剖析汽車ECU工作原理以及架構(gòu)演變

　　導(dǎo)語：朱玉龍?jiān)谖恼轮袑懙溃瑥臍v史上來看，安全系統(tǒng)的ECU架構(gòu)是從3MCU=》2MCU=》1多核MCU+外部monitor，雙MCU，或者說是MCU+外部ASICMCU的架構(gòu)。在軟件上看有兩點(diǎn)：一是主MCU和監(jiān)控MCU采用Hearbeat監(jiān)控MCU工作狀態(tài)，二是采用Data Mirroring的方式進(jìn)行運(yùn)行狀況監(jiān)測。

　　ECU（ electronic control unit ）即電子控制單元，泛指汽車上所有電子控制系統(tǒng)，它是由輸入電路、微機(jī)和輸出電路等三部分組成。隨著汽車電子自動化程度的越來越高，汽車零部件中也出現(xiàn)了越來越多的ECU參與其中，線路之間復(fù)雜程度也急劇增加。

　　ECU有輸入處理電路、微處理器、輸出處理電路、系統(tǒng)通信電路及電源電路組成，其結(jié)構(gòu)如下圖所示：

　　工作原理：輸入電路接受傳感器和其它裝置輸入的信號，對信號進(jìn)行過濾處理和放大，然后轉(zhuǎn)換成一定伏特的輸入電平；從傳感器送到ECU輸入電路的信號既有模擬信號也有數(shù)字信號，輸入電路中的模／數(shù)轉(zhuǎn)換器可以將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，然后傳遞給微機(jī)；微機(jī)將上述已經(jīng)預(yù)處理過的信號進(jìn)行運(yùn)算處理，并將處理數(shù)據(jù)送至輸出電路；輸出電路將數(shù)字信息的功率放大，有些還要還原為模擬信號，使其驅(qū)動被控的調(diào)節(jié)伺服元件工作。

　　根據(jù)《Delphi Secured Microcontroller Architecture》一文，里面敘述了Delphi的雙核MCU+外部monitor的架構(gòu)。如下圖所示：

　　從歷史上來看，安全系統(tǒng)的ECU架構(gòu)是從，3MCU=》2MCU=》1多核MCU+外部monitor。

　　雙MCU，或者說是MCU+外部ASICMCU的架構(gòu)，硬件上如下所示：

　　1）主MCU和監(jiān)控MCU都讀取相應(yīng)的傳感器信號

　　2）監(jiān)控MCU可以控制驅(qū)動橋

　　3）主MCU和監(jiān)控MCU都具備單獨(dú)的Hardware watchdog

　　軟件上

　　1）主MCU和監(jiān)控MCU采用Hearbeat監(jiān)控MCU工作狀態(tài)

　　2）采用Data Mirroring的方式進(jìn)行運(yùn)行狀況監(jiān)測

　　由于同構(gòu)雙核鎖步（LSM），兩內(nèi)核以鎖步模式運(yùn)行，運(yùn)行相同的指令，對兩個內(nèi)核的執(zhí)行結(jié)果進(jìn)行比較。如果兩個通道的輸出中發(fā)現(xiàn)任何不一致的地方，那么將由硬件標(biāo)識為故障，進(jìn)入安全模式。

　　同時，有一則很有趣的Watchdog和MCU雙向檢測的設(shè)計(jì)，確實(shí)是很好玩的設(shè)計(jì)

　　目前在一些中高級轎車上，不但發(fā)動機(jī)上應(yīng)用ECU，在其它許多地方都可發(fā)現(xiàn)ECU的蹤影，如ABS系統(tǒng)、四輪驅(qū)動系統(tǒng)、電控自動變速器、主動懸架系統(tǒng)、安全氣囊系統(tǒng)、多向可調(diào)電控座椅等都配置有各自的ECU。同時，隨著半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展，使得硬件自檢自查帶來的MCU完整性問題，可以解放很多的MCU軟件資源，當(dāng)然了，高安全的要求，使得大家的選擇越來越有限，馬太效應(yīng)也越來越明顯。