本發(fā)明涉及的一種基于arm與復(fù)雜可編程邏輯器件（cpld）的雙處理器余度的電子燃油調(diào)節(jié)器，屬于動(dòng)力系統(tǒng)控制領(lǐng)域。

技術(shù)背景

智能燃油調(diào)節(jié)電子控制器是燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)中的關(guān)鍵控制單元，它和燃油調(diào)節(jié)執(zhí)行組件配合工作，實(shí)現(xiàn)對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)全部工作過程的燃油調(diào)節(jié)，是保障燃?xì)廨啓C(jī)穩(wěn)定運(yùn)行的核心功能部件。在分布式控制系統(tǒng)架構(gòu)下，將智能燃油調(diào)節(jié)電子控制器作為一個(gè)獨(dú)立的智能節(jié)點(diǎn)，構(gòu)成分布式燃機(jī)控制系統(tǒng)，可有效地降低燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)復(fù)雜度，提高可靠性和可維護(hù)性。

提高控制器可靠性的最直接方法就是提高元件的可靠性，但是由于控制器中元器件無法達(dá)到百分百可靠，故采用余度的方法來提高控制系統(tǒng)可靠性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出的是一種在分布式控制系統(tǒng)架構(gòu)下，滿足高效，穩(wěn)定，實(shí)時(shí)等特點(diǎn)的基于arm與cpld的雙處理器余度的電子燃油調(diào)節(jié)器，利用較低的硬件和空間代價(jià)獲得控制系統(tǒng)可靠性的提升，有效解決兩個(gè)通道處理器共享不同類型輸入信號(hào)和輸出信號(hào)，適用于采用單通道傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的燃機(jī)控制系統(tǒng)。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案：一種基于arm與cpld的雙處理器余度的電子燃油調(diào)節(jié)器，其特征在于：包括轉(zhuǎn)速信號(hào)調(diào)理電路、模擬量信號(hào)調(diào)理電路、開關(guān)量信號(hào)調(diào)理電路、輸出信號(hào)控制控制接口電路、cpu模塊、通道選擇與切換邏輯、通信接口以及電源模塊，其中，

轉(zhuǎn)速信號(hào)調(diào)理電路的信號(hào)輸出端分別接a、b通道cpu模塊的第一信號(hào)輸入端，模擬量信號(hào)調(diào)理電路的信號(hào)輸出端分別接a、b通道cpu模塊的第二信號(hào)輸入端，開關(guān)量信號(hào)調(diào)理電路的信號(hào)輸出端分別接a、b通道cpu模塊的第三信號(hào)輸入端，所述的a通道cpu模塊的第一信號(hào)輸出/輸入端與b通道cpu模塊的第一信號(hào)輸入端/輸出端相接，組成ccdl通道，a通道cpu模塊的第二信號(hào)輸出/輸入端與通道選擇與切換邏輯的第一信號(hào)輸入端/輸出端相接，傳遞a通道健康狀態(tài)與控制信號(hào)，b通道cpu模塊的第二信號(hào)輸入端/輸出端與通道選擇與切換邏輯的第二信號(hào)輸入端/輸出端相接，傳遞b通道健康狀態(tài)與控制信號(hào)，a通道cpu模塊的信號(hào)輸出端和通道選擇與切換邏輯的第一信號(hào)輸入端相接，，傳遞主動(dòng)切換信號(hào)b通道cpu模塊的信號(hào)輸出端與通道選擇和切換邏輯的第二信號(hào)輸入端相接，傳遞主動(dòng)切換信號(hào)通道選，擇與切換邏輯的信號(hào)輸出端與輸出信號(hào)控制接口電路的信號(hào)輸入端相接，通道選擇與切換邏輯的第三信號(hào)輸入端接手動(dòng)切換信號(hào)輸出端相接，a通道、b通道cpu模塊的第三、第四信號(hào)輸出/輸入端分別與網(wǎng)口、can總線的信號(hào)輸入/輸出端相接。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)：利用較低的硬件和空間代價(jià)獲得控制系統(tǒng)可靠性的提升，有效解決了兩個(gè)通道處理器共享不同類型輸入信號(hào)和輸出信號(hào)，適用于采用單通道傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的燃機(jī)控制系統(tǒng)。

附圖說明

圖1是基于arm與cpld的雙處理器余度的電子燃油調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是輸入信號(hào)調(diào)理模塊結(jié)構(gòu)框圖。

圖3是輸出信號(hào)控制模塊結(jié)構(gòu)框圖。

圖4是通信模塊結(jié)構(gòu)框圖。

具體實(shí)施方式

一種基于arm與cpld的雙處理器余度的電子燃油調(diào)節(jié)器，其特征在于：包括轉(zhuǎn)速信號(hào)調(diào)理電路、模擬量信號(hào)調(diào)理電路、開關(guān)量信號(hào)調(diào)理電路、輸出信號(hào)控制控制接口電路、cpu模塊、通道選擇與切換邏輯、通信接口以及電源模塊，其中，

轉(zhuǎn)速信號(hào)調(diào)理電路的信號(hào)輸出端分別接a、b通道cpu模塊的第一信號(hào)輸入端，模擬量信號(hào)調(diào)理電路的信號(hào)輸出端分別接a、b通道cpu模塊的第二信號(hào)輸入端，開關(guān)量信號(hào)調(diào)理電路的信號(hào)輸出端分別接a、b通道cpu模塊的第三信號(hào)輸入端，所述的a通道cpu模塊的第一信號(hào)輸出/輸入端與b通道cpu模塊的第一信號(hào)輸入端/輸出端相接，組成ccdl通道，a通道cpu模塊的第二信號(hào)輸出/輸入端與通道選擇與切換邏輯的第一信號(hào)輸入端/輸出端相接，傳遞a通道健康狀態(tài)與控制信號(hào)，b通道cpu模塊的第二信號(hào)輸入端/輸出端與通道選擇與切換邏輯的第二信號(hào)輸入端/輸出端相接，傳遞b通道健康狀態(tài)與控制信號(hào)，a通道cpu模塊的信號(hào)輸出端和通道選擇與切換邏輯的第一信號(hào)輸入端相接，傳遞主動(dòng)切換信號(hào)，b通道cpu模塊的信號(hào)輸出端和通道選擇與切換邏輯的第二信號(hào)輸入端相接，傳遞主動(dòng)切換信號(hào)，通道選擇與切換邏輯的信號(hào)輸出端與輸出信號(hào)控制接口電路的信號(hào)輸入端相接，通道選擇與切換邏輯的第三信號(hào)輸入端接手動(dòng)切換信號(hào)輸出端相接，a通道、b通道cpu模塊的第三、第四信號(hào)輸出/輸入端分別與網(wǎng)口、can總線的信號(hào)輸入/輸出端相接。

所述的a通道cpu和b通道cpu與一片cpld組成核心邏輯模塊，經(jīng)過轉(zhuǎn)速信號(hào)調(diào)理電路、模擬量信號(hào)調(diào)理電路和開關(guān)量信號(hào)調(diào)理電路調(diào)理后的信號(hào)分為兩路輸入至a、b通道cpu中，a、b通道cpu分別對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行采樣與處理，a通道cpu與b通道cpu根據(jù)輸入信號(hào)與控制邏輯生成兩路相互獨(dú)立的控制信號(hào)，控制信號(hào)包括串行通訊信號(hào)spi以及開關(guān)量邏輯信號(hào)（do）；兩路由a、b通道cpu產(chǎn)生的獨(dú)立控制信號(hào)輸入至cpld中，通過cpld通道選擇后對(duì)輸出模塊發(fā)出指令；cpld通過健康狀態(tài)識(shí)別、cpu主動(dòng)切換請(qǐng)求，外部切換請(qǐng)求、上電競(jìng)爭(zhēng)結(jié)果識(shí)別實(shí)現(xiàn)a通道cpu與b通道cpu的主控邏輯判斷；根據(jù)該邏輯判斷將主控cpu信號(hào)向下傳遞至輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)模塊，并將主控信息向上傳遞至cpu中；同時(shí)，a、b通道cpu能過通過高速數(shù)據(jù)交叉?zhèn)鬏斖ǖ纁cdl數(shù)據(jù)鏈進(jìn)行運(yùn)行參數(shù)交互。

所述的cpld通過健康狀態(tài)識(shí)別、cpu主動(dòng)切換請(qǐng)求、外部切換請(qǐng)求、上電競(jìng)爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)對(duì)于a通道cpu與b通道cpu的主控邏輯判斷；健康狀態(tài)由a、b通道cpu根據(jù)其運(yùn)行狀態(tài)獨(dú)立發(fā)送，其主要判斷依據(jù)為硬件電路中的自檢狀態(tài)識(shí)別信號(hào)以及軟件運(yùn)行標(biāo)志位；若cpu運(yùn)行狀態(tài)良好則向cpld發(fā)出運(yùn)行狀態(tài)良好示意。其信號(hào)為1khz的方波信號(hào)，若cpu運(yùn)行發(fā)生異常，將停止發(fā)生方波信號(hào)；當(dāng)cpld發(fā)現(xiàn)某塊cpu健康狀態(tài)信號(hào)停止發(fā)送時(shí)，立即將該cpu的輸出信號(hào)屏蔽，并及時(shí)調(diào)整主機(jī)。

所述的cpu主動(dòng)切換請(qǐng)求信號(hào)僅能由主機(jī)cpu發(fā)生；cpu檢測(cè)到硬邏輯錯(cuò)誤但并未影響cpu自身運(yùn)行，或者cpu收到上位機(jī)強(qiáng)制切換指令，則由主控cpu向cpld發(fā)送主從切換信號(hào)，及時(shí)調(diào)整控制主機(jī)，防止錯(cuò)誤的進(jìn)一步擴(kuò)大。

所述的外部請(qǐng)求信號(hào)由外部微動(dòng)開關(guān)產(chǎn)生，若微動(dòng)開關(guān)被按下，則強(qiáng)制切換主從；

上電競(jìng)爭(zhēng)識(shí)別信號(hào)由a、b通道cpu競(jìng)爭(zhēng)決定，在上電時(shí)兩片cpu獨(dú)立發(fā)送方波信號(hào)，cpld對(duì)于方波信號(hào)的下降沿進(jìn)行計(jì)數(shù)，最先達(dá)到預(yù)先設(shè)定的計(jì)數(shù)值的cpu將成為主控cpu，其輸出控制信號(hào)將被傳送至輸出信號(hào)控接口電路。

所述cpu將通過由cpld反饋的主控信息得知自己運(yùn)行狀態(tài)，并通過ccld取得另一通道cpu的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)a、b通道cpu的數(shù)據(jù)交互；主控cpu將承擔(dān)ccdl數(shù)據(jù)鏈交互中的主機(jī)，非主控cpu將作為從機(jī)；ccdl數(shù)據(jù)包括采集到的傳感器參數(shù)，由通訊模塊傳遞的控制參數(shù)，以及向下傳遞的輸出信號(hào)參數(shù)；外部通訊模塊可以將cpu運(yùn)行參數(shù)上傳至上位機(jī)，并且能夠根據(jù)上位機(jī)的指示進(jìn)行一定的操作。

轉(zhuǎn)速信號(hào)調(diào)理電路，將轉(zhuǎn)速信號(hào)調(diào)理得到規(guī)則的方波信號(hào)便于cpu的采集。

模擬量信號(hào)調(diào)理電路，將4~20ma電流信號(hào)，具體包括：低壓渦輪后燃?xì)鉁囟?路、燃油流量1路、執(zhí)行器位置1路、轉(zhuǎn)速指令1路、預(yù)留3路，共8路調(diào)理成可供cpu采集的電壓信號(hào)。

開關(guān)量信號(hào)調(diào)理電路(4路)。輸入信號(hào)調(diào)理模塊的重點(diǎn)是轉(zhuǎn)速信號(hào)調(diào)理電路，包括自檢、限幅、差分放大、低通濾波、整形、緩沖6個(gè)環(huán)節(jié)。

輸出信號(hào)包括執(zhí)行器控制指令0~20ma電流信號(hào)和開關(guān)量信號(hào)。開關(guān)量信號(hào)包括故障泄放開關(guān)閥、停車開關(guān)閥、綜合報(bào)警燈，均采用繼電器觸點(diǎn)控制，預(yù)留1路，總共4路。電流信號(hào)預(yù)留1路，共2路。

cpu模塊由a通道cpu和b通道cpu組成。經(jīng)過輸入信號(hào)調(diào)理模塊調(diào)理后的信號(hào)分為兩路輸入至a、b通道cpu中，兩片cpu分別對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行采樣與分析。

通道選擇與切換邏輯由cpld實(shí)現(xiàn)。cpld通過健康狀態(tài)識(shí)別、cpu主動(dòng)切換請(qǐng)求、外部切換請(qǐng)求、上電競(jìng)爭(zhēng)結(jié)果識(shí)別實(shí)現(xiàn)對(duì)于a通道cpu和b通道cpu的主控邏輯判斷。主控cpu的控制信號(hào)將被傳送至輸出信號(hào)控接口電路。健康狀態(tài)由a、b通道cpu根據(jù)其運(yùn)行狀態(tài)發(fā)送獨(dú)立，其主要判斷依據(jù)為硬件電路中的自檢狀態(tài)識(shí)別信號(hào)以及軟件運(yùn)行標(biāo)志位。若cpu運(yùn)行狀態(tài)良好則向cpld發(fā)出運(yùn)行狀態(tài)良好示意。其信號(hào)為1khz的方波信號(hào)。若cpu運(yùn)行發(fā)生異常，將停止方波信號(hào)的發(fā)生。cpu主動(dòng)切換請(qǐng)求信號(hào)僅能由主機(jī)cpu發(fā)生。cpu檢測(cè)到硬邏輯錯(cuò)誤但并未影響至cpu自身運(yùn)行，或者cpu收到上位機(jī)強(qiáng)制切換指令，則由主控cpu向cpld發(fā)送主從切換信號(hào)，及時(shí)調(diào)整控制主機(jī)。外部請(qǐng)求信號(hào)由外部微動(dòng)開關(guān)產(chǎn)生，若微動(dòng)開關(guān)被按下，則強(qiáng)制切換主從。上電競(jìng)爭(zhēng)識(shí)別信號(hào)由a、b通道cpu競(jìng)爭(zhēng)決定，在上電時(shí)a、b通道cpu獨(dú)立發(fā)送方波信號(hào)，cpld對(duì)于方波信號(hào)的下降沿進(jìn)行計(jì)數(shù)，最先達(dá)到預(yù)先設(shè)定的計(jì)數(shù)值的cpu將成為主控cpu，其輸出控制信號(hào)將被傳送至輸出信號(hào)控接口電路。

ccdl通訊由spi（串行通訊）實(shí)現(xiàn)。spi通訊按幀發(fā)送，由于數(shù)據(jù)量較大，按數(shù)據(jù)幀發(fā)送，每一幀包含一位數(shù)據(jù)頭以及七位數(shù)據(jù)位。數(shù)據(jù)鏈中包含can通訊中取得的控制指令，以太網(wǎng)通訊中取得的參數(shù)指令，以及由cpu計(jì)算得到的控制指令與運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)。

通信模塊采用雙通道冗余的結(jié)構(gòu)，每個(gè)cpu對(duì)應(yīng)一個(gè)can通道、一個(gè)網(wǎng)口。a、b通道cpu通過spi總線進(jìn)行通信，故每一路通信接口都可以得到a、b通道cpu上的所有數(shù)據(jù)。can通信接口將利用cpu芯片的can模塊，采用adi公司的專業(yè)隔離收發(fā)器adm3053，在實(shí)現(xiàn)信號(hào)和電源隔離的同時(shí)實(shí)現(xiàn)can通信的物理接口，如圖4所示。can通信的應(yīng)用層協(xié)議擬采用在工業(yè)界得到廣泛應(yīng)用的canopen。以太網(wǎng)接口使用cpu自帶的以太網(wǎng)模塊，該模塊集成了物理層，具體的以太網(wǎng)接口功能將根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求編寫相應(yīng)的接口程序。

電源模塊由雙路24v直流電源供電，采用dc-dc模塊產(chǎn)生+12v、+5v、-5v、+3.3v和+1.8v電源，為控制器的其它模塊供電。