基于ARM的汽车电子控制系统单元设计

随着电子控制系统单元（ecu）在汽车上广泛应用,汽车电子化程度越来越高。电控系统的增加虽然提高了汽车的动力性、经济性和舒适性,但随之增加的复杂电路,必然导致车身布线庞大而且复杂,安装空间短缺。同时,为了提高电控单元信息利用率,要求大批的数据信息能在不同的电子单元间共享,汽车综合控制系统中大量的控制信号也需要实时交换,不同功能电子控制系统单元间的数据通信变得越来越重要。因此对电子控制系统单元的设计提出了越来越高的要求,不仅要求通信网络应具有通信速率高、准确、可靠性高的特点,同时要求控制模块上应具有控制实效性高、空间小等优点。　　本文采用了基于can总线技术,设计开发了应用于汽车网络系统中的电子控制系统单元。　　1 电子控制系统单元can通信模块的设计　　根据can通信原理,电子控制系统单元can通信模块硬件主要由can控制器、can驱动器及中心微处理器构成。传统的can通信模块采用51系列的单片机作为中心处理器,sja1000作为can控制器,pca82c250作为can驱动器。这种方案所占空间大,外围接口扩展局限,同时功耗高。本设计中,我们采用内嵌有can控制器的lpc2119和tja1050总线驱动器构成电子控制系统单元的can通信模块。can通信模块硬件图如图1所示。　　lpc2119内带有arm7内核,具有封装小、功耗低、多个32位定时器、4路10位adc、2路can以及多达9个外部中断等优点。tja1050是philips公司生产的,用以替代pca82c250的高速can总线驱动器。该器件提供了can控制器与物理总线之间的接口以及对can总线的差动发送和接收功能。对于由"弱"终端构成的端节点,tja1050外围的电阻和电容能改善系统的emc性能。实践证明,采用lpc2119和tja1050构造can通信模块,外围扩展能力强,空间小,同时改进电磁辐射（eme）性能和抗电磁干扰（emi）性能。　　2 电子控制系统单元控制模块的设计　　传统的"蜘蛛网式"控制模块,电路复杂,维修难度高。本设计中,我们采用功率模块、人机通信模块、状态量输入模块的结合,构造出电子控制系统单元控制模块,提高了整个系统的可观性和实效性。控制模块硬件图如图2所示。　　2.1 功率模块　　考虑到汽车功率负载大及lpc2119的i/o口驱动的局限,系统中采用功率模块作为中心微处理器与功率负载之间的桥梁。　　设计中,我们采用摩托罗拉公司生产的mc33888功率器件控制远光灯、近光灯、倒车灯、刹车灯。mc33888内部集成有四路高端灯驱动器和8路继电器或发光二极管驱动器,是一个可控制网络,具有在板诊断、与微控制器通信报错能力及故障软化等优点。考虑到车内灯和示廊灯的功率相对比较大,我们采用mc33487功率器件进行控制。mc33487内部集成两路带有电流感应的20毫欧姆高端驱动器,电流输出4.5a.感性负载以及大电流的短路保护是整个设计的难点。mc33887具有功耗低、等待模式下电流25微安、输出电流超过8安的短路关断等优点,所以系统采用mc33887功率器件对电机、锁、天线、洗涤泵进行控制。　　2.2 人机通信模块　　为了提高驾驶员和乘客的舒适性、安全性,整个系统必须在人和机器之间建立良好的人机通信模块。bc7281、键盘模块及外围的led之间的结合,构造出人机通信模块。bc7281是比高公司推出的16位数码管显示及键盘接口专用芯片。该芯片通过外接移位寄存器（74hc164、74ls595等）可控制16位数码管或者128只独立的led。bc7281的驱动输出极性及输出时序均可通过软件进行控制,从而和各种驱动电路配合,适合任何尺寸的数码管。　　通过人机通信模块,人的意识能够为机器所识别,同时机器也可以将一些相应的状态信息反馈到led或者lcd上,达到人机通信的可视化效果。　　2 3 状态量输入模块　　状态量输入模块主要是将一些人为操作的效果（如大灯开关、转向灯开关）、车身状态（如车门、窗的开关）及内部状态信息（如油量、水温）反馈给中心处理器。中心处理器对反馈信息进行分析处理,就可以准确判断本车所处的状况,并做出相应的操作。　　外部状态信息可以分为开关量和模拟量。通过一