。

　　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。