PSI5 asenkron iletişim sensörünün döngü içi donanım simülasyonu
Chen Tongshan, Zhu Qunfeng, Fang Zhi
(Takata (Shanghai) Automotive Safety System R&D Co., Ltd., Shanghai 201707)
Otomotiv elektronik ürünlerinin gelişmesiyle birlikte araç sensörlerinin kullanımı da artmaktadır. PSI5 tabanlı yeni sensör, uygun kullanımı ve düşük uygulama maliyeti nedeniyle otomotiv sınıfı sensör iletişiminin yeni favorisi haline geldi. Bununla birlikte, ürün geliştirme aşamasında, bu tür bir sensörün nasıl doğrulanacağı yeni bir konu haline geldi. DSPIC33FJ128GP706 simülatörüne dayanarak, Freescale hızlanma sensörü MMA5124LWR2'yi simüle eden PSI5 asenkron iletişimi tasarlanmış ve doğrulanmış ve bu tür sensörün döngü içi donanım simülasyonu gerçekleştirilmiştir.
PSI5; sensör; döngü içinde donanım; simülasyon
TN915; TP337
Belge tanımlama kodu: Bir
10.16157 / j.issn.0258-7998.2016.12.012
Çince alıntı biçimi: Chen Tongshan, Zhu Qunfeng, Fang Zhi.PSI5 asenkron iletişim sensörünün döngü içi donanım simülasyonu.Elektronik Teknoloji Uygulaması, 2016, 42 (12): 48-50.
İngilizce alıntı biçimi: Chen Tongshan, Zhu Qunfeng, Fang Zhi.PIS5 asenkron iletişim sensörü HIL Elektronik Tekniği Uygulaması, 2016, 42 (12): 48-50.
0 Önsöz
Hava yastığı kontrol modülünün (ACU) geliştirme sürecinde, hızlanma sensörü hava yastığı patlamasının giriş sinyalidir, ancak bu tür hızlanma sensörü IC paketi olduğundan, test yalnızca ACU'nun gerçek çarpışma yoluyla patlama performansını doğrulayabilir. Yüksek maliyet, uzun döngü ve gerçek araç çarpışmalarının karmaşık çalışması gibi faktörlerle kısıtlanan ACU algoritmasını nihai gerçek araç çarpışmasını kullanarak kalibre etmek imkansızdır. Aynı zamanda, hızlanma sensörünün üretim ve üretim sürecinde birçok arıza modu da vardır ve dahili arızası hızlanma sensöründe simüle edilemez, bu nedenle ACU'nun sürücüye, işlevin arızasını engelleyemediğinde ürünü zamanında onarması / değiştirmesi gerektiğini hatırlatıp doğrulayamayacağı nasıl doğrulanır? Güvenlik sorunu da en önemli önceliktir.
Yukarıdaki nedenler ışığında, ivme sensörü için donanım simülasyonu yukarıdaki sorunları çözmenin tek yoludur. Donanım simülasyon testi sürecinde, çarpışma sinyali, hızlanma verileri, kayıt durumu vb. Tümü yapılandırılabilir olduğundan, basit çalışma, yüksek tutarlılık ve düşük maliyet avantajlarına sahiptir.
Bu makale, Freescale'in PSI5 hızlanma sensörü MMA5124LWR2'yi örnek olarak alıyor ve ACU ile veri etkileşimi için hızlandırma sinyallerini simüle etmek için tek çipli mikro bilgisayarı kullanıyor. Yapılandırma dosyaları (sensör başlatma bilgileri, kayıt bilgileri, hataları simüle edip etmeme vb. Dahil) ve hızlanma bilgileri, CAN arayüzü aracılığıyla mikro denetleyiciye önceden implante edilir ve tetikleme ile çarpışma simüle edilir ve çarpışma sırasında hızlanma sinyali gönderilir. Bu şekilde, temel veri iletişimi, çarpışma simülasyonu, hata enjeksiyonu ve diğer işlevler gerçekleştirilebilir ve algoritmaları kalibre etmek ve yazılım sağlamlığını doğrulamak için geleneksel araç doğrulamasının yerini alabilir.
1 PSI5 iletişimine giriş
PSI5 (Çevresel Sensör Arayüzü) ilk olarak, özellikle hava yastığı hızlanma sensörlerinin iletişimi için Bosch, Autoliv ve Continental tarafından kurulan "PSI5 Komitesi" tarafından ortaklaşa geliştirildi. PSI5, milyonlarca hava yastığı kontrol sisteminde doğrulanmış bir açık standart olduğundan, düşük maliyetli ve uygulaması kolay teknik özellikleri, PSI5'i diğer otomotiv sensörleri için de uygun kılar.
PSI5, iki kablolu beslemeli sensörler ve veri iletimi kullanır. Hava yastığı kontrol modülü sensöre voltaj sağlar ve sensörden ACU'ya veri, güç hattının mevcut modülasyonu yoluyla iletilir.
Veri iletimi Manchester kodlamasını benimser, mevcut düşüş "0" mantığını temsil eder ve mevcut artış "1" mantığını temsil eder. Her veri çerçevesi 2 bit başlangıç biti, 10-20 bit veri biti, 1 bit eşlik kontrol biti veya 3 bit CRC kontrol bitinden oluşur. Tek çerçeve veri yapısı Şekil 1'de gösterilmektedir.
2 Döngü içi donanım simülasyon sistemine giriş
Döngüdeki donanım simülasyonu, simüle edilmiş ortamda fiziksel donanımın gerçek zamanlı dinamik simülasyon teknolojisini ifade eder. Simülasyon ortamı yalnızca veri giriş ve çıkış testini değil, aynı zamanda sinyal simülasyonu, hata enjeksiyonu ve zamanlama kontrolü gibi karmaşık görevleri de gerektirir. Sinyal üretecinin sinyal kaynağı talebi karşılayamaz ve gerçek ürün testinde yüksek maliyet, uzun süre ve belirsiz koşullar gibi etkenler vardır ve bu da testin yapılmasını imkansız hale getirir. Bilgisayar teknolojisinin gelişmesiyle birlikte, kontrol sistemi yazılım ve donanımını geliştirmek ve test etmek için donanım-in-the-loop simülasyon teknolojisi kullanılmıştır.
ACU'nun geliştirilmesinde hava yastığının patlatılıp patlatılmadığının giriş sinyali olarak ivme sensörü kullanılır Herhangi bir hata ciddi sonuçlara yol açabilir. İvme sensörünün simülasyonu, araç çarpışma deneyini simüle edebilir ve deney maliyetini düşürebilir.Aynı zamanda, ürün geliştirme döngüsünü etkin bir şekilde kısaltan, sorunları önceden bulan ve ürün risklerini kontrol eden yazılım geliştirme sırasında hata enjeksiyon testi gerçekleştirilebilir.
3 donanım tasarımı
(1) Mikrodenetleyici ünitesi
DSPIC33FJ128GP706, 1 saniyeden fazla analog hızlandırma verisi depolayabilen, 128 KB Flash bellek ve 16 KB yonga üzerinde RAM ile Microchip tarafından sunulan yüksek performanslı 16 bit dijital sinyal denetleyicisidir; DSP DMA talimatları hızlı veri işleme sağlayabilir, Test süresinden tasarruf edin; hızlı harici konfigürasyon elde etmek için yüksek hızlı CAN arayüzünü kullanın; çip üzerinde AD arayüzü, sensör besleme voltajı algılaması için kullanılır. Bu özel özelliklere dayanarak karmaşık sistem gereksinimleri gerçekleştirilebilir.
(2) Ana bilgisayar arayüzü
Sistem, üst bilgisayara bağlanmak için yüksek hızlı CAN kullanır, baud hızı 500 K'dir ve veri uzunluğu 8 B'dir. İletilecek hızlandırma verisinin en fazla 2 KB olduğu ve veri çerçevesi gönderme döngüsünün 10 ms olduğu varsayıldığında, tüm verilerin gönderilmesi için gereken süre, tasarımın izin verilebilir aralığı içinde yaklaşık 2.56 sn'dir. Aynı zamanda, simüle edilmiş sensör çalışırken, üst beyin, CAN arabirimi üzerinden arıza enjeksiyonunu ayarlayabilir.
(3) AD arayüz ünitesi
ECU tarafından sağlanan voltajı gerçek zamanlı olarak izlemek için MCU'nun yerleşik AD arayüzünü kullanın Voltaj 5,5 V'den büyük olduğunda, sistemin analog sensöre güç sağladığı ve sensör başlatma aşamasına girmeye başladığı anlamına gelir.
(4) Harici tetikleyici
Harici tetikleme işlevi sayesinde, çarpışmanın sıfır momentini simüle etmek için kullanılır. Tetik sinyali döndüğünde, aracın şiddetli bir çarpışma yaşadığı anlamına gelir.Bu anda, simülatörde önceden ayarlanmış hızlanma verileri PSI5 arayüzü üzerinden ACU'ya gönderilir ve çarpışma simülasyonu gerçekleştirilebilir. Bu tür bir çarpışma kısa bir süre, genellikle sadece birkaç yüz milisaniye sürer Çarpışma hızlandırma bilgisini saklamak için mikrodenetleyicinin RAM'i kullanılarak hızlı bir şekilde okunabilir. Bir çarpışmanın meydana gelmesinden çarpışma hızlanmasının aktarılmasına kadar, maksimum gecikme 250 s'dir (yani, bir PSI5 iletim döngüsü).
(5) ACU bağlantı ünitesi
PSI5 iletişim verileri Manchester kodlamasında mevcut sinyal tarafından iletildiğinden, MCU çıkış sinyali, ACU tarafından doğrudan tanınamayan bir voltaj sinyalidir.Bu nedenle, MCU çıkış sinyalinin kontrol terminali olarak kullanılması gerekir.Seviye değiştiğinde, akıma ulaşmak için karşılık gelen yük farklıdır Değişimin amacı.
ACU ile bağlantılı olarak, sensör güç hattının akımını ayarlamak için G / Ç bağlantı noktasını kullanabilirsiniz, ancak G / Ç bağlantı noktası çok fazla MCU kaynağı kullanır ve kararlılık zayıftır.Bu nedenle, MCUnun SPI arabirimi ana modda çalışmak için kullanılır. Kullanılan sinyal hattı SCK ve MOSI'dir.
PSI5 veri çerçeve formatı bakış açısından, her bir PSI5 biti, yüksek ve düşük seviyeler değiştirilerek gerçekleştirilebilir Bu nedenle, SPI hızı, PSI5'in iki katı iletişim hızına sahip olmalıdır. Boş durumda MOSI sinyal seviyesi kontrol edilemediğinden, 4 seri-giriş ve seri-çıkış 8-bit kaydırma yazmaçları SN74LV166AD eklenir ve SPI SCK sinyal hattı, 32-bit SPI sinyal iletimini gerçekleştirmek için kaydırma yazmacını çalıştırmak için kullanılır.
Şekil 2'de gösterilen ACU bağlantı parçası devresi.
4 Yazılım tasarımı
MMA5124LWR2'nin simüle edilecek PIS5 iletişim modu 125 kb / s asenkron iletişimdir ve hızlanma verisi çıkış hızı 250 s'dir.Güç başlatma tamamlandıktan sonra hızlandırma verileri sürekli olarak ACU'ya gönderilir. Hızlandırma verilerinin ilklendirilmesi ve iletiminin tümü, PSI5 iletişimi aracılığıyla yapılır. Sensör başlatma işlemi Şekil 3'te gösterilmektedir.
Çipin kullanım kılavuzundan, yonganın yalnızca güç açıldıktan sonra ACU FILC yongası ile PSI5 iletişim veri etkileşimine sahip olduğu anlaşılabilir.Bu nedenle, işlevini simüle etmek istiyorsanız, bunu elde etmek için gücü açtıktan sonra yalnızca belirtilen PSI5 verilerini göndermeye devam etmeniz gerekir. Temel fonksiyonların simülasyonu. Simülasyon ortamında, ACU'nun FLIC yongası sensör güç kaynağı voltajını sağlar ve emülatörün güç kaynağı harici bir güç kaynağı tarafından kontrol edilir. Emülatör çalıştırıldıktan sonra, önce CAN mesajı ile gönderilecek PSI5 verilerini belirtin FLIC çipinin sensör voltajını sağladığını tespit ettikten sonra önceden ayarlanmış PSI5 verilerini gönderin.
Kaydırma yazmacının mandallama özelliklerinden dolayı, her seferinde gönderilen PSI5 verilerinin ikinci 32-bit SCK altında gönderileceği unutulmamalıdır. Bu donanım özelliğine göre, sensör açıldıktan sonra, kaydırma yazmacının verilerini temizlemeye ek olarak, SPI verilerinin ilk çerçevesinin önceden gönderilmesi de gereklidir. SPI verisinin ikinci çerçevesi gönderildiğinde, birinci veri çerçevesi kaydıran yazmacın dışına taşınır.
Döngüdeki donanımda, sensörün çalışmasını doğru bir şekilde simüle etmenin yanı sıra, bir çarpışma sırasında hızlanma sinyalleri ve çeşitli hata koşulları gibi analog sensörün çeşitli çalışma koşullarını ayarlamak ve kayıt değeri hatalarını, iletişim hatalarını ve veri hatalarını rapor etmek de gereklidir. Bu uygulama projesinde, karşılık gelen yazılım parametrelerini yalnızca DSPIC33FJ128GP706'nın CAN iletişimi aracılığıyla yapılandırmak gerekir.Yüksek CAN oranı ve DSP depolama verileri DMA modunda iletilebildiğinden, hızlı yapılandırma elde edilebilir.
Yazılım uygulama süreci Şekil 4'te gösterilmektedir.
5 Sistem doğrulama
Simülasyon testi sırasında, orijinal hızlandırma çipinin çıkarılması ve simülasyon cihazının ACU devresine bağlanması gerekir.Aynı zamanda, iletişim kurmayan sensörün arızasını tespit etmek için ACU'nun bir teşhis fonksiyonuna sahip olması gerekir.
Döngüdeki donanım simülasyon test sisteminin doğrulanması esas olarak iki yönden başlar: (1) Test edilen ürün, donanım simülasyon platformundan ayrıldıktan sonra doğru şekilde çalışamazsa, test edilen ürün bir simülasyon ortamında çalışırken simüle edilmiş sinyal gerçek sinyalle eşleşir. Doğru ve sorunsuz çalışmayı başarabilir; (2) Simülasyon testleri gerçekleştirirken, simülasyon verilerini içe aktarır ve test edilen ürün beklenen hedefe göre çalışabilir ve simülasyon verileri, ACU tarafından izlenen hızlandırma verileriyle tutarlı olmalıdır.
Simüle edilen sinyalin osiloskop ekran görüntüsü Şekil 5'te gösterilmektedir. PSI5 sinyalinin çok eksiksiz olduğu ve normal olarak ACU tarafından tanınabilir olduğu şekilden görülebilir.Aynı zamanda, başlangıç bit hatası, kontrol bit hatası ve veri hatası gibi çeşitli sinyal hataları, SPI sinyali kontrol edilerek kolayca simüle edilebilir. Hava yastığı kontrol modülünün sağlamlığını doğrulayın.
ACU algoritmasının geliştirilmesi sırasında simülatör, gerçek çarpışma sırasında üretilen hızlanma sinyalini simüle edebilir, böylece ACU'nun çarpışma ortamında olduğunu düşünmesini sağlayarak algoritmanın gelişimini doğrular ve sonraki çarpışma deneyleri için çok sayıda değerli kaynak tasarrufu sağlar.
6. Sonuç
Bu analog sensör, bir hızlanma sensörünün temel işlevlerini gerçekleştirir ve hata enjeksiyonu ve çarpışma simülasyonu gibi özel işlevleri gerçekleştirebilir. Gerçek simülasyon sonuçlarına bakıldığında, tüm performans göstergeleri tasarım gereksinimlerine ulaştı ve sorunsuz çalışıyor Takata ACU'nun geliştirilmesine ve test edilmesine başarıyla uygulandı.
Referanslar
PSI5 Steering Committee. Otomotiv uygulamaları için çevresel sensör arayüzü. (2012-08-10). Http://psi5.org/specification/.
Zhang Yonggang, Liu Zhifeng. Otomobil hava yastıklarının elektronik kontrol sisteminde döngü içi donanım simülasyon teknolojisinin uygulanması Elektronik teknolojisi ve yazılım mühendisliği, 2014 (24): 251-255.
Wu Weibin, Hong Tiansheng, Li Zhen vb. Sanal alet teknolojisine dayalı bir benzinli motor ECU simülasyon test sistemi. Mikrobilgisayar Bilgileri, 2006 (8): 205-208.
Zhu Hui, Wang Liqing. Otomotiv kontrol sistemlerinin geliştirilmesinde döngü içi donanım simülasyonunun uygulanması Otomotiv Teknolojisi, 1998 (12): 7-9.
Freescale Semiconductor (China) Co., Ltd. Freescale, PSI5 standardını karşılayan otomotiv hava yastığı sistemi ürünlerini piyasaya sürdü Elektronik Ürünler Dünyası, 2010, 17 (6): 27-27.
Freescale.PSI5 atalet sensörü. (2016-04-12) .http: //cache.nxp.com/files/sensors/doc/data_sheet/MMA51xxLW.pdf.
