XC2300系列MCU的电子动力转向系统原理
eps就是一种机电动力转向系统，它用电子控制的电机代替原来的水压助力转向装置。eps系统在发动机仓内占用更少的空间，更容易组装，而且能够节省燃油消耗。另外它在转向系统中不再使用有毒的液压油。在小型车辆中，电机是通过齿轮箱连接到转向柱的，而在中型汽车内，电机利用凸缘架斜向或纵向安装在齿轮架上，并通过齿轮箱操作。当司机转动方向盘时，电机就为转向系统提供动力。
eps系统工作原理
电子动力转向系统由一个控制单元、众多传感器和一个无刷电机组成。控制单元对系统进行控制，并提供电机所需的信息。另外，它还从传感器接收信息，这些传感器主要用来测量方向角度、驾驶速度和扭矩等参数。检测电机位置和电机电流的传感器可确保电机工作在最佳工作状态。图1给出了带系统监视功能的高级电子机械动力转向系统的关键组件。xc2300作为主处理器控制着伺服电机和其它组件。第二个较小的微控制器或asic则用作监控单元。
eps系统的主要器件
传动装置是一个三相同步或异步无刷电机。电机的旋转场以电子方式产生。信号频率约20khz的脉冲宽度调制(pwm)信号将影响电机的速度和扭矩。
旋转编码器或磁性传感器-即所谓的巨型磁阻(gms)-可以提供识别转子位置的数据。通常两个相位电流是通过分路电路或霍尔传感器测量的。上述传感器都是模拟输出，因此需要经过放大才能用于进一步的处理。作用在转向柱上的力量以及电机要求的助动力通过扭矩传感器测量。信号处理在控制单元中完成。车轮传感器提供汽车速度信息，转向角度传感器提供方向盘当前位置信息。其它控制单元则处理这些信号。数据是在can总线上传输的。可以在传感器中集成一些评估逻辑，具体取决于系统选用的传感器类型。这样可以提高精度，减少出错的可能性。
图1：带系统监视功能的电子机械动力转向系统结构框图。
控制单元由稳压器、can收发器、信号调理电路、桥式驱动器、电源开关和微控制器组成。稳压器提供传感器、微控制器和asic所需的各种电压。can收发器用于can总线和微控制器之间的桥接。数据信号处理是模拟还是数字方式取决于传感器类型。因为微控制器不能直接控制电源开关(b6桥)，因此需要桥式驱动器。桥式驱动器产生快速开关晶体管所需的栅极电压和相关电流。智能驱动器还包含有诊断接口，它能检测各种问题，如半桥短路、低相位电压或器件高温。微控制器控制和监视电机与整个系统，它还必须执行诊断功能，并与网络进行通信。此外还采用了另外一个控制器来进行检错，并在必要时激活紧急工作模式。
由于eps系统在电机动态和恒定扭矩方面有很高的要求，故它们需要采用复杂的算法，如场定向控制(foc)技术。这种控制直接作用于电机的转子场上，需要相当强的处理能力，因为它涉及计算多个坐标变换(clark/park变换)，并须以50?s间隔调节两个相位电流。需要通过一个pwm信号并使用空间向量方法对电机进行控制。由于mac单元性能非常高，因此所需的cpu负荷还不到10%。
xc2300针对eps系统进行优化
xc2300微控制器是英飞凌公司xc2000微控制器系列中的新产品。xc2300处理器架构可以彻底解决系统监视问题，能够快速处理严格的控制算法，并且具有广泛的内置硬件支持。总之，它能够快速且高效地处理各种复杂的任务。
安全方面：为了增强可靠性，采用循环冗余校验(crc) 来验证敏感数据，其中涉及两次写数据以及二者的比较。整个存储器系统受硬件纠错单元的保护。为了封装不同的软件模块，还建立了一个存储器保护单元。
架构/dsp功能：xc2000架构以以前开发的c166内核(现在已经成为行业标准)为基础，可以提供先进的控制和dsp功能。然而与c166架构不同的是，它具有高性能管线结构，故而可以在单个时钟周期内执行指令。在相同的时钟速度下，xc2300的处理能力差不多是c166的两。xc2300还集成有一个乘法累加单元，可以很容易地实现矩阵操作或有限脉冲响应(fir)滤波器功能。这意味着可以在单个时钟周期内执行累积32位加法或减法的16x16位乘法。快速的矩阵操作处理(clark/park转换)和强大的pi控制器实现在eps中都发挥着重要的作用。xc2300支持最多128个中断源，共有16个中断等级。除了典型的中断处理之外，该处理器还以外设事件控制器(pec)的形式提供可选的dma传送功能，从而允许在16mb的地址空间中轻松地移动或复制大型数据块。程序存储器访问为64位宽，目前最高支持576kb的嵌入式闪存。闪存在物理上被分成多个模块，并采用了纠错和监视功能，因此可获得更高的运行可靠性。每个闪存区都可以通过口令分别实现读写保护。可用来管理数据的嵌入式sram容量则高达50kb。此外，还采用了一种额外的保护机制来防止对重要的cpu寄存器的未授权访问。为了进一步提高运行可靠性，当某些受限指令被执行或者是cpu堆栈写入溢出时也可以触发保护机制。
强大的外设：xc2300的外设模块包含了灵活的定时单元、三个usic模块(用于支持不同的同步和异步串行接口)、捕获/比较(capcom)模块、一个实时时钟和看门狗功能、两个独立的高速10位a/d转换器(转换时间>=1.2?s)以及三个can模块。众多的触发器资源允许ad转换与具有相应延时的capcom定时器单元之间实现同步。内置有限的几个检查器可以对多个电压源进行后台监视，不会增加cpu任何负担。
capcom6捕获/比较单元是专门开发来支持独立于cpu的多相电机控制的。以cpu频率作为其运行时钟的两个独立的16位宽定时器被用作时间基准。capcom6模块能够产生多达7个的独立脉宽调制信号，或存储输入信号持续时间和占空比。它在80mhz的系统时钟下可以提供12.5ns的分辨率。一个8位的定时器支持死区时间产生。该信号可以单独分配给每个通道。由于采用了同步设计和影子寄存器，寄存器更新可得到正确的定义。capcom6单元支持同步和异步脉宽调制。在发生错误时，每个输出都可以立即进入不活动状态。在一个系统中，使用两个capcom6单元可以最多控制两个电机。所有外设模块都通过一条高速16位外设总线连接到cpu。xc2300系列微控制器中外设模块的集成度比其它微控制器架构要高，因此cpu可以集中资源执行运算和诊断任务。xc2365微控制器中的关键功能模块如图2所示。
图2：xc2365微控制器。
调试：xc2300微控制器支持片上调试，可以通过断点、存储器/寄存器访问和单步执行等手段来进行高效且低成本的系统仿真。
开发工具：如今产品开发周期越来越短，仿真器、调试器、编译器、汇编器和评估板以及软件工程师使用的case工具和自动代码生成器等成熟的、功能强大的工具变得愈加重要，特别是在汽车行业。随着c166架构被越来越广泛地接受，开发人员可以充分利用全面并且经过验证的开发工具集。目前多种相关评估工具包、软件实例和应用指南都在供货。
总而言之，值得一提的是，xc2300系列微控制器具有超强功能的mac单元、capcom6单元和双adc，它专门针对eps系统进行优化，完全能够满足这些系统的要求。此外， crc单元和全面诊断能力等特性则进一步提高了程序执行的可靠性。
汇川技术荣获CMCD2023年度运动控制领域最具影响力品牌奖
工业互联网产业联盟企业一览
医疗器械网络的安全隐患显得越发严峻
热知识！直播源码开发的平台功能强大最重要：如何挑选正确的一对一直播源码
温度对铅酸和锂电池性能的影响及应对策略
XC2300系列MCU的电子动力转向系统原理
AI火热给AI降温的“液冷”更热
国内封测厂景气度下降 海太半导体毛利低
光开关种类及相关知识简介
荣耀8青春版、红米note4x、360N5、魅蓝note5评测对比：究竟谁能笑到最后？
业界首家性能和功耗领先的PCI Express Gen 5时钟和缓冲器
生成树协议将冗余链路自动切换为转发状态恢复网络连通性
关于主动安全技术的介绍和应用
苹果VR设备或能辅助医生做外科手术
有缺陷，为什么还是要买Galaxy Fold和Mate X？
华擎发布刀卡版RX 5500 XT 长度仅17.8厘米
新一代车载T-Box集成以太网网关的控制方案解析
英特尔孙纳颐：PC：终极达尔文式设备
哈啰出行与您相约潍坊第七届中日韩产业博览会
2023年1-7月中国乘用新车ADAS装配量及装配率
eps系统工作原理
电子动力转向系统由一个控制单元、众多传感器和一个无刷电机组成。控制单元对系统进行控制，并提供电机所需的信息。另外，它还从传感器接收信息，这些传感器主要用来测量方向角度、驾驶速度和扭矩等参数。检测电机位置和电机电流的传感器可确保电机工作在最佳工作状态。图1给出了带系统监视功能的高级电子机械动力转向系统的关键组件。xc2300作为主处理器控制着伺服电机和其它组件。第二个较小的微控制器或asic则用作监控单元。
eps系统的主要器件
传动装置是一个三相同步或异步无刷电机。电机的旋转场以电子方式产生。信号频率约20khz的脉冲宽度调制(pwm)信号将影响电机的速度和扭矩。
旋转编码器或磁性传感器-即所谓的巨型磁阻(gms)-可以提供识别转子位置的数据。通常两个相位电流是通过分路电路或霍尔传感器测量的。上述传感器都是模拟输出，因此需要经过放大才能用于进一步的处理。作用在转向柱上的力量以及电机要求的助动力通过扭矩传感器测量。信号处理在控制单元中完成。车轮传感器提供汽车速度信息，转向角度传感器提供方向盘当前位置信息。其它控制单元则处理这些信号。数据是在can总线上传输的。可以在传感器中集成一些评估逻辑，具体取决于系统选用的传感器类型。这样可以提高精度，减少出错的可能性。
图1：带系统监视功能的电子机械动力转向系统结构框图。
控制单元由稳压器、can收发器、信号调理电路、桥式驱动器、电源开关和微控制器组成。稳压器提供传感器、微控制器和asic所需的各种电压。can收发器用于can总线和微控制器之间的桥接。数据信号处理是模拟还是数字方式取决于传感器类型。因为微控制器不能直接控制电源开关(b6桥)，因此需要桥式驱动器。桥式驱动器产生快速开关晶体管所需的栅极电压和相关电流。智能驱动器还包含有诊断接口，它能检测各种问题，如半桥短路、低相位电压或器件高温。微控制器控制和监视电机与整个系统，它还必须执行诊断功能，并与网络进行通信。此外还采用了另外一个控制器来进行检错，并在必要时激活紧急工作模式。
由于eps系统在电机动态和恒定扭矩方面有很高的要求，故它们需要采用复杂的算法，如场定向控制(foc)技术。这种控制直接作用于电机的转子场上，需要相当强的处理能力，因为它涉及计算多个坐标变换(clark/park变换)，并须以50?s间隔调节两个相位电流。需要通过一个pwm信号并使用空间向量方法对电机进行控制。由于mac单元性能非常高，因此所需的cpu负荷还不到10%。
xc2300针对eps系统进行优化
xc2300微控制器是英飞凌公司xc2000微控制器系列中的新产品。xc2300处理器架构可以彻底解决系统监视问题，能够快速处理严格的控制算法，并且具有广泛的内置硬件支持。总之，它能够快速且高效地处理各种复杂的任务。
安全方面：为了增强可靠性，采用循环冗余校验(crc) 来验证敏感数据，其中涉及两次写数据以及二者的比较。整个存储器系统受硬件纠错单元的保护。为了封装不同的软件模块，还建立了一个存储器保护单元。
架构/dsp功能：xc2000架构以以前开发的c166内核(现在已经成为行业标准)为基础，可以提供先进的控制和dsp功能。然而与c166架构不同的是，它具有高性能管线结构，故而可以在单个时钟周期内执行指令。在相同的时钟速度下，xc2300的处理能力差不多是c166的两。xc2300还集成有一个乘法累加单元，可以很容易地实现矩阵操作或有限脉冲响应(fir)滤波器功能。这意味着可以在单个时钟周期内执行累积32位加法或减法的16x16位乘法。快速的矩阵操作处理(clark/park转换)和强大的pi控制器实现在eps中都发挥着重要的作用。xc2300支持最多128个中断源，共有16个中断等级。除了典型的中断处理之外，该处理器还以外设事件控制器(pec)的形式提供可选的dma传送功能，从而允许在16mb的地址空间中轻松地移动或复制大型数据块。程序存储器访问为64位宽，目前最高支持576kb的嵌入式闪存。闪存在物理上被分成多个模块，并采用了纠错和监视功能，因此可获得更高的运行可靠性。每个闪存区都可以通过口令分别实现读写保护。可用来管理数据的嵌入式sram容量则高达50kb。此外，还采用了一种额外的保护机制来防止对重要的cpu寄存器的未授权访问。为了进一步提高运行可靠性，当某些受限指令被执行或者是cpu堆栈写入溢出时也可以触发保护机制。
强大的外设：xc2300的外设模块包含了灵活的定时单元、三个usic模块(用于支持不同的同步和异步串行接口)、捕获/比较(capcom)模块、一个实时时钟和看门狗功能、两个独立的高速10位a/d转换器(转换时间>=1.2?s)以及三个can模块。众多的触发器资源允许ad转换与具有相应延时的capcom定时器单元之间实现同步。内置有限的几个检查器可以对多个电压源进行后台监视，不会增加cpu任何负担。
capcom6捕获/比较单元是专门开发来支持独立于cpu的多相电机控制的。以cpu频率作为其运行时钟的两个独立的16位宽定时器被用作时间基准。capcom6模块能够产生多达7个的独立脉宽调制信号，或存储输入信号持续时间和占空比。它在80mhz的系统时钟下可以提供12.5ns的分辨率。一个8位的定时器支持死区时间产生。该信号可以单独分配给每个通道。由于采用了同步设计和影子寄存器，寄存器更新可得到正确的定义。capcom6单元支持同步和异步脉宽调制。在发生错误时，每个输出都可以立即进入不活动状态。在一个系统中，使用两个capcom6单元可以最多控制两个电机。所有外设模块都通过一条高速16位外设总线连接到cpu。xc2300系列微控制器中外设模块的集成度比其它微控制器架构要高，因此cpu可以集中资源执行运算和诊断任务。xc2365微控制器中的关键功能模块如图2所示。
图2：xc2365微控制器。
调试：xc2300微控制器支持片上调试，可以通过断点、存储器/寄存器访问和单步执行等手段来进行高效且低成本的系统仿真。
开发工具：如今产品开发周期越来越短，仿真器、调试器、编译器、汇编器和评估板以及软件工程师使用的case工具和自动代码生成器等成熟的、功能强大的工具变得愈加重要，特别是在汽车行业。随着c166架构被越来越广泛地接受，开发人员可以充分利用全面并且经过验证的开发工具集。目前多种相关评估工具包、软件实例和应用指南都在供货。
总而言之，值得一提的是，xc2300系列微控制器具有超强功能的mac单元、capcom6单元和双adc，它专门针对eps系统进行优化，完全能够满足这些系统的要求。此外， crc单元和全面诊断能力等特性则进一步提高了程序执行的可靠性。
汇川技术荣获CMCD2023年度运动控制领域最具影响力品牌奖
工业互联网产业联盟企业一览
医疗器械网络的安全隐患显得越发严峻
热知识！直播源码开发的平台功能强大最重要：如何挑选正确的一对一直播源码
温度对铅酸和锂电池性能的影响及应对策略
XC2300系列MCU的电子动力转向系统原理
AI火热给AI降温的“液冷”更热
国内封测厂景气度下降 海太半导体毛利低
光开关种类及相关知识简介
荣耀8青春版、红米note4x、360N5、魅蓝note5评测对比：究竟谁能笑到最后？
业界首家性能和功耗领先的PCI Express Gen 5时钟和缓冲器
生成树协议将冗余链路自动切换为转发状态恢复网络连通性
关于主动安全技术的介绍和应用
苹果VR设备或能辅助医生做外科手术
有缺陷，为什么还是要买Galaxy Fold和Mate X？
华擎发布刀卡版RX 5500 XT 长度仅17.8厘米
新一代车载T-Box集成以太网网关的控制方案解析
英特尔孙纳颐：PC：终极达尔文式设备
哈啰出行与您相约潍坊第七届中日韩产业博览会
2023年1-7月中国乘用新车ADAS装配量及装配率