剖析汽车ECU工作原理以及架构演变

　　导语：朱玉龙在文章中写道，从历史上来看，安全系统的ECU架构是从3MCU=》2MCU=》1多核MCU+外部monitor，双MCU，或者说是MCU+外部ASICMCU的架构。在软件上看有两点：一是主MCU和监控MCU采用Hearbeat监控MCU工作状态，二是采用Data Mirroring的方式进行运行状况监测。

　　ECU（ electronic control unit ）即电子控制单元，泛指汽车上所有电子控制系统，它是由输入电路、微机和输出电路等三部分组成。随着汽车电子自动化程度的越来越高，汽车零部件中也出现了越来越多的ECU参与其中，线路之间复杂程度也急剧增加。

　　ECU有输入处理电路、微处理器、输出处理电路、系统通信电路及电源电路组成，其结构如下图所示：

　　工作原理：输入电路接受传感器和其它装置输入的信号，对信号进行过滤处理和放大，然后转换成一定伏特的输入电平；从传感器送到ECU输入电路的信号既有模拟信号也有数字信号，输入电路中的模／数转换器可以将模拟信号转换为数字信号，然后传递给微机；微机将上述已经预处理过的信号进行运算处理，并将处理数据送至输出电路；输出电路将数字信息的功率放大，有些还要还原为模拟信号，使其驱动被控的调节伺服元件工作。

　　根据《Delphi Secured Microcontroller Architecture》一文，里面叙述了Delphi的双核MCU+外部monitor的架构。如下图所示：

　　从历史上来看，安全系统的ECU架构是从，3MCU=》2MCU=》1多核MCU+外部monitor。

　　双MCU，或者说是MCU+外部ASICMCU的架构，硬件上如下所示：

　　1）主MCU和监控MCU都读取相应的传感器信号

　　2）监控MCU可以控制驱动桥

　　3）主MCU和监控MCU都具备单独的Hardware watchdog

　　软件上

　　1）主MCU和监控MCU采用Hearbeat监控MCU工作状态

　　2）采用Data Mirroring的方式进行运行状况监测

　　由于同构双核锁步（LSM），两内核以锁步模式运行，运行相同的指令，对两个内核的执行结果进行比较。如果两个通道的输出中发现任何不一致的地方，那么将由硬件标识为故障，进入安全模式。

　　同时，有一则很有趣的Watchdog和MCU双向检测的设计，确实是很好玩的设计

　　目前在一些中高级轿车上，不但发动机上应用ECU，在其它许多地方都可发现ECU的踪影，如ABS系统、四轮驱动系统、电控自动变速器、主动悬架系统、安全气囊系统、多向可调电控座椅等都配置有各自的ECU。同时，随着半导体技术发展，使得硬件自检自查带来的MCU完整性问题，可以解放很多的MCU软件资源，当然了，高安全的要求，使得大家的选择越来越有限，马太效应也越来越明显。