SOPC Plus協(xié)同設計架構及在AMT中的應用研究.pdf

1、中國汽車產銷量屢創(chuàng)新高，城市擁堵現象和環(huán)境污染問題也日益嚴重。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構，以其生產繼承性好，改造成本低，節(jié)油效果明顯等特點，被認為是中國自動變速器的發(fā)展趨勢。國內的AMT研制經過了理論探索、原理樣機、產品樣機和產業(yè)化四個階段，但當前的產業(yè)化進展并不順利。AMT的產業(yè)化除了與行業(yè)標準相關

2、外，還與核心技術的解決密切相關。系統(tǒng)軟/硬件結構設計是核心技術中最基礎和最關鍵的技術，對于AMT來說就是TCU平臺的構建技術。
　　 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)。當前的汽車電子設計中存在軟硬件分離、設計者的創(chuàng)新能力和優(yōu)化設計能力受限、運算能力不足、硬件設計缺乏重用支持、軟件開放性層次和軟件質量不高等問題。為了解決這些問題，并促進AMT的產業(yè)化進程，本文所做的主要工作有：
　　 (1)提出了基

3、于SOPC技術、硬件構件技術和量子平臺技術的SOPC Plus協(xié)同設計架構
　　 該架構用SOPC技術解決軟硬件設計分離問題、設計者的創(chuàng)新能力、想象力和優(yōu)化設計能力受限問題及運算能力不足問題；以硬件構件技術解決硬件設計缺乏重用支持問題；以量子平臺的事件驅動架構、軟件總線技術和代碼自動生成技術解決軟件開放性層次和軟件質量不高問題。上述技術的有機結合，使SOPC Plus架構不但繼承了SOPC的所有優(yōu)點，而且將硬件系統(tǒng)設計從芯片級解

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動編程模型，形成了“五層仨總線/一平臺”的一體化協(xié)同設計架構。不但可以解決當前汽車電子開發(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
　　 汽車電子產品在應用后發(fā)現缺陷，或產品功能得到增強時，產品就有系統(tǒng)升級的需求。SOPC Plus架構的硬件基礎是FPGA技術。在系統(tǒng)編程ISP功能和在應

5、用編程IAP功能都可以實現以FPGA為基礎的系統(tǒng)升級。基于ISP的在線升級，需要停止當前系統(tǒng)的運行，并且需要外接JTAG接口，對于汽車電子產品的系統(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的引導過程為基礎，通過構建基于Avalon總線的IP核使系統(tǒng)具備外圍芯片的訪問能力。不需要停止當前系統(tǒng)運行，通過CAN網絡及增強的ISO15765標準協(xié)議傳輸升級文件并更新配置芯片的方式實現升級

6、。以AMT的系統(tǒng)升級為例，闡述了其雙核架構，硬件構成原理、層次化升級指令、升級步驟和實驗情況等。
　　 (3)平臺化、層次化、構件化和算法硬件化的AMT電控系統(tǒng)設計
　　 SOPC Plus是一種全新的汽車電子設計平臺。基于該平臺的AMT電控系統(tǒng)設計中，首先對AMT電控系統(tǒng)進行了功能分析，提出了對應設備級、電路板級和芯片級的由外到內的層次化設計順序。外部設備層主要涉及TCU外圍輔助系統(tǒng)的工作原理及設計思路；片外硬件構件層

7、研究了AMT的基礎構件庫、組合構件庫以及電路板級硬件的設計過程；片內協(xié)同設計層研究了芯片選擇、軟硬件劃分、基于IP核的片內硬件系統(tǒng)設計和基于量子平臺的軟件設計。軟件設計中選用量子平臺內嵌的Vanilla內核，實現了針對NiosⅡ軟核的移植，并使用量子平臺圖形化建模工具QP Modeler設計了AMT的主活動對象層次狀態(tài)機HSM并自動生成對應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，可以大大提高計算速度，使運算量不再成為智能算法應用的障礙。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計和主要模塊實現原理。
　　 (4)臺架和道路測試
　　 針對單元執(zhí)行機構位置控制的臺架試驗，驗證了各傳感器、單元執(zhí)行機構、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