ECU:n toiminta

Aiheet:

esittely
Järjestelmäväylä
Suoritin (CPU)
RAM-muistia
ROM-muisti

Esipuhe:
ECU vastaanottaa tai mittaustiedot antureista, käsittelee tiedot ja suorittaa laskelmia toimilaitteiden ohjaamiseksi. Alla olevassa kuvassa on ohjausjärjestelmän lohkokaavio.

Anturit ovat antureita, jotka reagoivat fyysiseen suureen. Anturin elektroniikka muuntaa tämän sähköiseksi signaaliksi. ECU vastaanottaa tämän sähköisen signaalin "tulona" ja vertaa tätä signaalia esiohjelmoituun arvoon. Riippuen siitä, mihin signaali on tarkoitettu, ohjaus tapahtuu säätämällä toimilaitteen ohjausta vastaavasti.

Seuraavassa kuvassa on ECU, jossa on kolme pistokeliitäntää. Vasemmalta oikealle: virtalähde ja verkko, anturit, toimilaitteet.

Bensiinimoottorin hallintajärjestelmästä löytyy muun muassa seuraavat anturit:

kampiakselin asentoanturi kampiakselin nopeuden mittaamiseen;
jäähdytysnesteen lämpötila-anturi jäähdytysnesteen lämpenemisen mittaamiseen;
kaasuläpän asentoanturit mittaamaan kaasuventtiilin asentoa ja siten moottorin kuormitusta;
MAP tai ilmamassamittari alipaineen tai ilmavirran mittaamiseen;
lambda-anturi pakokaasujen happipitoisuuden mittaamiseksi;
barometrinen anturi ja imuilman lämpötila-anturit;
nakutustunnistin siirtääksesi sytytystä mahdollisimman pitkälle.

Yllä olevat anturit toimivat tulona suuttimien ja sytytyspuola(e)n ohjaamiseen. Tätä tarkoitusta varten kaikki anturiarvot etsitään esiohjelmoidusta ominaiskäyrästä.

Otamme esimerkkinä injektoriohjaimen. Moottorin tyhjäkäynnillä ruiskutussuuttimet ruiskuttavat x astetta TDC:n jälkeen.

Alhaisessa jäähdytysnesteen lämpötilassa ruiskutusaika pitenee (rikastus);
Varovasti kiihdytettäessä ruiskutusaika pitenee myös. Tehdään myös mittaus, joka seuraa kuinka nopeasti kaasupoljinta painetaan: äkillisesti täyskaasulla tapahtuu lisärikastumista;
Imusarjan alipaine vaikuttaa ruiskutuksen ajoitukseen ja kestoon;
Lambda-anturi (esim. hyppyanturi) mittaa, onko seos liian rikasta vai liian laihaa. Jos seos on liian laiha useille kampiakselin kierroksille, ruiskutusaikaa pidennetään polttoaineen trimmeillä, kunnes seos on jälleen stoikiometrinen;
Barometrinen anturi ja imuilman lämpötila-anturi mittaavat ilmanpainetta ja lämpötilaa imetyn ilman happitason määrittämiseksi.

Ruiskutuksen kesto riippuu siis jopa viiden anturin arvoista. Nykyaikaisissa moottoreissa vielä useammat anturit vaikuttavat tähän.

Toimilaitteen ohjauksen aikana ja sen jälkeen anturit syöttävät tiedot takaisin ECU:lle. Mitattua arvoa verrataan ohjelmistossa haluttuun arvoon. Tätä voidaan käyttää määrittämään, voiko toimilaitteen ohjaus pysyä vakiona, pitääkö sitä lyhentää vai laajentaa. Siksi ECU toimii ohjaimena ja luo ohjaussilmukan.

Seuraavassa kuvassa on kaavio, jossa perusruiskutusaika määritetään kampiakselin nopeudesta verrattuna imusarjan alipaineeseen, joka on moottorin kuormituksen mitta. Lämpötilat ja lambda-anturi muodostavat korjauskertoimen ja jokaisella on oma ominaiskenttänsä.

Järjestelmäväylä:
Järjestelmäväylä tekee liitännät ECU:n komponenttien välillä (katso alla oleva kuva). ECU:n yläosasta löytyy kello. Tämä niin kutsuttu oskillaattori tuottaa neliöaaltojännitteen, jonka taajuus on yleensä 16 MHz. Kellotaajuus määrää ohjausyksikön nopeuden. Tämä ajastin koordinoi ohjaussilmukan komponentteja.

CPU, muisti ja I/O-liitäntä (I/O tarkoittaa: input / output) on yhdistetty järjestelmäväylään, joka koostuu useista painetun piirilevyn liitännöistä. Voimme jakaa nämä:

osoiteväylä: tämä väylä varmistaa tiedonsiirron mikroprosessorista tiettyihin muistipaikkoihin;
dataväylä: tiedot muistin, CPU:n ja liitäntöjen välillä siirretään dataväylän kautta;
ohjausväylä: toimii ohjaimena tekemällä luku- ja kirjoitusvalintoja, pyyntöjä ja nollauksia järjestelmän kellon ajoituksen perusteella.

Prosessori (CPU):
Prosessori (Central Processing Unit) on tietokoneen sydän. Yhdistelmäpiirit, jotka koostuvat valtavasta määrästä AND-, OR- ja NOT-portteja, on rakennettu ECU:hun ohjelmiston avulla. Prosessorin valmistuksen aikana kirjoitetaan useita ohjeita (ohjelmisto). Nämä ohjeet suorittavat toimintoja ja asettavat ne oikeaan järjestykseen. Esimerkki:

aakkosten kirjaimet tallennetaan digitaalisesti prosessoriin. Todellisuudessa se ei ole kirjaimia, vaan digitaalisia ohjeita, jotka edustavat yksinkertaisia toimia;
asettamalla kirjaimet oikeaan järjestykseen voimme tehdä sanoja;
laittamalla sanat oikeaan järjestykseen voimme tehdä lauseita;
lauseet tekevät tarinan: todellisuudessa tietokoneohjelma.

Ohjelmoija on leiponut ohjelmistoon ohjelman, joka laittaa prosessorin tuntemat ohjeet oikeaan järjestykseen. Tämä ohjelma ladataan ECU:n flash-muistiin.

Kun ECU käynnistetään, ohjeet noudetaan flash-muistista ja suoritin suorittaa ne yksitellen kellon mukaan. Kun ohjelma on suoritettu ja päättynyt, sykli alkaa uudelleen.

Tietojen lataamiseen tarvittavat tiedot, kuten sytytysajoitukset, ladataan ROM-muistista. Prosessori käynnistyy ROM-muistista ja kopioi tiedot ROM-muistista RAM-muistiin. Käynnistyksen jälkeen CPU hakee kaikki tiedot ja komennot nopeasta RAM-muistista. Suhteellisen pieni RAN-muisti tarvitaan datan ja laskettujen väliarvojen väliaikaiseen tallentamiseen.

CPU on kytketty muistiin osoiteväylän ja dataväylän kautta.

Aseta: bitit tallennetaan RAM-muistiin
Ota käyttöön: bitit haetaan RAM-muistista

RAM-muistin databitit ja tavut voivat sisältää:

numerot: tiedot antureista / tiedot toimilaitteille / laskelmat
anturien (tulo) ja toimilaitteiden (lähtö) osoitteet

RAM-muistissa olevat tiedot voivat olla:

kirjaimet: ASCII-koodit, numerot, kirjaimet, symbolit
ohjeet: prosessorin käskysarja

Prosessori toimii ns. ISA:n (Instruction Set Architecture) tai käskysarjan mukaan. ISA on luettelo ohjeista, jotka valmistaja on ohjelmoinut ja joita prosessori käyttää. ISA vaihtelee prosessorittain ja riippuu suuresti sovelluksesta, johon prosessoria käytetään. Alla on joitain esimerkkejä:

LOAD prosessori hakee arvon RAM-muistista
STORE prosessori tallentaa arvon RAM-muistiin
ADD prosessori laskee kaksi numeroa yhteen
CLR prosessori tyhjentää arvon RAM-muistista
VERTAILE prosessori vertaa kahta numeroa keskenään
JUMP, JOS prosessori hyppää tiettyyn muistiosoitteeseen RAM-muistissa (tila vertailusta)
OUT prosessori lähettää tiedot lähtöön
IN prosessori pyytää tietoja syötteestä

Jotta prosessori voisi toimia täydellä kellonopeudella, se käyttää sisäistä RAM-muistia. Näitä kutsutaan "rekistereiksi". Rekisterit ovat erityisen tärkeitä toimintolohkoja monissa digitaalisissa järjestelmissä. Ne koostuvat kokoelmasta flip-flop-piirejä, jotka voivat tilapäisesti pitää (täten muistaa) binääriluvun. Eri tyyppisiä rekistereitä ovat:

A-rekisteri: rekisteröidy A-tuloon ALU:hun
B-rekisteri: rekisteröidy ALU:n B-tuloon
Työrekisteri: yleiskäyttöinen, (väli)tulosten tallentamiseen
Käskyrekisteri: Nykyinen suorittimelle suoritettava käsky tallennetaan tähän
Osoiterekisteri (ohjelmalaskuri): sisältää seuraavan suoritettavan käskyn osoitteen
Lippurekisteri: luku (laskennan jälkeen) on: nolla, negatiivinen, positiivinen, liian suuri, parillinen tai pariton
Liukulukurekisteri: numero desimaalipilkun jälkeen
Siirtorekisteri: muisti, jossa data siirtyy yhden bitin jokaisen kellopulssin aikana
Muistitietorekisteri: CPU:n ja RAM:n välinen puskuri muistitiedoille
Muistiosoiterekisteri: CPU:n ja RAM:n välinen puskuri muistiosoitetta varten

ALU (Aritmetic Logic Unit) suorittaa kaikki aritmeettiset ja loogiset toiminnot (AND, OR, NOT jne.).

2 tuloa ALU:lle: A ja B
1 tulo: mikä toiminto ALU:n tulee suorittaa
1 lähtö: R (tulos) menee rekisteriin
1 lähtö: lippurekisteri

Alla olevassa kuvassa näkyy yksinkertaistettu ALU (vasemmalla) ja ALU logiikkaporttien kaavamaisella esityksellä (oikealla).

1. ALU haluaa lähettää numeron 01010101

2. Ohjausyksikön on ensin luotava sarja "1".

3. Rekisteri on valmis

4. Tämän jälkeen otetaan käyttöön "1".

5. ALU:n tiedot asetetaan väylään

CPU haluaa hakea tietoja RAM-muistista:

1. CPU lähettää osoitteen RAM-muistiin (01001001)

2. CPU haluaa vastaanottaa tietoa; "käyttöön" = 1

3. RAM lähettää tiedot osoitteesta 01001001 CPU:lle

4. CPU käsittelee tiedot

CPU haluaa tallentaa tietoja RAM-muistiin:

1. CPU lähettää osoitteen RAM-muistiin (01001011)

2. CPU haluaa tallentaa tietoja; "setti" = 1

3. CPU lähettää tiedot (00111100) osoitteeseen 01001011 RAM-muistissa.
RAM-muistissa olevat tiedot korvataan nyt numerosta 11111001 numeroon 00111100

ROM-muisti:
ROM on lyhenne sanoista: Read Only Memory. Tämän muistin on ohjelmoinut valmistaja. Muistipiiri on järjestetty kiinteillä liitännöillä. ECU käynnistää ohjelmiston (käynnistyksen) ROM-muistista. ROM-muisti on hidas muisti. Käynnistyksen aikana tiedot kopioidaan ROM-muistista RAM-muistiin.

Alla on neljä esimerkkiä ROM-muistin lukemisesta.

Aiheeseen liittyvät sivut: