Autosar入门_汽车电子控制器

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1 汽车电子控制器定义

汽车电子控制单元(ECU, Electronic Control Unit)是现代汽车上的一种重要的电子控制装置。它通过感知车辆各种传感器的信号，控制发动机、变速器、制动系统、安全气囊等车辆系统的工作，以提高汽车的性能、安全性和舒适性。
ECU通常由硬件和软件两部分组成，其中硬件包括主板、芯片、传感器等，而软件则包括底层软件和应用层软件。底层软件主要负责与硬件的交互，而应用层软件则负责实现各种功能。

2 从功能角度来看构成

2.1 车门控制器简单示例

从上述定义来理解控制器可能较为抽象，下面通过车窗以及车锁控制器功能来进行简单示例来说明。

常见功能/现象：

• 蓝牙解锁车辆
• 无框车窗在车窗全闭位置进行解锁时，存在车窗降低然后进行解锁
• 熄火后一段时间，无法升降车窗，但是锁开关可正常使用

2.1.1 解锁过程分析

蓝牙解锁车辆的过程（如下图）：

• 接收控制信息，需要存在通信功能（存在接收蓝牙信号控制器，然后通过CAN通信将控制信号传输到此控制器）
• 输出驱动电机信号，需要存在输出功能（PWM控制电机正反向、驱动力度等）
  

2.1.2 无框车窗短降

无框车门开门过程分析：

• 门把手状态信号，需要存在输入功能（ADC、DIO信号）
• 车窗位置信号，需要存在存储功能（存在断电后，重新上电，故需要存储当前车窗位置）、输入功能（车窗位置变化量）
  

2.1.3 下电控制电耗

熄火后一段时间，无法升降车窗，但是可以进行解锁，出现此类现象，是因为车辆存在电量消耗控制（如下图）。

• 车门控制器存在两种状态：休眠状态、唤醒状态；实现此功能需要上下电管理功能
• 休眠状态下，锁开关可以作为信号输入，并切换控制器的状态，因此可以进行解锁
• 休眠状态下，车窗开关信号无法进行采集，并且无法处理该信号，因此无法升降窗
• 唤醒状态下，车门车窗均可进行控制
  
  举一个常见的状况，不锁车的情况下，可能几天后车辆无法解锁；但是在锁车后，几个月后，依然可以解锁车辆。这是因为锁车后，车上大多数控制器处于断电或者低功耗的状态，对电量消耗很小。

2.2 控制器几大基本功能

从上述章节，了解到汽车电子控制器存在的几大需要的功能，下面进行简单说明：

• 存储功能：常用于存储车辆的配置、驾驶员的偏好设置以及车辆行驶状态等。
  例如，一些车辆配备了有记忆存储功能的电动座椅，可以存储两个座椅记忆模式，以便驾驶员可以轻松地调整座椅位置。
  此外，一些车辆还配备了方便驾驶员进出的功能。例如，将挡位位置于P挡，关闭点火开关，打开驾驶员侧车门时，座椅将自动向后移40mm，以便驾驶员更轻松地进出车辆。
  此外，一些车辆配备了多功能行驶状态记录仪，可以记录车辆的行驶速度、油耗、里程等信息，并将这些信息存储在车辆的存储设备中。这些信息可以帮助驾驶员更好地了解车辆的性能和状况，从而更好地管理车辆。
• 通信功能：包括车辆与外部通信、车辆本身控制器之间的通信。
  例如，从外部获取GPS定位信号、收音机信号等等。此外，控制器之间，如车速信号等被很多控制器需要，因此须通过内部总线（CAN通信、以太网等）传输给其他控制器
• 电源管理功能：包括控制器供电管理、电源运行状态监测、节能管理等相关内容。
  例如，对其它控制器节点供电管理，对其进行上电下电等；控制器供电电压监测，外部驱动芯片供电监测，如在低压状态下不允许进行某些操作（如车窗控制）；控制器的休眠唤醒，在无需使用此控制器时，让其进入休眠状态或直接断电，从而对整车进行节能
• 诊断功能：广义上诊断包括对车辆状态标定、故障诊断、软件更新等内容；
  例如，可通过诊断终端设备读取汽车电子系统中的故障码，并提供有关故障的详细信息，还可以执行各种测试，以确定故障的具体原因。例如，可以使用诊断工具测试传感器和执行器的工作状态，检查电路连接是否正确，以及测试各种电子系统的性能。
• 输入输出功能：对外部信号的采集以及进行外部控制信号的输出。
  输入功能可以通过传感器来实现，例如温度传感器、压力传感器、光线传感器等，这些传感器可以将外部环境的信息转换成电信号，然后通过模拟信号输入到芯片中进行处理。
  输出功能则可以通过执行器来实现，例如发动机控制模块可以通过控制喷油器、点火器等执行器来控制发动机的工作状态，车载音响模块可以通过控制扬声器来输出声音信号。此外，数字信号输出也是常见的输出方式，例如CAN总线输出、PWM输出等

3 从硬件构成角度看构成

主要包括微控制器（Microcontroller Unit，MCU）、存储器（Read Only Memory，ROM、Random Access Memory，RAM）、输入/输出接口（Input/Output）、模数转换器（Analog/Digital, A/D）以及整形、驱动等大规模集成电路组成。某些控制器可能存在专用集成系统的芯片（System of Chips，SOC），用于处理某些需要大算力的软件模型（此处不做介绍）。

3.1 芯片类别说明

微控制器：集成了处理器核心、存储器、输入/输出接口和定时器等功能于一体的芯片，广泛应用于汽车电子领域。常用的芯片，如英飞凌的TC3xx系列、恩智浦的K14X系列等
供电芯片：

• SBC（System Basis Chip）是一种集成了多种功能的芯片，主要用于汽车电子领域。SBC可以提供电源管理、通信接口、时钟和复位等功能，同时还可以实现功能安全。
• PMIC（Power Management IC）电源管理IC,主要功能是为主系统作管理电源等工作。

通信芯片（ECU间通信芯片）：将数字信号调制成模拟信号从而实现信号远距离传输的芯片，收发器相关片一般存在唤醒功能，可用于控制器的唤醒信号输入

• CAN收发器：一种用于控制器局域网络（CAN）的外围设备，它可以将CAN总线上的数据转换为串行数据，以便于在CAN总线和其他通信总线之间进行数据传输。稳定性好、纠错能力强，广泛用于汽车控制器。
• LIN收发器：通用异步收发器/串行通信接口)的低成本串行通信协议。由于成本较低，常用于车内传感器和执行器的通信场合，例如车内门锁控制、座椅调节、灯光照明，车窗控制等
• 以太网Switch、Phy：
  以太网Switch是一种网络设备，它可以将多个计算机连接在一起，使它们可以相互通信。Switch可以根据MAC地址将数据包从一个端口转发到另一个端口，从而实现局域网内的数据交换。Switch口的接口类型有Ethernet（RJ-45）、SFP、SFP+、QSFP+等，可以有多个端口，通常会比PHY口更占用物理空间，具有更多的插头和灯光等指示器，以供用户查看端口状态。
  PHY是物理层接口，是指计算机网络中用于连接物理层的接口。PHY口的接口类型主要包括RJ-45（常用于Ethernet）、SFP、SFP+等，一般只有1-2个端口。PHY口的作用是将数字信号转换为模拟信号，然后通过物理介质（如双绞线、光纤等）传输到其他设备

存储芯片：分为内部存储、外部存储，访问方式存在差异

• 内存存储：集成在MCU芯片内部，通过数据总线、地址总线可直接访问
• 外部存储：通过SPI、I2C等协议连接到MCU上，不能直接访问

输出控制芯片：MCU芯片通过DIO、PWM波等控制输出芯片的输出电压形式

输入采集芯片：如可进行ADC采集的芯片，采集完成后通过SPI、I2C等通信协议将数据传输给MCU

3.2 芯片与功能联系

如下所示，几项基本功能与硬件芯片的大概关系。

• 外围芯片通过微控制器与软件进行交互
• 外围芯片颜色与连接颜色相匹配，即相同的颜色，则代表与硬件芯片相关

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