劉 明

(中國航空計算技術(shù)研究所 第18研究室,陜西 西安 710119)

基于DSPI數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾妷簡榆浖O(shè)計與實現(xiàn)

劉 明

(中國航空計算技術(shù)研究所 第18研究室,陜西 西安 710119)

研究了基于DSPI發(fā)送控制數(shù)據(jù)控制燃油芯片電壓的軟件設(shè)計與實現(xiàn)中的關(guān)鍵技術(shù),包括采用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、DSPI驅(qū)動、DSPI和燃油芯片的交互方式以及控制數(shù)據(jù)的功能分組與交互流程。最終給出了電壓控制過程示意圖,同時在噴油軟件中加載本軟件,實驗結(jié)果表明,噴嘴能正常工作。

DSPI驅(qū)動;控制數(shù)據(jù);交互方式;電壓控制

燃油芯片是發(fā)動機自動控制單元中控制電路的核心控制部分,其主要負責(zé)采集控制單元中的微控制器發(fā)出的信號和控制芯片的工作狀態(tài),控制發(fā)動機中油缸的噴油量、噴油時間、噴油定時和噴油效率等參數(shù),使發(fā)動機處于最佳狀態(tài)下工作。燃油芯片在未啟動工作時電壓是24 V,通過控制數(shù)據(jù)的設(shè)置使其電壓達到50 V之后才能夠啟動噴油工作,完成噴油任務(wù)。通過DSPI[1-2]以一定的格式和方式向燃油芯片發(fā)送對應(yīng)的控制數(shù)據(jù),可使燃油芯片保持穩(wěn)定的50 V電壓,為燃油芯片正常噴油工作提供穩(wěn)定電壓供給。

1 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

DSPI發(fā)送給燃油芯片的數(shù)據(jù)共64個,這些數(shù)據(jù)按照功能不同分組,順序執(zhí)行,主要完成燃油芯片的狀態(tài)檢測,初始化,寫寄存器和維持工作電壓等功能。將所有數(shù)據(jù)相關(guān)信息存儲在結(jié)構(gòu)體A中,達到數(shù)據(jù)狀態(tài)可控。在發(fā)送前從對應(yīng)結(jié)構(gòu)體中提取信息組織數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)存儲結(jié)構(gòu)體如下:A[0]為本次待發(fā)送數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)個數(shù);A[1]為待發(fā)送數(shù)據(jù)的命令隊列;A[2]為待發(fā)送數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)隊列;A[3]為返回數(shù)據(jù)存放隊列;A[4]為對接收數(shù)據(jù)進行處理的函數(shù)入口地址;A[5]為是否對接收數(shù)據(jù)進行處理的標志,0表示無需做進一步處理,1表示需要處理。

在發(fā)送數(shù)據(jù)時,根據(jù)數(shù)據(jù)功能組織命令字段和數(shù)據(jù)字段組裝,形成待發(fā)送數(shù)據(jù)隊列使用DSPI發(fā)送,并將燃油芯片處理后返回的數(shù)據(jù)記錄在對應(yīng)發(fā)送數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)字段A[3]中。

2 DSPI驅(qū)動

DSPI包括發(fā)送串口和接收串口,能夠與芯片設(shè)備進行數(shù)據(jù)交互[3]。通過DSPI向燃油芯片發(fā)送命令數(shù)據(jù),可完成燃油控制芯片的啟動、初始化和噴油控制工作等功能。DSPI有3個基本操作配置模式:(1)串行外設(shè)接口(SPI)模式,此時DSPI工作在標準的SPI或隊列式SPI模式下。(2)串行解串接口(DSI)模式,此時DSPI用于eTPU或eMIOS模塊解串行輸出。(3)組合串行接口(CSI)模式,此時DSPI工作在以上兩種配置的混合狀態(tài)下。

本文采用SPI方式進行高速數(shù)據(jù)傳輸,圖1所示為DSPI和燃油芯片連接圖。該部分負責(zé)將串口的數(shù)據(jù)串并轉(zhuǎn)換后進行譯碼和相應(yīng)的處理,經(jīng)過特定的處理后與其他控制信號產(chǎn)生相應(yīng)的輸出數(shù)據(jù),再轉(zhuǎn)換為串行數(shù)據(jù)輸出給DSPI,實現(xiàn)與燃油芯片的數(shù)據(jù)交互,串口時鐘頻率為2 MHz。

圖1 DSPI和燃油芯片連接圖

其中TX FIFO占空間32位,包括命令字段和數(shù)據(jù)字段;RX FIFO占空間16位,沒有命令字段。在發(fā)送數(shù)據(jù)前要先從結(jié)構(gòu)體A中取出命令字段和數(shù)據(jù)字段組裝待發(fā)送數(shù)據(jù),發(fā)送完成后要將接收的數(shù)據(jù)存儲在A[3]中。

圖2 DSPI驅(qū)動流程圖

圖2所示為DSPI驅(qū)動流程圖,主要將發(fā)送隊列的數(shù)據(jù)發(fā)送到燃油芯片,并接收來自燃油芯片的返回值,是底層數(shù)據(jù)傳送的通道。在數(shù)據(jù)傳輸過程中主要使用的DSPI寄存器包括DSPIx_PUSHR,DSPIx_POPR,TX FIFO和RX FIFO。其中DSPIx_PUSHR提供向TX FIFO寫數(shù)據(jù)的機制,寫入此寄存器中的數(shù)據(jù)都會被寫入TX FIFO,不會丟失;DSPIx_POPR提供從RX FIFO讀數(shù)據(jù)的機制。寫入TX FIFO中的數(shù)據(jù)由命令字段和數(shù)據(jù)字段組成,從RX FIFO中讀取的數(shù)據(jù)沒有命令字段,只有數(shù)據(jù)字段。發(fā)送緩沖FIFO有4級深度,每次可最多預(yù)先裝載4個數(shù)據(jù)。

3 電壓啟動數(shù)據(jù)傳輸

3.1 數(shù)據(jù)傳輸軟件流程

設(shè)置燃油芯片電壓的數(shù)據(jù)有64個,不同數(shù)據(jù)功能不同,數(shù)據(jù)不同組合代表不同功能,根據(jù)數(shù)據(jù)對燃油芯片設(shè)置的功能不同,將數(shù)據(jù)分為不同階段,其階段流程圖如圖3所示。燃油芯片電壓啟動數(shù)據(jù)被劃分為4個階段數(shù)據(jù),分別是狀態(tài)檢測、燃油芯片初始化、寫燃油芯片寄存器和電壓保持。

圖3 電壓啟動階段流程圖

狀態(tài)檢測:此部分數(shù)據(jù)主要檢測DSPI和燃油芯片之間數(shù)據(jù)是否能夠正常發(fā)送以及芯片和硬件電路是否能夠正常工作。此部分數(shù)據(jù)可在任意地方發(fā)送用于檢測,一般放在程序開始處。

燃油芯片初始化:CPU通過DSPI向燃油芯片發(fā)送數(shù)據(jù),若芯片準備好且無異常,則回復(fù)數(shù)據(jù)命令表示可以工作。

寫燃油芯片寄存器:初始化完成后,ETPU控制噴油汽缸選擇通道就設(shè)置完成,此時DSPI模塊通過GPIO95引腳向燃油芯片的內(nèi)部寄存器寫入初值,如BOOST采樣信號的電壓值、噴油信號電流采樣的初始值等。在初值寫入過程中,燃油芯片對應(yīng)管腳會有PWM波形輸出,此時電壓從24 V逐漸升高到50 V。

電壓保持:寄存器配置完成后,CPU通過DSPI向燃油芯片發(fā)送正常工作序列,循環(huán)發(fā)送,設(shè)置電壓一直保持在50 V,此時配合曲軸,凸輪和噴油通道等可正常驅(qū)動噴嘴工作。

以上4個部分的數(shù)據(jù)都是不同數(shù)據(jù)塊的組合,一個數(shù)據(jù)塊對應(yīng)一個結(jié)構(gòu)體A。每個數(shù)據(jù)塊的發(fā)送流程如圖3所示。在發(fā)送前首先要查找當(dāng)前設(shè)置數(shù)據(jù)對應(yīng)的結(jié)構(gòu)體A,從中取出命令字段和數(shù)據(jù)字段組織成待發(fā)送數(shù)據(jù)隊列,DSPI中的發(fā)送FIFO有4級深度,所以每次可至多發(fā)送4個數(shù)據(jù)[4]。在DSPI發(fā)給燃油芯片的數(shù)據(jù)中,數(shù)據(jù)組合有3種方式:兩個數(shù)據(jù)連續(xù)發(fā)送、3個數(shù)據(jù)連續(xù)發(fā)送和4個數(shù)據(jù)連續(xù)發(fā)送[5]。數(shù)據(jù)隊列組織好后便可調(diào)用DSPI驅(qū)動發(fā)送數(shù)據(jù)給燃油芯片并接收返回數(shù)據(jù)[6];返回的數(shù)據(jù)中沒有命令字段,所以要從DSPI的接收FIFO中解析出數(shù)據(jù)記錄在A[3]中。每個數(shù)據(jù)塊發(fā)送完成后均要查找A[5],看是否需要對接收數(shù)據(jù)進行處理,若標志為1則直接轉(zhuǎn)入A[4]中記錄的數(shù)據(jù)處理函數(shù)中,根據(jù)對接收數(shù)據(jù)的處理修改相應(yīng)標志或?qū)ο乱徊讲僮鳟a(chǎn)生影響;接收數(shù)據(jù)處理完成后就可繼續(xù)下一數(shù)據(jù)塊的發(fā)送[7]。由圖3可知,只要未停機,工作電壓保持部分的數(shù)據(jù)是循環(huán)發(fā)送的。數(shù)據(jù)發(fā)送流程如圖4所示,從圖中可以看出,通過DSPI可完成從CPU向燃油芯片的數(shù)據(jù)發(fā)送和接收,循環(huán)發(fā)送直至接收到停機命令。

圖4 數(shù)據(jù)發(fā)送流程圖

在本程序中,在電壓升高到50 V時,循環(huán)發(fā)送電壓保持數(shù)據(jù)的初期電壓不穩(wěn)定,在循環(huán)發(fā)送數(shù)據(jù)中有一組數(shù)據(jù)用來檢測電壓是否已經(jīng)達到穩(wěn)態(tài),此組數(shù)據(jù)有對應(yīng)的返回值處理函數(shù)。數(shù)據(jù)發(fā)送到燃油芯片后,其對應(yīng)的返回值會被轉(zhuǎn)入處理函數(shù),進行變換提取關(guān)鍵信息并根據(jù)變換結(jié)果判斷電壓狀態(tài)是否穩(wěn)定,若電壓已經(jīng)穩(wěn)定則設(shè)置對應(yīng)狀態(tài)信息,同時此組數(shù)據(jù)將不再發(fā)送。

3.2 數(shù)據(jù)處理

在數(shù)據(jù)發(fā)送接收時,會將數(shù)據(jù)組成發(fā)送隊列和接收隊列,如圖5所示。發(fā)送隊列由命令字段和數(shù)據(jù)字段組成,命令字段中包含數(shù)據(jù)的起始和結(jié)束信息以及發(fā)送接口信息;接收隊列中則無命令字段,只有數(shù)據(jù)字段,因接收數(shù)據(jù)與發(fā)送數(shù)據(jù)相互對應(yīng),所以將其數(shù)據(jù)字段按照發(fā)送順序依次存入對應(yīng)發(fā)送結(jié)構(gòu)中。在對燃油芯片發(fā)送數(shù)據(jù)過程中,通過示波器查看燃油芯片電壓管腳,可看出電壓變化過程。

圖5 發(fā)送接收數(shù)據(jù)隊列格式

4 電壓和電流啟動結(jié)果圖

圖6 燃油芯片電壓變化示意圖

從圖6中可看出,在發(fā)送初始化數(shù)據(jù)時電壓無變化,開始發(fā)送寫寄存器數(shù)據(jù)后電壓開始上升,直到達到50 V,之后循環(huán)發(fā)送電壓保持數(shù)據(jù)使電壓一直保持在50 V。

電壓達到50 V是噴油正常工作的基礎(chǔ),將此軟件加載在噴油驅(qū)動程序中,噴嘴能夠正常噴油,說明此軟件能夠有效和可靠地控制燃油芯片電壓。

5 結(jié)束語

燃油芯片電壓達到50 V是保證噴油工作順利進行的基礎(chǔ)條件,為噴油提供穩(wěn)定的電壓和電流支持。本文研究了采用DSPI進行數(shù)據(jù)傳輸設(shè)置燃油芯片電壓啟動和保持的軟件,分析了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、軟件流程等關(guān)鍵技術(shù),并通過采集電壓啟動和保持過程示意圖驗證了軟件的有效性,將此部分軟件加載入噴油系統(tǒng)中,噴嘴工作狀態(tài)良好,進一步驗證了軟件的可靠性。

[1] 龔光華,宮輝,安鵬.MPC5554/5553微處理器揭秘[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2010.

[2] 孔令榮.基于SPI接口的溫度測量系統(tǒng)[J].電子科技,2013,26(2):79-82.

[3] 辛?xí)詫?孫文強.全功能SPI接口的設(shè)計與實現(xiàn)[J].電子設(shè)計工程,2012(23):153-156.

[4] 李明磊,潘文亮.基于SPI接口和FIFO緩沖器的大容量高速實時數(shù)據(jù)存儲方案[J].海洋技術(shù),2010(2):30-32.

[5] 權(quán)建軍.虛擬SPI在XFS4240與MCS51通信中的應(yīng)用[J].單片機與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用,2010(6):66-67,70.

[6] 陳耿.一種實用的多通道SPI接口設(shè)計[J].艦船電子工程,2013(4):98-101

[7] 楊鎮(zhèn)首,李軍.基于SPI 接口的多機擴展和通信方法[J],應(yīng)用技術(shù),2011(2):39-42.

[8] 王華斌,孟立凡,谷宗冉,等.基于SPI總線的無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)設(shè)計[J].電子科技,2009(12):17-19.

Design and Implementation of Voltage Starting Software Based on DSPI Data Transfer

LIU Ming

(Eighteenth Laboratory,Aeronautical Computing Technique Research Institute,Xi’an 710119,China)

This paper studies the key technologies of the design and implementation of the software controlling fuel chip voltage based DSPC data transfer and control.The technologies cover data structure,DSPI drive,interaction between DSPI and the fuel chip,and function classification and interaction of control data.Finally,the voltage diagram is collected,and software is loaded in the injection software.Experiments show that the injection can work normally.

DSPI drive;control data;interaction;voltage control

2014- 09- 09

劉明(1983—),男,碩士,工程師。研究方向:計算機軟件。E-mail:xiangirl2005@126.com

10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2015.04.012

TN919.3+1;TP368.1

A

1007-7820(2015)04-043-04