Работа на ECU

Предмети:

въведение
Системна шина
Процесор (CPU)
RAM памет
ROM памет

Предговор:
ECU получава или измервателни данни от сензори, обработва информацията и извършва изчисления за управление на изпълнителните механизми. Фигурата по-долу показва блокова схема на система за управление.

Сензорите са сензори, които реагират на физическа величина. Електрониката в сензора преобразува това в електрически сигнал. ECU получава този електрически сигнал като „вход“ и сравнява този сигнал с предварително програмираната стойност. В зависимост от това за какво е сигналът, управлението се извършва чрез съответно регулиране на управлението на задвижването.

Следната фигура показва ECU с три щепселни връзки. Отляво надясно: захранване и мрежа, сензори, изпълнителни механизми.

В системата за управление на бензинов двигател намираме, наред с други, следните сензори:

сензор за положение на коляновия вал за измерване на скоростта на коляновия вал;
сензор за температура на охлаждащата течност за измерване на нагряването на охлаждащата течност;
сензори за положение на дроселната клапа за измерване на позицията на дроселната клапа и следователно натоварването на двигателя;
MAP или измервател на въздушната маса за измерване на отрицателното налягане или въздушния поток;
ламбда сонда за измерване съдържанието на кислород в отработените газове;
барометричен сензор и сензори за температура на входящия въздух;
сензор за детонация, за да ускорите запалването възможно най-далеч.

Горните сензори служат като вход за управление на инжекторите и бобината(ите) на запалването. За тази цел всички стойности на сензора се търсят в предварително програмирано характеристично поле.

Вземаме за пример управлението на инжектора. При обороти на двигателя на празен ход инжекторите инжектират x брой градуса след TDC.

При ниска температура на охлаждащата течност времето за впръскване се удължава (обогатяване);
При леко ускоряване времето за впръскване също се удължава. Прави се и измерване, което следи колко бързо се натиска педалът на газта: при рязко подаване на пълна газ се получава допълнително обогатяване;
Отрицателното налягане във всмукателния колектор влияе върху времето и продължителността на впръскване;
Ламбда сондата (например скок сензора) измерва дали сместа е твърде богата или твърде бедна. Ако сместа е твърде бедна за няколко завъртания на коляновия вал, времето за впръскване се удължава с помощта на корекциите на горивото, докато сместа отново стане стехиометрична;
Барометричният сензор и сензорът за температурата на входящия въздух измерват налягането и температурата на въздуха, за да определят нивото на кислород в засмукания въздух.

Следователно продължителността на инжектиране зависи от стойностите на до пет сензора. В съвременните двигатели дори повече сензори играят роля в това.

По време и след управление на задвижващ механизъм, сензорите подават информация обратно към ECU. Измерената стойност се сравнява с желаната стойност в софтуера. Това може да се използва, за да се определи дали управлението на задвижващия механизъм може да остане постоянно, трябва да бъде съкратено или удължено. Следователно ECU действа като контролер, създавайки контролна верига.

Следващата фигура показва диаграма, в която основното време на впръскване се определя от скоростта на коляновия вал в сравнение с подналягането във всмукателния колектор, което е мярка за натоварването на двигателя. Температурите и ламбда сондата образуват корекционен коефициент и всеки има свое собствено характерно поле.

Системна шина:
Системната шина прави връзки между компонентите в ECU (вижте изображението по-долу). В горната част на ECU намираме часовника. Този така наречен осцилатор произвежда напрежение с правоъгълна вълна с честота обикновено 16 mHz. Тактовата честота определя скоростта на контролния блок. Компонентите в контролния контур се координират от този таймер.

Централният процесор, паметта и I/O интерфейсът (I/O означава: вход/изход) са свързани помежду си със системна шина, състояща се от множество връзки на печатната платка. Можем да ги разделим на:

адресна шина: тази шина осигурява пренос на данни от микропроцесора до определени места в паметта;
шина за данни: данните между паметта, процесора и интерфейсите се транспортират чрез шина за данни;
контролна шина: служи като контролер, като прави селекции за четене и запис, заявки и нулиране въз основа на синхронизирането на системния часовник.

Процесор (CPU):
Процесорът (централен процесор) е сърцето на компютъра. Комбинационните схеми, които се състоят от огромен брой И, ИЛИ и НЕ портове, са изградени в ECU посредством софтуер. Редица инструкции (софтуерът) се вписват по време на производството на процесора. Тези инструкции изпълняват действия и ги подреждат в правилния ред. Пример:

буквите от азбуката се съхраняват цифрово в процесора. В действителност това няма да бъдат букви, а цифрови инструкции, които представляват прости действия;
като подредим буквите в правилния ред можем да съставим думи;
като подредим думите в правилния ред можем да съставим изречения;
изреченията правят историята: в действителност компютърната програма.

Програмата за поставяне на инструкциите, известни от процесора, в правилния ред е била изпечена в софтуера от програмиста. Тази програма се зарежда във флаш паметта на ECU.

Когато ECU се стартира, инструкциите се извличат от флаш паметта и се изпълняват една по една от процесора, в съответствие с часовника. След като програмата стартира и приключи, цикълът започва отново.

Данните, необходими за зареждане на данни, като времето за запалване, се зареждат от ROM паметта. Процесорът стартира от ROM памет и копира данни от ROM в RAM. След зареждане процесорът извлича всички данни и команди от бързата RAM памет. Необходима е относително малка RAN памет за временно съхраняване на данни и изчислени междинни стойности.

Централният процесор е свързан с паметта чрез адресна шина и шина за данни.

Задайте: битовете се съхраняват в RAM
Активиране: битовете се извличат от RAM

Битовете и байтовете данни в RAM могат да включват:

числа: данни от сензори / данни към изпълнителни механизми / изчисления
адреси на сензори (вход) и изпълнителни механизми (изход)

Данните в RAM могат да бъдат:

букви: ASCII кодове, цифри, букви, символи
инструкции: набор от инструкции за процесор

Процесорът работи по така наречената ISA (Instruction Set Architecture) или набор от инструкции. ISA е списък с инструкции, програмирани от производителя и използвани от процесора. ISA се различава за всеки процесор и силно зависи от приложението, за което се използва процесорът. По-долу са дадени някои примери:

LOAD процесорът извлича стойност от RAM паметта
STORE процесорът съхранява стойност в RAM паметта
ADD процесорът събира две числа заедно
CLR процесорът изчиства стойност в RAM паметта
COMPARE процесорът сравнява две числа едно с друго
ПРЕСКАЧАНЕ, АКО процесорът прескача към определен адрес на паметта в RAM (условие от сравнение)
OUT процесорът изпраща информация към изход
В процесора изисква информация от вход

За да може един процесор да работи на пълна тактова честота, той използва вътрешна RAM памет. Те се наричат „регистри“. Регистрите са особено важни функционални блокове в много цифрови системи. Те се състоят от колекция от тригерни вериги, които могат временно да задържат (по този начин да запомнят) двоично число. Различните видове регистри са:

A регистър: регистър за A вход към ALU
B регистър: регистър за B вход към ALU
Работен регистър: общо предназначение, за съхраняване на (междинни) резултати
Регистър на инструкциите: Текущата инструкция, която трябва да бъде изпълнена за процесора, се съхранява тук
Адресен регистър (програмен брояч): съдържа адреса на следващата инструкция, която трябва да бъде изпълнена
Флаг регистър: числото (след изчисление) е: нула, отрицателно, положително, твърде голямо, четно или нечетно
Регистър с плаваща запетая: число с цифри след десетичната запетая
Shift register: памет, в която данните се изместват с един бит по време на всеки тактов импулс
Регистър на данни от паметта: буфер между CPU и RAM за данни от паметта
Адресен регистър на паметта: буфер между CPU и RAM за адрес на паметта

ALU (Aritmetic Logic Unit) изпълнява всички аритметични и логически операции (И, ИЛИ, НЕ и т.н.).

2 входа към ALU: A и B
1 вход: коя операция трябва да изпълни ALU
1 изход: R (Резултат) отива в регистър
1 изход: флагов регистър

Изображението по-долу показва опростеното ALU (вляво) и ALU със схематично представяне на логическите порти (вдясно).

1. ALU иска да изпрати 01010101

2. Първо контролният модул трябва да създаде набор “1”.

3. Регистърът е попълнен

4. След това се прави Enable “1”.

5. Данните от ALU се поставят на шина

Процесорът иска да извлече данни от RAM:

1. Процесорът изпраща адрес към RAM (01001001)

2. процесорът иска да получи информация; „активиране“ = 1

3. RAM изпраща данни от адрес 01001001 към процесора

4. Централният процесор обработва информацията

Процесорът иска да съхранява данни в RAM:

1. Процесорът изпраща адрес към RAM (01001011)

2. Процесорът иска да съхранява информация; „набор“ = 1

3. Процесорът изпраща данни (00111100) до адрес 01001011 в RAM.
Данните в RAM вече се презаписват от: 11111001 до: 00111100

ROM памет:
ROM е съкращение от: Read Only Memory. Тази памет е програмирана от производителя. Веригата на паметта е подредена с фиксирани връзки. ECU стартира софтуерната програма (зарежда) от ROM паметта. ROM паметта е бавна памет. По време на стартиране данните се копират от ROM в RAM.

По-долу има четири примера за четене на ROM.

Свързани страници: