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

1、中國汽車產(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，人們對汽車的安全性、舒適性和經(jīng)濟性提出了更高的要求。自動變速汽車將會成為一種趨勢，具有巨大的需求空間。AMT由于保留了手動變速器的大部分結(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，被認(rèn)為是中國自動變速器的發(fā)展趨勢。國內(nèi)的AMT研制經(jīng)過了理論探索、原理樣機、產(chǎn)品樣機和產(chǎn)業(yè)化四個階段，但當(dāng)前的產(chǎn)業(yè)化進展并不順利。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)計是核心技術(shù)中最基礎(chǔ)和最關(guān)鍵的技術(shù)，對于AMT來說就是TCU平臺的構(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)計中存在軟硬件分離、設(shè)計者的創(chuàng)新能力和優(yōu)化設(shè)計能力受限、運算能力不足、硬件設(shè)計缺乏重用支持、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AMT的產(chǎn)業(yè)化進程，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)和量子平臺技術(shù)的SOPC Plus協(xié)同設(shè)計架構(gòu)
　　 該架構(gòu)用SOPC技術(shù)解決軟硬件設(shè)計分離問題、設(shè)計者的創(chuàng)新能力、想象力和優(yōu)化設(shè)計能力受限問題及運算能力不足問題；以硬件構(gòu)件技術(shù)解決硬件設(shè)計缺乏重用支持問題；以量子平臺的事件驅(qū)動架構(gòu)、軟件總線技術(shù)和代碼自動生成技術(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)的有機結(jié)合，使SOPC Plus架構(gòu)不但繼承了SOPC的所有優(yōu)點，而且將硬件系統(tǒng)設(shè)計從芯片級解

4、決方案升級為電路板級解決方案，將軟件系統(tǒng)從順序控制模型升級為事件驅(qū)動編程模型，形成了“五層仨總線/一平臺”的一體化協(xié)同設(shè)計架構(gòu)。不但可以解決當(dāng)前汽車電子開發(fā)中的不足，對其他嵌入式系統(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)品功能得到增強時，產(chǎn)品就有系統(tǒng)升級的需求。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功能都可以實現(xiàn)以FPGA為基礎(chǔ)的系統(tǒng)升級?；贗SP的在線升級，需要停止當(dāng)前系統(tǒng)的運行，并且需要外接JTAG接口，對于汽車電子產(chǎn)品的系統(tǒng)升級并不合適?；贔PGA的直接IAP和CAN總線的升級方案以FPGA的主動串行配置方式和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)運行，通過CAN網(wǎng)絡(luò)及增強的ISO15765標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議傳輸升級文件并更新配置芯片的方式實現(xiàn)升級

6、。以AMT的系統(tǒng)升級為例，闡述了其雙核架構(gòu)，硬件構(gòu)成原理、層次化升級指令、升級步驟和實驗情況等。
　　 (3)平臺化、層次化、構(gòu)件化和算法硬件化的AMT電控系統(tǒng)設(shè)計
　　 SOPC Plus是一種全新的汽車電子設(shè)計平臺?；谠撈脚_的AMT電控系統(tǒng)設(shè)計中，首先對AMT電控系統(tǒng)進行了功能分析，提出了對應(yīng)設(shè)備級、電路板級和芯片級的由外到內(nèi)的層次化設(shè)計順序。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)件庫以及電路板級硬件的設(shè)計過程；片內(nèi)協(xié)同設(shè)計層研究了芯片選擇、軟硬件劃分、基于IP核的片內(nèi)硬件系統(tǒng)設(shè)計和基于量子平臺的軟件設(shè)計。軟件設(shè)計中選用量子平臺內(nèi)嵌的Vanilla內(nèi)核，實現(xiàn)了針對NiosⅡ軟核的移植，并使用量子平臺圖形化建模工具QP Modeler設(shè)計了AMT的主活動對象層次狀態(tài)機HSM并自動生成對應(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，但由于計算量大、占

8、用資源多而容易使AMT系統(tǒng)失去實時性。軟件算法硬件化將各種智能算法用硬件電路的方式實現(xiàn)，可以大大提高計算速度，使運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)計和主要模塊實現(xiàn)原理。
　　 (4)臺架和道路測試
　　 針對單元執(zhí)行機構(gòu)位置控制的臺架試驗，驗證了各傳感器、單元執(zhí)行機構(gòu)、單元控制電路及單元控制算法的有效性；針對不同路況的整車起步和換擋測試驗證了主活動對象層次狀