車載電子設備的睡眠及覺醒管理

車載電子設備的睡眠及覺醒管理

隨著汽車電子技術的快速發(fā)展，車載電子設備的數(shù)量也顯著增加。出于對各種電子設備工作的智能化要求,很多電子設備在鑰匙斷開(KEY_OFF)后也必須能保持工作狀態(tài),如發(fā)動機電控單元在鑰匙斷開后必須繼續(xù)再通電一段時間來進行故障碼等信息的儲存,音響設備在鑰匙斷開后必須要維持時鐘運行并存儲電臺、音量設置等信息,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)的運轉,同樣儀表在鑰匙斷開后也要完成指針回位等一系列工作,并要隨時監(jiān)控各種輸入信息,進行聲、光指示和提示工作。所有電子設備的運轉都要耗能,在鑰匙斷開后蓄電池是整車惟一的能量來源。在車輛較長時間停放時,如果各種電子設備累積消耗電量過多,就會產(chǎn)生因蓄電池虧電導致車輛無法起動等嚴重問題,因此必須對各電子設備在鑰匙斷開后的工作進行合理、嚴格的控制,一般通過設置各個車載電子設備合理的睡眠條件使其進入睡眠省電模式來實現(xiàn)。電子設備的控制單元(MCU)進入睡眠后,其外部晶振停振,且CPU、定時器、I/O口全部停止工作,只有外部中斷繼續(xù)工作,使其進入睡眠模式的指令將成為睡眠前單片機執(zhí)行的最后一條指令。進入睡眠模式后,芯片中程序未涉及到的數(shù)據(jù)存儲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位模式喚醒單片機。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)實測,汽車儀表的耗電量在睡眠前與睡眠后相比相差兩個數(shù)量級(100倍左右)。同樣由于智能控制的需求,處于睡眠狀態(tài)的電子設備必須隨時可以被中斷或復位喚醒進入工作狀態(tài),并能在睡眠條件滿足后再次進入睡眠。合理的睡眠及喚醒管理不但可實現(xiàn)整車智能化對電子設備性能的要求、降低鑰匙斷開后的整車電子設備對蓄電池的消耗,還能提高電子設備MCU的使用壽命。1ossknm解決睡眠危機的問題車輛上各電子設備不是獨立工作的,他們之間需要進行數(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備間數(shù)據(jù)交換和通信的要求,而對于何種情況下電子設備需要發(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,這樣會造成鑰匙斷開后仍需工作的電子設備數(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)絡管理(OSEKNM)則可以解決這一問題。OSEK是一個用于汽車電子、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)絡管理、OSEK通信和OSEK實現(xiàn)語言,其中OSEK網(wǎng)絡管理在配備CAN總線系統(tǒng)的車輛上中已得到了廣泛的應用。OSEKNM(一般采用直接網(wǎng)絡管理)是分布式網(wǎng)絡管理,沒有中央節(jié)點,通過邏輯環(huán)將各節(jié)點連接在一起,通過即時NM消息在各節(jié)點間的傳遞,實現(xiàn)各節(jié)點的統(tǒng)一管理。OSEKNM提供了一個協(xié)商機制,來保證網(wǎng)絡上的所有通信節(jié)點在同一時刻進入網(wǎng)絡睡眠:某節(jié)點滿足本地睡眠條件后,將NM幀中的睡眠請求位置1并發(fā)送,收到此消息的節(jié)點如果也滿足網(wǎng)絡睡眠條件,則把該請求發(fā)給自己的邏輯后繼,以次類推。如果該睡眠請求在邏輯環(huán)(ring)上傳遞了一周,發(fā)出睡眠請求的第一個節(jié)點再將NM幀睡眠響應位置1并發(fā)送,接收到睡眠響應消息的節(jié)點停止發(fā)送ring消息,并設置定時器tNM。當定時器tNM到時,節(jié)點進人網(wǎng)絡睡眠模式,此時總線上不再存在NM消息,NM切換到NMBusSleep狀態(tài)并通知應用程序。表1為某儀表網(wǎng)絡管理幀示例。OSEKNM對網(wǎng)絡的喚醒也類似。當一個節(jié)點本地激活后需要與其它節(jié)點進行通信時,先要發(fā)送網(wǎng)絡管理幀激活遠程節(jié)點的網(wǎng)絡,一般通過發(fā)送IC_NMAlive位置1的OSEKNM幀,遠程節(jié)點監(jiān)測到OSEKNM幀后,激活本節(jié)點的本地網(wǎng)絡,喚醒MCU,開始總線數(shù)據(jù)收發(fā)準備。綜上,OSEK網(wǎng)絡管理可實現(xiàn)對車載電子設備睡眠和喚醒的遠程管理。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)絡上遠程總線信號控制。儀表的睡眠和喚醒管理就是:(1)儀表通過軟件實現(xiàn)預設的睡眠和喚醒的控制邏輯;(2)實時采集影響睡眠和喚醒的本地信號及遠程總線信號;(3)對采集到的信號按控制邏輯進行綜合處理和判斷,然后作出睡眠或喚醒的反應。下面以某車型具有OSEK網(wǎng)絡管理功能的汽車總線式儀表為例,對睡眠及喚醒管理在信號采集和控制邏輯方面進行探討,具體的軟件可通過C語言等進行編程,并將程序嵌入到MCU的應用程序中來實現(xiàn),對此過程在此不作詳細介紹。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,包括從PIN腳輸入和從總線接收的信號,及儀表通過PIN腳輸出和需要在總線上發(fā)送的信號,會對儀表睡眠和喚醒產(chǎn)生影響。儀表不需處理的信號,包括總線信號,不能影響儀表進入睡眠(或喚醒儀表)。2.2設備睡眠管理因為儀表在鑰匙接通狀態(tài)要正常工作的,不存在進入睡眠的情況,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亮的指示燈;(4)聲音提示功能:鑰匙未拔長鳴提示,車門打開、小燈未關長鳴提示,左右轉向及緊急燈聲音模擬提示;(5)總線網(wǎng)絡管理報文及其它報文的收發(fā)及處理。對儀表睡眠的影響因素分析如下。(1)背景照明邏輯需通過MCU控制實現(xiàn),會影響儀表睡眠;(2)緊急燈和左右轉向燈、遠光燈指示燈需通過MCU控制實現(xiàn),會影響儀表睡眠;(3)靠外部電源或搭鐵直接點亮的指示燈(如車身防盜鎖指示燈),由于這部分信號不進MCU,不影響儀表的睡眠;(4)所有聲音提示功能均通過MCU驅動,會影響儀表睡眠;(5)對于網(wǎng)絡管理報文及其它報文,當儀表不再需要進行遠程通信時,發(fā)出網(wǎng)絡睡眠請求(IC_NMSleepIndication置1),在邏輯環(huán)上運行一周后,儀表發(fā)出睡眠響應(IC_NMSleepAck置1)并設置睡眠定時,定時到后儀表進入網(wǎng)絡休眠狀態(tài),此狀態(tài)總線通信功能不再影響儀表進入休眠。2.2.2號的采集及處理儀表通過差模濾波器、總線收發(fā)器(TAJ1041)、MCU內部集成的總線控制器、MCU進行總線信號的采集及處理。2)硬線信號的采集硬線信號采集電路如圖2所示。左轉向、右轉向、小燈、遠光信號通過相應的PIN腳輸入儀表,儀表經(jīng)過圖2所示的電路進行處理后,將其送入MCU的中斷PIN腳PR0。檢測到上述信號有效(輸入高電平)時,儀表不能進入休眠,僅當上述信號無效時,儀表才可以進入休眠。2.2.3睡眠管理的邏輯定位儀表的睡眠管理的邏輯設定見表3。除表3所列條件外,其它外部條件及信號不能影響儀表進入睡眠。2.3設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喚醒儀表。2.3.1網(wǎng)絡激活幀的處理當一個節(jié)點需要通過總線激活儀表時,必須首先發(fā)送網(wǎng)絡管理激活幀(NMAlive置1),儀表通過差模濾波器、收發(fā)器接收到信號后,將信號發(fā)至CAN控制器,CAN控制器首先進行驗證過濾,確定是需要接收的信號,然后判斷如果是正確的網(wǎng)絡管理激活幀,則將相應的寄存器置位1,向MCU發(fā)送中斷信息,喚醒MCU進行總線報文的收發(fā)及處理。因此,要通過總線激活儀表,必須先發(fā)網(wǎng)絡管理激活幀,其它的總線信號不能喚醒儀表。2)硬線信號的采集通過PIN腳喚醒的電路分為鑰匙接通檢測喚醒和鑰匙斷開后的喚醒兩部分。鑰匙接通檢測電路如圖3所示,在鑰匙接通時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“睡眠相關信號采集”采用同一電路(圖2),只是判定邏輯發(fā)生了變化:一旦檢測到高電平(任意一路),就會產(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定見表4。除表4所列條件外,其它外部條件及信號不能喚醒儀表。3在