微控制器测量技术的重大飞跃

创新的ECU测量理念——实现测量数据速率最大化的同时对CPU运行时间的影响最小



随着 ECU复杂程度的增加，ECU的数据量越来越大，测量和标定参数也越来越多。而先前所采用的测量、标定及Flash刷写的解决方案在数据带宽上的局限已经越加明显。正是基于这种背景，Robet Bosch公司开始寻求更加强大的、具有未来竞争力的新的测量解决方案，以满足下一代ECU开发的需求，尤其是新一代大范围雷达传感器的开发。
Bosch所研发的大范围雷达传感器LRR3（Long-Range Radar）工作频率可高达77 GHz，其为汽车内许多安全系统和驾驶辅助系统提供信号输入，包括各种版本的安全预测系统（Predictive Safety System, PPS）和自适应巡航控制系统（Adaptive Cruise Control, ACC）。这些汽车电子行业中最小的雷达传感器，自2009年初就被应用于汽车生产，以其远程采集范围可达250米，宽孔径角可达45°的优势而备受关注。同时其价格优势更使其拥有覆盖从豪华车到中端车以及商用车非常广泛的应用领域。然而，Bosch的工程师在进行该项研发过程中的测量和标定环节遇到了麻烦。除数据测量和记录外，标定及Flash刷写等都亟需更高效的解决方案，要求低延迟时间和极高的数据传输速率特性。

从技术层面来看，测量系统的模块化以及使用标准化的PC接口都是必要的。产品ECU样机的研发可以使研发轻松地过渡到后阶段的生产。为了获取大量的测量信号（多达100,000个）并保证数据的准确性，数据速率必须至少达到4 MB/s，同时要确保对处理器运行时间的影响要尽可能小。

现有的解决方案：低数据速率，高CPU负载

在使用标准化测量和标定协议CCP或XCP-on-CAN、FlexRay、JTAG或SPI的解决方案时，集成于ECU中的协议驱动负责周期性读取、拷贝及上传测量和标定信号值。由于测量数据量比较大，该驱动需要占用的内存资源相应也会比较大，而ECU的RAM资源却又非常有限。此外，总线负载也会随之增加，这些都将对ECU软件造成负面的影响。当前的数据测量方案有效速率可覆盖从基于CAN总线的50 KB/s到基于FlexRay，JTAG及SPI的最大400 KB/s的范围。

微处理器上的高性能调试接口提供了新的可能的解决方案

Bosch决定与Vector的相关技术专家共同合作设计一个全新的测量及标定系统。测量接口将采用目前越来越多的中端微处理器都具有的调试用数据跟踪接口。以标准的Nexus Class 3接口为例，其能以最小的处理器负载向外界传递ECU的内部变化的信息。

该方法的基本原理是通过调试接口从ECU内部获取数据，然后通过一根特定的高速线缆将数据传送给外部的测量适配器。数据的传输遵循特定的串行通信协议，而外部的测量适配器则能通过标准化的XCP-on-Ethernet协议将实际测量数据传输至独立于ECU 的PC机之上的应用程序。

在此项目中，ECU的接口连接到一个联接件(POD)上，结构十分紧凑且易于在ECU上安装。POD包含获取和传送测量数据所需的所有的电子元器件。为了确保正常工作，POD完全可以兼容当前所有ECU的机电工作环境。例如，POD可安装在发动机舱的重要位置进行工作，这也是Bosch研发项目很重要的一个要求。  

带镜像内存的测量适配器

一根长达5米的高速串行连接（High Speed Serial Link, HSSL）线缆可将POD连接至Vector VX1000系统中的VX1110基础模块（测量适配器）。该模块主要由一个FIFO缓存、DPRAM以及存放在RAM中的XCP驱动组成。用户可以事先定义两个ECU内存区域，上位机对这两个区域内的参数进行写访问时，参数可以通过HSSL连接器和调试接口上传至基础模块中的FIFO缓冲器，然后参数值被修改并写入DPRAM。从逻辑层面来讲，既然该数据与存储于ECU的数据相同，那么DPRAM总是对ECU内存区域中当前值的镜像。这个方法的一个重要特征是所有的测量过程都通过该镜像内存发生。若要初始化测量数据，只需使ECU将事件序号写入到测量数据所在的内存地址。此时，FIFO与DPRAM的连接断开，将内存映射“冻结”在该触发时间点，这保证了数据在测量时间段内可以保持不变，XCP驱动便可以按协议对数据进行处理。

VX1100和PC上的测量、标定工具之间遵循XCP-on- Ethernet测量和标定协议，传输速率可高达5 MB/s。稳定性好、耐高温的HSSL电缆可以确保引擎舱内数据传输无误，即使数据传输出现错误，重发机制将迅速提供数据包的副本。

从该系统的性能来看该项目是非常有价值的。VX1000测量系统令人印象最深刻的是其测量数据的速率可高达5 MB/s，标定速率可达到约1 MB/s，同时可游刃有余地处理100,000个Bosch应用程序参数。时戳的精度可高达1微秒，同时Bypass的周期时间可低至300微秒。