車載電子設(shè)備的睡眠及覺醒管理

車載電子設(shè)備的睡眠及覺醒管理

隨著汽車電子技術(shù)的快速發(fā)展，車載電子設(shè)備的數(shù)量也顯著增加。出于對(duì)各種電子設(shè)備工作的智能化要求,很多電子設(shè)備在鑰匙斷開(KEY_OFF)后也必須能保持工作狀態(tài),如發(fā)動(dòng)機(jī)電控單元在鑰匙斷開后必須繼續(xù)再通電一段時(shí)間來(lái)進(jìn)行故障碼等信息的儲(chǔ)存,音響設(shè)備在鑰匙斷開后必須要維持時(shí)鐘運(yùn)行并存儲(chǔ)電臺(tái)、音量設(shè)置等信息,BCM在鑰匙斷開后更是要維持中控鎖、車身防盜、懶人鎖等系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn),同樣儀表在鑰匙斷開后也要完成指針回位等一系列工作,并要隨時(shí)監(jiān)控各種輸入信息,進(jìn)行聲、光指示和提示工作。所有電子設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)都要耗能,在鑰匙斷開后蓄電池是整車惟一的能量來(lái)源。在車輛較長(zhǎng)時(shí)間停放時(shí),如果各種電子設(shè)備累積消耗電量過多,就會(huì)產(chǎn)生因蓄電池虧電導(dǎo)致車輛無(wú)法起動(dòng)等嚴(yán)重問題,因此必須對(duì)各電子設(shè)備在鑰匙斷開后的工作進(jìn)行合理、嚴(yán)格的控制,一般通過設(shè)置各個(gè)車載電子設(shè)備合理的睡眠條件使其進(jìn)入睡眠省電模式來(lái)實(shí)現(xiàn)。電子設(shè)備的控制單元(MCU)進(jìn)入睡眠后,其外部晶振停振,且CPU、定時(shí)器、I/O口全部停止工作,只有外部中斷繼續(xù)工作,使其進(jìn)入睡眠模式的指令將成為睡眠前單片機(jī)執(zhí)行的最后一條指令。進(jìn)入睡眠模式后,芯片中程序未涉及到的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和特殊功能寄存器中的數(shù)據(jù)都將保持原值,可由外部中斷或者硬件復(fù)位模式喚醒單片機(jī)。由于I/O口停止工作,控制單元控制的外圍電路也停止工作,不再耗能。經(jīng)實(shí)測(cè),汽車儀表的耗電量在睡眠前與睡眠后相比相差兩個(gè)數(shù)量級(jí)(100倍左右)。同樣由于智能控制的需求,處于睡眠狀態(tài)的電子設(shè)備必須隨時(shí)可以被中斷或復(fù)位喚醒進(jìn)入工作狀態(tài),并能在睡眠條件滿足后再次進(jìn)入睡眠。合理的睡眠及喚醒管理不但可實(shí)現(xiàn)整車智能化對(duì)電子設(shè)備性能的要求、降低鑰匙斷開后的整車電子設(shè)備對(duì)蓄電池的消耗,還能提高電子設(shè)備MCU的使用壽命。1ossknm解決睡眠危機(jī)的問題車輛上各電子設(shè)備不是獨(dú)立工作的,他們之間需要進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和通信。車載CAN總線是現(xiàn)在常用的數(shù)據(jù)交換和通信系統(tǒng)。但CAN總線系統(tǒng)只是滿足了各電子設(shè)備間數(shù)據(jù)交換和通信的要求,而對(duì)于何種情況下電子設(shè)備需要發(fā)送(接收)數(shù)據(jù)、什么情況下需要停止數(shù)據(jù)的接收(發(fā)送)等沒有統(tǒng)一的管理和規(guī)范,這樣會(huì)造成鑰匙斷開后仍需工作的電子設(shè)備數(shù)據(jù)發(fā)送和接收的混亂,從而影響到各系統(tǒng)的正常工作和睡眠,使用OSEK網(wǎng)絡(luò)管理(OSEKNM)則可以解決這一問題。OSEK是一個(gè)用于汽車電子、帶有接口的開放式系統(tǒng)規(guī)范,包括OSEK操作系統(tǒng)、OSEK網(wǎng)絡(luò)管理、OSEK通信和OSEK實(shí)現(xiàn)語(yǔ)言,其中OSEK網(wǎng)絡(luò)管理在配備CAN總線系統(tǒng)的車輛上中已得到了廣泛的應(yīng)用。OSEKNM(一般采用直接網(wǎng)絡(luò)管理)是分布式網(wǎng)絡(luò)管理,沒有中央節(jié)點(diǎn),通過邏輯環(huán)將各節(jié)點(diǎn)連接在一起,通過即時(shí)NM消息在各節(jié)點(diǎn)間的傳遞,實(shí)現(xiàn)各節(jié)點(diǎn)的統(tǒng)一管理。OSEKNM提供了一個(gè)協(xié)商機(jī)制,來(lái)保證網(wǎng)絡(luò)上的所有通信節(jié)點(diǎn)在同一時(shí)刻進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)睡眠:某節(jié)點(diǎn)滿足本地睡眠條件后,將NM幀中的睡眠請(qǐng)求位置1并發(fā)送,收到此消息的節(jié)點(diǎn)如果也滿足網(wǎng)絡(luò)睡眠條件,則把該請(qǐng)求發(fā)給自己的邏輯后繼,以次類推。如果該睡眠請(qǐng)求在邏輯環(huán)(ring)上傳遞了一周,發(fā)出睡眠請(qǐng)求的第一個(gè)節(jié)點(diǎn)再將NM幀睡眠響應(yīng)位置1并發(fā)送,接收到睡眠響應(yīng)消息的節(jié)點(diǎn)停止發(fā)送ring消息,并設(shè)置定時(shí)器tNM。當(dāng)定時(shí)器tNM到時(shí),節(jié)點(diǎn)進(jìn)人網(wǎng)絡(luò)睡眠模式,此時(shí)總線上不再存在NM消息,NM切換到NMBusSleep狀態(tài)并通知應(yīng)用程序。表1為某儀表網(wǎng)絡(luò)管理幀示例。OSEKNM對(duì)網(wǎng)絡(luò)的喚醒也類似。當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)本地激活后需要與其它節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信時(shí),先要發(fā)送網(wǎng)絡(luò)管理幀激活遠(yuǎn)程節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò),一般通過發(fā)送IC_NMAlive位置1的OSEKNM幀,遠(yuǎn)程節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)到OSEKNM幀后,激活本節(jié)點(diǎn)的本地網(wǎng)絡(luò),喚醒MCU,開始總線數(shù)據(jù)收發(fā)準(zhǔn)備。綜上,OSEK網(wǎng)絡(luò)管理可實(shí)現(xiàn)對(duì)車載電子設(shè)備睡眠和喚醒的遠(yuǎn)程管理。2儀表的睡眠和喚醒管理作為集中顯示整車信息的重要人機(jī)界面工具的智能化儀表,在嵌入OSEKNM功能后,其睡眠和喚醒不僅受本地觸發(fā)條件控制,還要受網(wǎng)絡(luò)上遠(yuǎn)程總線信號(hào)控制。儀表的睡眠和喚醒管理就是:(1)儀表通過軟件實(shí)現(xiàn)預(yù)設(shè)的睡眠和喚醒的控制邏輯;(2)實(shí)時(shí)采集影響睡眠和喚醒的本地信號(hào)及遠(yuǎn)程總線信號(hào);(3)對(duì)采集到的信號(hào)按控制邏輯進(jìn)行綜合處理和判斷,然后作出睡眠或喚醒的反應(yīng)。下面以某車型具有OSEK網(wǎng)絡(luò)管理功能的汽車總線式儀表為例,對(duì)睡眠及喚醒管理在信號(hào)采集和控制邏輯方面進(jìn)行探討,具體的軟件可通過C語(yǔ)言等進(jìn)行編程,并將程序嵌入到MCU的應(yīng)用程序中來(lái)實(shí)現(xiàn),對(duì)此過程在此不作詳細(xì)介紹。2.1儀表的輸出特性總線式儀表效果圖如圖1所示,總線儀表輸入信號(hào)列表如表2所示。儀表睡眠和喚醒的一般要求:儀表自身需處理的信號(hào),包括從PIN腳輸入和從總線接收的信號(hào),及儀表通過PIN腳輸出和需要在總線上發(fā)送的信號(hào),會(huì)對(duì)儀表睡眠和喚醒產(chǎn)生影響。儀表不需處理的信號(hào),包括總線信號(hào),不能影響儀表進(jìn)入睡眠(或喚醒儀表)。2.2設(shè)備睡眠管理因?yàn)閮x表在鑰匙接通狀態(tài)要正常工作的,不存在進(jìn)入睡眠的情況,所以儀表的睡眠管理是基于整車鑰匙斷開狀態(tài)的管理。2.2.1儀表睡眠模擬分析在鑰匙斷開狀態(tài),儀表中仍需工作的部分如下。(1)背景照明及小燈工作指示燈;(2)緊急燈和左、右轉(zhuǎn)向燈的指示燈;(3)其它不需MCU控制僅靠外部電源或搭鐵直接點(diǎn)亮的指示燈;(4)聲音提示功能:鑰匙未拔長(zhǎng)鳴提示,車門打開、小燈未關(guān)長(zhǎng)鳴提示,左右轉(zhuǎn)向及緊急燈聲音模擬提示;(5)總線網(wǎng)絡(luò)管理報(bào)文及其它報(bào)文的收發(fā)及處理。對(duì)儀表睡眠的影響因素分析如下。(1)背景照明邏輯需通過MCU控制實(shí)現(xiàn),會(huì)影響儀表睡眠;(2)緊急燈和左右轉(zhuǎn)向燈、遠(yuǎn)光燈指示燈需通過MCU控制實(shí)現(xiàn),會(huì)影響儀表睡眠;(3)靠外部電源或搭鐵直接點(diǎn)亮的指示燈(如車身防盜鎖指示燈),由于這部分信號(hào)不進(jìn)MCU,不影響儀表的睡眠;(4)所有聲音提示功能均通過MCU驅(qū)動(dòng),會(huì)影響儀表睡眠;(5)對(duì)于網(wǎng)絡(luò)管理報(bào)文及其它報(bào)文,當(dāng)儀表不再需要進(jìn)行遠(yuǎn)程通信時(shí),發(fā)出網(wǎng)絡(luò)睡眠請(qǐng)求(IC_NMSleepIndication置1),在邏輯環(huán)上運(yùn)行一周后,儀表發(fā)出睡眠響應(yīng)(IC_NMSleepAck置1)并設(shè)置睡眠定時(shí),定時(shí)到后儀表進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)休眠狀態(tài),此狀態(tài)總線通信功能不再影響儀表進(jìn)入休眠。2.2.2號(hào)的采集及處理儀表通過差模濾波器、總線收發(fā)器(TAJ1041)、MCU內(nèi)部集成的總線控制器、MCU進(jìn)行總線信號(hào)的采集及處理。2)硬線信號(hào)的采集硬線信號(hào)采集電路如圖2所示。左轉(zhuǎn)向、右轉(zhuǎn)向、小燈、遠(yuǎn)光信號(hào)通過相應(yīng)的PIN腳輸入儀表,儀表經(jīng)過圖2所示的電路進(jìn)行處理后,將其送入MCU的中斷PIN腳PR0。檢測(cè)到上述信號(hào)有效(輸入高電平)時(shí),儀表不能進(jìn)入休眠,僅當(dāng)上述信號(hào)無(wú)效時(shí),儀表才可以進(jìn)入休眠。2.2.3睡眠管理的邏輯定位儀表的睡眠管理的邏輯設(shè)定見表3。除表3所列條件外,其它外部條件及信號(hào)不能影響儀表進(jìn)入睡眠。2.3設(shè)備電源管理儀表的喚醒管理同樣包括總線喚醒和硬線通過PIN腳喚醒2種喚醒方式,2種方式最終都是通過硬中斷來(lái)喚醒儀表。2.3.1網(wǎng)絡(luò)激活幀的處理當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)需要通過總線激活儀表時(shí),必須首先發(fā)送網(wǎng)絡(luò)管理激活幀(NMAlive置1),儀表通過差模濾波器、收發(fā)器接收到信號(hào)后,將信號(hào)發(fā)至CAN控制器,CAN控制器首先進(jìn)行驗(yàn)證過濾,確定是需要接收的信號(hào),然后判斷如果是正確的網(wǎng)絡(luò)管理激活幀,則將相應(yīng)的寄存器置位1,向MCU發(fā)送中斷信息,喚醒MCU進(jìn)行總線報(bào)文的收發(fā)及處理。因此,要通過總線激活儀表,必須先發(fā)網(wǎng)絡(luò)管理激活幀,其它的總線信號(hào)不能喚醒儀表。2)硬線信號(hào)的采集通過PIN腳喚醒的電路分為鑰匙接通檢測(cè)喚醒和鑰匙斷開后的喚醒兩部分。鑰匙接通檢測(cè)電路如圖3所示,在鑰匙接通時(shí)VBB(接外部整車電源)上電,產(chǎn)生中斷電壓,通過PR0將中斷送入MCU,MCU被激活。鑰匙斷開后喚醒電路與前述“睡眠相關(guān)信號(hào)采集”采用同一電路(圖2),只是判定邏輯發(fā)生了變化:一旦檢測(cè)到高電平(任意一路),就會(huì)產(chǎn)生中斷電壓,通過PR0將中斷送入MCU,從而激活MCU。2.3.2喚醒管理的邏輯配置分析儀表的喚醒管理的邏輯設(shè)定見表4。除表4所列條件外,其它外部條件及信號(hào)不能喚醒儀表。3在