一種診斷外部時(shí)鐘源的系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請(qǐng)涉及汽車電子領(lǐng)域，特別是涉及一種對(duì)外部時(shí)鐘源進(jìn)行診斷的系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(Electric Power Steering,縮寫(xiě)為EPS)是一種依靠電機(jī)提供輔助扭矩的動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。為提高EPS系統(tǒng)的容錯(cuò)性，已有將EPS系統(tǒng)中最為核心的控制器設(shè)為雙CPU的方案。2006年6月的《汽車技術(shù)》期刊上有文獻(xiàn)《汽車電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制器雙機(jī)容錯(cuò)研究》對(duì)此進(jìn)行了介紹。這種雙CPU的EPS控制器中，每臺(tái)CPU作為另一臺(tái)CPU的熱備份，雙CPU同步運(yùn)行，但正常情況下只有主CPU輸出。當(dāng)主CPU出現(xiàn)故障，則改由備用CPU輸出。該文獻(xiàn)中的CPU實(shí)際上是單片機(jī)的含義，現(xiàn)在通常稱為MCU (微處理器)。
[0003]與EPS控制器相似，在汽車電子領(lǐng)域中有許多控制器為了達(dá)到較高的可靠性，都采用雙MCU的方案。請(qǐng)參閱圖1，這是雙MCU的控制器的簡(jiǎn)單示意圖。在主控制芯片上具有第一 SPI通訊模塊，作為SPI通訊的主節(jié)點(diǎn)。在輔控制芯片上具有第二 SPI通訊模塊，作為SPI通訊的從節(jié)點(diǎn)。這兩個(gè)SPI通訊模塊之間利用SPI總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
[0004]SPI總線只有四根，分別為:
[0005]——片選信號(hào)線，由主節(jié)點(diǎn)控制，用于選中從節(jié)點(diǎn)。只有片選信號(hào)線上傳遞的是預(yù)定的使能信號(hào)時(shí)，通過(guò)SPI總線對(duì)從節(jié)點(diǎn)的操作才有效。
[0006]——主發(fā)從收線，由主節(jié)點(diǎn)控制，用于主節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)、從節(jié)點(diǎn)接收數(shù)據(jù)。
[0007]——主收從發(fā)線，由從節(jié)點(diǎn)控制，用于從節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)、主節(jié)點(diǎn)接收數(shù)據(jù)。
[0008]——時(shí)鐘信號(hào)線，由主節(jié)點(diǎn)控制，用于將SPI時(shí)鐘信號(hào)傳遞給從節(jié)點(diǎn)。
[0009]SPI總線采用SPI通訊協(xié)議，在需要進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，由主節(jié)點(diǎn)向從節(jié)點(diǎn)傳遞SPI時(shí)鐘信號(hào)。如果主節(jié)點(diǎn)不向從節(jié)點(diǎn)傳遞SPI時(shí)鐘信號(hào)，那么就不進(jìn)行兩者之間的數(shù)據(jù)傳輸。以主發(fā)從收線為例，在SPI時(shí)鐘信號(hào)的上升沿或下降沿，主節(jié)點(diǎn)通過(guò)該主發(fā)從收線向從節(jié)點(diǎn)發(fā)送一位(bit)數(shù)據(jù)；在緊接著的下降沿或上升沿，從節(jié)點(diǎn)通過(guò)該主發(fā)從收線讀取主節(jié)點(diǎn)發(fā)來(lái)的一位數(shù)據(jù)。主收從發(fā)線與此類似。這樣至少需要8個(gè)SPI時(shí)鐘信號(hào)，才能實(shí)現(xiàn)從主節(jié)點(diǎn)向從節(jié)點(diǎn)發(fā)送一字節(jié)(byte)數(shù)據(jù)，同時(shí)也能實(shí)現(xiàn)主節(jié)點(diǎn)從從節(jié)點(diǎn)接收一字節(jié)數(shù)據(jù)。
[0010]請(qǐng)參閱圖1，在主控制芯片以外還有外部時(shí)鐘源，其向主控制芯片提供頻率穩(wěn)定的晶振信號(hào)。所述外部時(shí)鐘源通常為晶體振蕩器，簡(jiǎn)稱為晶振。請(qǐng)參閱圖2，主控制芯片可以將外部時(shí)鐘源提供的晶振信號(hào)直接作為系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)，也可以將該晶振信號(hào)經(jīng)過(guò)鎖相環(huán)進(jìn)行倍頻后再作為系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)。該系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)再經(jīng)過(guò)分頻就得到了 SPI時(shí)鐘信號(hào)。
[0011]現(xiàn)有的雙MCU的控制器的診斷方法為:主控制芯片以固定時(shí)序(例如周期性地)向輔控制芯片發(fā)送握手指令，輔控制芯片也按固定時(shí)序向主控制芯片響應(yīng)握手指令。握手指令發(fā)送的時(shí)序、響應(yīng)的時(shí)序是否正常就分別作為判斷主控制芯片、輔控制芯片的工作是否正常的依據(jù)。雙MCU之間進(jìn)行定期握手的周期也是由系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)計(jì)算而來(lái)的。
[0012]上述診斷方法雖然可以診斷出雙MCU的工作是否正常，卻無(wú)法診斷出外部時(shí)鐘源是否正常。例如，晶振信號(hào)的頻率為lOMhz，即周期為0.1 μ S。系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)的頻率為20MHz,即周期為0.05 μ s。SPI時(shí)鐘信號(hào)的周期通常是微秒級(jí)的，例如為I μ s，即相當(dāng)于20個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)的周期。發(fā)送和響應(yīng)握手指令的周期通常是毫秒級(jí)的，例如為5ms，即相當(dāng)于10萬(wàn)個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)的周期。
[0013]請(qǐng)參閱圖3，一旦外部時(shí)鐘源發(fā)生了故障，其提供的晶振信號(hào)的頻率就會(huì)過(guò)慢或過(guò)快，此時(shí)如果主控制芯片正常就會(huì)識(shí)別出外部時(shí)鐘源的故障而將外部時(shí)鐘源復(fù)位。此時(shí)如果主控制芯片異常而未識(shí)別出外部時(shí)鐘源的故障，那么與晶振信號(hào)相同或倍頻的系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)也必定出現(xiàn)相同故障。假設(shè)在發(fā)送和響應(yīng)握手指令的一個(gè)周期內(nèi)，有部分系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)的周期變大，另一部分系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)的周期變小，但這10萬(wàn)個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)的周期的總和保持不變。那么僅以握手指令進(jìn)行上述診斷無(wú)法發(fā)現(xiàn)外部時(shí)鐘源的故障。而實(shí)際存在的外部時(shí)鐘源故障會(huì)影響汽車電子系統(tǒng)的數(shù)字通訊，有可能造成輸出錯(cuò)誤數(shù)據(jù)或延遲傳送數(shù)據(jù)，進(jìn)而影響整車數(shù)字通訊網(wǎng)絡(luò)，威脅駕駛員安全。如果在EPS系統(tǒng)中外部時(shí)鐘源突然停振，那么主控制芯片會(huì)瞬間停止工作而切斷轉(zhuǎn)向系統(tǒng)助力，這有可能造成電機(jī)力矩輸出卡死，給駕駛員的人身安全帶來(lái)巨大風(fēng)險(xiǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]本申請(qǐng)所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種診斷外部時(shí)鐘源的系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用汽車電子領(lǐng)域常見(jiàn)的SPI總線和雙MCU控制器來(lái)對(duì)外部時(shí)鐘源是否正常工作進(jìn)行診斷，消除外部時(shí)鐘源的故障對(duì)駕駛員帶來(lái)的安全風(fēng)險(xiǎn)。為此，本申請(qǐng)還要提供一種診斷外部時(shí)鐘源的方法。
[0015]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本申請(qǐng)?jiān)\斷外部時(shí)鐘源的系統(tǒng)包括:
[0016]——外部時(shí)鐘源，用于提供晶振信號(hào)；
[0017]—主控制芯片，具有硬件形式的第一SPI通訊模塊，作為SPI通訊的主節(jié)點(diǎn)；還具有復(fù)位引腳；還根據(jù)晶振信號(hào)得到系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)，再根據(jù)系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)生成SPI時(shí)鐘信號(hào);
[0018]—輔控制芯片，具有硬件形式的第二SPI通訊模塊，作為SPI通訊的從節(jié)點(diǎn)；還具有邊沿捕獲引腳，用于捕獲信號(hào)的上升沿或下降沿；還具有具有一個(gè)1引腳連接到主控制芯片的復(fù)位引腳，用于傳遞復(fù)位信號(hào)；
[0019]——SPI總線，連接第一 SPI通訊模塊和第二 SPI通訊模塊；SPI總線中的時(shí)鐘信號(hào)線還連接到輔控制芯片的邊沿捕獲弓I腳。
[0020]本申請(qǐng)?jiān)\斷外部時(shí)鐘源的方法包括如下步驟:
[0021]第I步，在輔控制芯片中設(shè)置數(shù)據(jù)幀標(biāo)志；當(dāng)輔控制芯片從主控制芯片每接收完每一個(gè)數(shù)據(jù)幀，該數(shù)據(jù)幀標(biāo)志的值都會(huì)改變；
[0022]第2步，當(dāng)輔控制芯片通過(guò)邊沿捕獲引腳讀取到相鄰的兩個(gè)上升沿或下降沿、且在這兩個(gè)相鄰的上升沿或下降沿之間的數(shù)據(jù)幀標(biāo)志未改變，則輔控制芯片計(jì)算所述相鄰的兩個(gè)上升沿或下降沿之間的時(shí)間間隔作為第一時(shí)間長(zhǎng)度，并以波特率或比特率的倒數(shù)作為第二時(shí)間長(zhǎng)度；
[0023]當(dāng)?shù)谝粫r(shí)間長(zhǎng)度在0.9?1.1倍的第二時(shí)間長(zhǎng)度之間，輔控制芯片就認(rèn)為所述相鄰的兩個(gè)上升沿或下降沿之間的SPI時(shí)鐘信號(hào)正常；否則就認(rèn)為所述相鄰的兩個(gè)上升沿或下降沿之間的SPI時(shí)鐘信號(hào)異常，并對(duì)連續(xù)出現(xiàn)的異常SPI時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)；
[0024]第3步，當(dāng)連續(xù)出現(xiàn)的異常的SPI時(shí)鐘信號(hào)的數(shù)量超出閾值，輔控制芯片就認(rèn)為外部時(shí)鐘源和主控制芯片均出現(xiàn)故障；輔控制芯片通過(guò)1引腳向主控制芯片的復(fù)位引腳傳送復(fù)位信號(hào)，使主控制芯片進(jìn)行硬件復(fù)位，主控制芯片在復(fù)位時(shí)也將外部時(shí)鐘源進(jìn)行復(fù)位。
[0025]本申請(qǐng)通過(guò)對(duì)SPI時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行監(jiān)控，從而對(duì)外部時(shí)鐘源的故障進(jìn)行診斷。由于SPI時(shí)鐘信號(hào)是微秒級(jí)的，與外部時(shí)鐘源的頻率更為接近，因而診斷的準(zhǔn)確性要遠(yuǎn)大于毫秒級(jí)的定期握手方式。
【附圖說(shuō)明】
[0026]圖1是EPS系統(tǒng)的雙MCU控制器的簡(jiǎn)單示意圖；
[0027]圖2是EPS系統(tǒng)的SPI時(shí)鐘信號(hào)生成結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖3是外部時(shí)鐘源發(fā)生故障時(shí)的晶振信號(hào)示意圖；
[0029]圖4是本申請(qǐng)?jiān)\斷外部時(shí)鐘源的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖5a?圖5b是本申請(qǐng)?jiān)\斷外部時(shí)鐘源的方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031]請(qǐng)參閱圖4，這是本申請(qǐng)?jiān)\斷外部時(shí)鐘源的系統(tǒng)。其中的實(shí)線部分為現(xiàn)有結(jié)構(gòu)，虛線部分為本申請(qǐng)的新增結(jié)構(gòu)。所述診斷外部時(shí)鐘源的系統(tǒng)包括外部時(shí)鐘源、主控制芯片、輔控制芯片和SPI總線。
[0032]所述外部時(shí)鐘源提供晶振信號(hào)。主控制芯片根據(jù)該晶振信號(hào)得到系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)，例如直接采