摘要：采用分層和模塊化思想設(shè)計出一種基于ASAP 標準的標定診斷系統(tǒng)。在上位機利用軟件看門狗技術(shù)，解決了標定工具與發(fā)動機電控單元之間的故障快速定位問題。故障時上位機自動保存標定數(shù)據(jù)，故障修復(fù)后自動下發(fā)該標定數(shù)據(jù)，進而防止標定數(shù)據(jù)丟失，避免重復(fù)性的標定工作。并能讀取國外標定系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫文件，其可靠性和通用性進一步增強。
關(guān)鍵詞：標定系統(tǒng)；發(fā)動機；診斷；ASAP 標準；軟件看門狗

Design of engine calibration diagnosis system based on ASAP standards
Li Yin-guo Cao Geng-yan Cen Ming (Chongqing University of Posts and Telcoms，Chongqing China 400065)
Abstract：A calibration and diagnosis system based on ASAP standards was designed using layer and modularization idea. the malfunction between host computer and ECU was positioned quickly
through the software watchdog technology in the host computer. and the calibrated datas were autosaved into the Caliration tool. After the malfunction was repaired ,these datas were sent to the RAM of ECU. So this can avoid the datas’losing and the calibration’s repetition. Also it can read foreign calibration software’s description file.it’s reliability and universality was strengthened.
Key words：calibration system, Engine, diagnosis, ASAP standards , Software Watchdog
引言
    發(fā)動機電子控制單元（ECU）是車用發(fā)動機控制系統(tǒng)的核心，它能夠根據(jù)發(fā)動機的運行情況來提供最佳空燃比和點火時間，進而使發(fā)動機的動力性、經(jīng)濟性和尾氣排放達到最優(yōu)狀態(tài)[1]。因此開發(fā)一個功能可靠且方便靈活的的標定工具非常重要。它能縮短ECU 的開發(fā)周期，減小匹配實驗工作量，降低開發(fā)成本，幫助標定員在短時間內(nèi)獲得最佳的標定參數(shù)。從現(xiàn)有資料來看，國內(nèi)設(shè)計的標定系統(tǒng)一般具有標定、監(jiān)測和診斷功能。但其診斷功能只是對ECU提供的故障信息在上位機顯示。在上位機和ECU之間的故障快速定位和修復(fù)方面沒有介紹，本文設(shè)計的標定診斷系統(tǒng)除了具有在線標定、實時監(jiān)測并能讀取ECU中的故障信息功能外，在標定上位機利用軟件看門狗技術(shù)實現(xiàn)了上位機與ECU之間的故障快速定位，并具有自動保存、加載、回讀比較數(shù)據(jù)等功能。增強了標定系統(tǒng)的可靠性和靈活性。
1 ASAP標準體系結(jié)構(gòu)
     ASAP（Arbeitskreis zur Standardisierung von Applikationssystemen）指的是應(yīng)用系統(tǒng)標準化組織，為了使車用電子產(chǎn)品在開發(fā)期間所用的工具和方法具有兼容性和可交換性而提出該國際標準[2]。為了實現(xiàn)對應(yīng)用系統(tǒng)進行測量、標定和診斷，ASAP工作組根據(jù)MCD(Measurement，Calibration and Diagnostics)模型將該標準分成ASAP1、ASAP2和ASAP3三個子標準。
    ASAP1標準為應(yīng)用系統(tǒng)和控制設(shè)備之間提供接口；ASAP2標準對ECU的內(nèi)部各種參數(shù)、外部接口信息、通信方法等進行了標準化的描述，按此標準生成的ASAP描述文件是各類控制設(shè)備的數(shù)據(jù)交換平臺；ASAP3標準為自動系統(tǒng)（或用戶）與MCD系統(tǒng)之間提供統(tǒng)一接口，用戶只需通過調(diào)用MCD系統(tǒng)提供的接口函數(shù)來完成測量、標定和診斷等功能。
2 標定系統(tǒng)整體設(shè)計
    采用PC機作為上位機，通過USB-CAN通信卡連到發(fā)動機ECU，實現(xiàn)對發(fā)動機ECU的標定、監(jiān)測、診斷等操作。上位機與ECU之間的通信和數(shù)據(jù)交換平臺分別由ASAP標準中的CCP協(xié)議和ASAP2標準生成的ASAP描述文件（.A2L文件）來實現(xiàn)。上位機標定軟件采用分層和模塊化思想設(shè)計，包括數(shù)據(jù)層、表示層和通信層（如圖1）。其中數(shù)據(jù)層包括初始化子系統(tǒng)和數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)，初始化子系統(tǒng)主要是完成CAN通信模塊和數(shù)據(jù)的初始化等操作。數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)主要是完成數(shù)據(jù)的保存、加載、回放和A2L數(shù)據(jù)庫的管理等操作；表示層包括標定監(jiān)測子系統(tǒng)和診斷子系統(tǒng)，該層主要完成對發(fā)動機ECU的標定、監(jiān)測和診斷等操作；通信層主要是完成上位機與ECU之間的通信操作。

圖1 標定診斷系統(tǒng)的總體框架圖
    由ASAP編輯器生成的A2l數(shù)據(jù)庫是整個標定系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換平臺，因此在系統(tǒng)運行開始首先導(dǎo)入A2L文件，然后調(diào)用CAN通信模塊提供的接口庫函數(shù)完成CAN通信模塊初始化等操作，建立連接后可對多個ECU進行標定和監(jiān)測。故障診斷（ECU故障信息上傳顯示和標定系統(tǒng)的故障診斷）貫穿于標定和監(jiān)測的整個過程中（如圖2）。

圖2 上位機主流程圖 圖3 標定數(shù)據(jù)初始化流程圖
2.1 初始化子系統(tǒng)的設(shè)計
    在此子系統(tǒng)中包括USB-CAN模塊的初始化、標定參數(shù)的初始化和DAQ參數(shù)的初始化配置。上位機通過調(diào)用CAN通信模塊的相關(guān)接口庫函數(shù)依次進行下列初始化操作：打開CAN通信模塊、選中與ECU連接的CAN口、配置各CAN口相關(guān)參數(shù)（驗收碼、屏蔽碼、定時器、濾波器、模式等）、啟動CAN通信設(shè)備等。標定參數(shù)的初始化有兩種方式：一種是從ECU的RAM區(qū)讀取標定數(shù)據(jù)到上位機標定窗口，另一種是從上位機的標定數(shù)據(jù)文件中加載到程序中進行標定數(shù)據(jù)的初始化（如圖3）。在監(jiān)測參數(shù)上傳之前，對需要監(jiān)測的數(shù)據(jù)進行DAQ配置，不同上傳周期的監(jiān)測數(shù)據(jù)配置到不同的DAQ表中，這需要上位機發(fā)送DAQ配置命令和START_STOP命令要求ECU中的DAQ處理機配置并開啟不同DAQ表進行上傳并顯示監(jiān)測數(shù)據(jù)。在標定系統(tǒng)運行期間，
     通過開啟或關(guān)閉某個DAQ表，可以實時監(jiān)測到所開啟DAQ表的數(shù)據(jù)上傳數(shù)據(jù)。

2.2 數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)的設(shè)計
     在此子系統(tǒng)中，主要包括A2L數(shù)據(jù)庫的管理、數(shù)據(jù)的保存、打印、回放和比較等功能。A2l數(shù)據(jù)庫是整個標定系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換平臺，它記錄了控制器內(nèi)部的各種參數(shù)、外部接口信息、通信方法等詳細信息。因此對其管理尤為重要。在通訊協(xié)議中采用地址結(jié)合數(shù)據(jù)段長度的方法實現(xiàn)數(shù)據(jù)的下載和修改。上位機程序負責(zé)查詢A2L數(shù)據(jù)庫以獲得控制參數(shù)的地址和數(shù)據(jù)段長度等信息[3]，A2L數(shù)據(jù)庫的使用減輕了ECU對大量標定變量的定義和存儲的負擔(dān)，縮短占用微處理器的運算時間。當ECU中的參數(shù)信息改變時，只需用ASAP數(shù)據(jù)庫編輯器對原有A2L文件的改動部分進行刷新。標定系統(tǒng)只需在新的A2L文件下對ECU進行標定、監(jiān)測等操作。因此，當ECU有關(guān)信息的改變時不會對標定軟件的代碼做任何改動，同時也避免因標定軟件內(nèi)部代碼的局部改動所帶來的隱患[4]，增加了標定系統(tǒng)的靈活性。
   為了便于對監(jiān)測到的數(shù)據(jù)進行離線分析比較，該系統(tǒng)具有保存監(jiān)測數(shù)據(jù)并對其進行離線
分析、波形回放和打印功能。
2.3 診斷子系統(tǒng)的設(shè)計
     在此子系統(tǒng)中，除了讀取ECU中的故障信息外，在標定上位機利用軟件看門狗技術(shù)實現(xiàn)了標定系統(tǒng)的故障快速定位，大大減少故障查找時間。故障時及時地將已標定數(shù)據(jù)進行保存，避免因標定數(shù)據(jù)的丟失而進行重復(fù)性地標定工作，提高了標定系統(tǒng)的可靠性（如圖4、圖5）。
2.3.1 故障快速定位與數(shù)據(jù)的自動保存
在上位機的接收中斷函數(shù)中設(shè)置一個全局變量ConnectFlag并使其值賦為0，只要有監(jiān)測數(shù)據(jù)周期性上傳（本文三個DAQ表的數(shù)據(jù)上傳周期是10ms、20ms、50ms）ConnectFlag一直為0，當超過50ms，該變量就會在定時器函數(shù)里不斷加1， 當大于指定的數(shù)值時（在指定的時間內(nèi)沒有數(shù)據(jù)上傳），在上位機出現(xiàn)故障提示。根據(jù)USB-CAN提供的接口函數(shù)判斷故障是ECU與USB-CAN模塊之間，還是USB-CAN與ECU之間。故障時在上位機調(diào)用保存函數(shù)對已標定數(shù)據(jù)進行保存，做好標定數(shù)據(jù)的備份，避免因標定數(shù)據(jù)丟失而進行重新標定，減少標定工作量。
2.3.2 故障修復(fù)與數(shù)據(jù)的自動加載
根據(jù)故障提示快速作出故障定位，故障排除后根據(jù)故障提示點擊主界面修復(fù)菜單中的復(fù)
位按鈕，復(fù)位成功同時自動將已標定的數(shù)據(jù)從上位機的保存文件中加載到標定窗口并下發(fā)，然后繼續(xù)標定操作，不需重新進行標定。修復(fù)菜單中，對于ECU斷電的情況，ECU上電后進行修復(fù)時，需要上位機重新下發(fā)配置DAQ命令和啟動DAQ表等相關(guān)命令，因為一旦斷電或者復(fù)位，ECU與上位機的相關(guān)命令需要重新發(fā)送才能完成兩者的通信；對于ECU與USB-CAN之間線路故障的情況，只需將線路連好即可繼續(xù)上位機與ECU之間的通信；對于USB-CAN與上位機故障的情況，需要在上位機先關(guān)閉CAN-USB設(shè)備再打開并初始化設(shè)備，再可繼續(xù)標定工作。
2.4 標定監(jiān)測子系統(tǒng)的設(shè)計
在上位機的標定窗口完成ECU控制參數(shù)的在線標定。通過在線修改標定窗口中的參數(shù)值
就可以對ECU中RAM區(qū)的相關(guān)參數(shù)值進行優(yōu)化，標定后將RAM區(qū)的標定值燒寫到FLASH中。同時還可以將ECU中的標定參數(shù)值讀當標定子窗口并與當前標定窗口值進行比較，確保下發(fā)標定值的正確性。標定流程圖如圖4所示。此外，該子系統(tǒng)能夠?qū)崟r監(jiān)測ECU采集到的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)進行多樣化顯示，能直觀地顯示所監(jiān)測的數(shù)據(jù)及其變化規(guī)律。上位機一次發(fā)送命令就可要求從設(shè)備周期性地自動上傳DAQ監(jiān)測數(shù)據(jù)（具體見圖5）。
2.5 通信子系統(tǒng)的設(shè)計
通信子系統(tǒng)主要為上位機與ECU之間提供通信接口。所用通信協(xié)議是CCP協(xié)議[5]，該協(xié)議都是從ASAP1a子標準中獨立出來的通信標準，該協(xié)議具有通信可靠，實時性強、通用性好等優(yōu)點。在設(shè)計中，通過ccpCommand()函數(shù)調(diào)用不同的CCP命令完成命令的下發(fā)，調(diào)用fGetData()函數(shù)來接收ECU的返回命令并讀取ECU中上傳的監(jiān)測數(shù)據(jù)。ECU根據(jù)上位機的DAQ配置命令和啟動DAQ命令周期性地上傳監(jiān)測數(shù)據(jù)。

圖4 標定流程圖 圖5 監(jiān)測流程圖
3 標定系統(tǒng)底層軟件的設(shè)計

圖6 底層軟件設(shè)計
如圖6所示，為了增加底層通信模塊的通用性，采用了模塊化設(shè)計思想,將CAN Driver
和CCP Driver分離。Command 處理機是CCP Driver的主要組成部分；DAQ處理機是用來采集并按要求周期性地上傳不同DAQ表的監(jiān)測參數(shù)當前值。兩處理機組成控制器的CCP Driver,是對標定協(xié)議內(nèi)容的解析和實現(xiàn)。為了保證CAN通信的可靠性，CAN Driver采用環(huán)形緩沖機制，并通過操作系統(tǒng)消息溝通中斷子程和系統(tǒng)任務(wù)。通過更改CAN Driver實現(xiàn)不同ECU硬件平臺的移植,并且可以對新的ECU進行標定，增加了底層通信模塊的兼容性和通用性。
4 結(jié)束語
本文設(shè)計的標定診斷系統(tǒng)集標定、監(jiān)測、診斷等功能為一體。在保證系統(tǒng)的靈活性和通
信實時性的基礎(chǔ)上，在上位機利用軟件看門狗技術(shù)實現(xiàn)了標定系統(tǒng)故障的快速診斷與修復(fù)、數(shù)據(jù)的自動保存和加載功能，進而防止標定數(shù)據(jù)丟失，避免重復(fù)性地標定工作，使整個標定系統(tǒng)的可靠性得到保證。實驗表明，該系統(tǒng)具有較高的實時性，靈活性和可靠性。