在“863”國家重大專項(xiàng)燃料動(dòng)力電池城市客車項(xiàng)目中，燃料動(dòng)力電池發(fā)動(dòng)機(jī)占有舉足輕重的地位。隨著對(duì)燃料動(dòng)力電池控制研究的逐漸深入，新的控制策略要了解燃料動(dòng)力電池在車用惡劣環(huán)境下的性能變化，以及燃料動(dòng)力電池同其他部件之間的配合情況。因此，設(shè)計(jì)專用的燃料動(dòng)力電池?cái)?shù)據(jù)支持系統(tǒng)以記錄并分析其運(yùn)行數(shù)據(jù)關(guān)于分析燃料動(dòng)力電池發(fā)動(dòng)機(jī)在車用工況下的特性有著十分重要的意義。

傳統(tǒng)的車用數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)一般用于記錄交通事故發(fā)生前一段時(shí)間（如15min內(nèi)）汽車的一些運(yùn)行參數(shù)，其用途類似于飛機(jī)上的“黑匣子”。傳統(tǒng)車用數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)記錄的數(shù)據(jù)僅為影響到汽車行駛安全的關(guān)鍵參數(shù)，如剎車信號(hào)、安全氣囊等，其存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的時(shí)間跨度不長，并且隨著車輛的運(yùn)行，新的數(shù)據(jù)會(huì)覆蓋前次記錄的數(shù)據(jù)。而燃料動(dòng)力電池?cái)?shù)據(jù)支持系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目的為分析燃料動(dòng)力電池客車的運(yùn)行狀態(tài)以及燃料動(dòng)力電池在車用條件下的性能，要記錄整車所有的運(yùn)行參數(shù)。同時(shí)，為了保證記錄數(shù)據(jù)在時(shí)間上的完整性，在記錄數(shù)據(jù)被導(dǎo)入數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)進(jìn)行處理和保存之前，已記錄數(shù)據(jù)不會(huì)被覆蓋。本文所述的數(shù)據(jù)支持系統(tǒng)，利用燃料動(dòng)力電池控制器的TpU模塊作為控制單元，可在既不影響主控制任務(wù)實(shí)時(shí)性又不新增額外控制器的前提下進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和時(shí)間的獲取。

本文所述的數(shù)據(jù)支持系統(tǒng)，不僅適用于燃料動(dòng)力電池發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，還具有較強(qiáng)的適應(yīng)性，稍加改動(dòng)即可應(yīng)用于多種控制器。

1數(shù)據(jù)支持系統(tǒng)處理器選型

常規(guī)的車用數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)有兩種方法：直接在控制單元的處理器上進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄功能的開發(fā)，或者使用額外的處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄功能的開發(fā)。前者的優(yōu)點(diǎn)是可以直接利用控制程序中的變量作為存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，無需進(jìn)行額外的變量傳遞和采集，但是處理器在執(zhí)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)任務(wù)時(shí)會(huì)占用正常工作資源，降低控制單元的實(shí)時(shí)性能；后者在運(yùn)行過程中雖然不占用主控制器資源，但是要通過外部總線、雙口RAM、模擬量采集等方式來獲取存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)較為復(fù)雜，并且新增成本。總之，兩種常用的方法各有利弊。

在燃料動(dòng)力電池城市客車控制系統(tǒng)中，燃料動(dòng)力電池發(fā)動(dòng)機(jī)控制任務(wù)較多，加入數(shù)據(jù)支持系統(tǒng)后，無疑會(huì)新增控制器CpU的負(fù)擔(dān)，降低控制的實(shí)時(shí)性與可靠性。另一方面，燃料動(dòng)力電池?cái)?shù)據(jù)支持系統(tǒng)要記錄的數(shù)據(jù)較多，如采用單獨(dú)的處理器，則要進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)交換工作，會(huì)顯著新增成本。本文針對(duì)所述兩種方法的弊端，設(shè)計(jì)了一種新的數(shù)據(jù)支持系統(tǒng)方法――使用燃料動(dòng)力電池發(fā)動(dòng)機(jī)電控單元處理器中的TpU模塊作為數(shù)據(jù)支持系統(tǒng)的運(yùn)算單元。

燃料動(dòng)力電池控制器數(shù)字核心為Freescale公司的MpC5xx系列單片機(jī)，相關(guān)于其他大部分車用處理器，該系列單片機(jī)擁有獨(dú)特的TpU模塊。TpU(TimerprocessorUnit)，即時(shí)間處理單元。在該模塊的結(jié)構(gòu)中，包括獨(dú)立的運(yùn)算單元、程序空間、內(nèi)存區(qū)域、中斷系統(tǒng)、端口，可以認(rèn)為TpU是一個(gè)嵌入在MpC5xx內(nèi)部的小型微處理器。

同常規(guī)的單片機(jī)程序不同，TpU模塊的程序由微碼編寫，經(jīng)過編譯器編譯后，集成在主程序工程文件中并由下載線燒寫到單片機(jī)的Flash中。單片機(jī)復(fù)位完成后，在初始化任務(wù)中將TpU程序下載到TpU模塊的程序內(nèi)存，即DpTRAM中（如圖1左所示）。在此后的正常運(yùn)行過程中，CpU總線同DpTRAM斷開(如圖1右所示)，TpU模塊通過TpU內(nèi)部總線從DpTRAM中取指令，并在TpU模塊內(nèi)部的運(yùn)算單元中執(zhí)行，TpU擁有獨(dú)立的RAM區(qū)和寄存器進(jìn)行臨時(shí)變量的存放。因此，在正常運(yùn)行過程中，TpU和CpU是相互獨(dú)立的處理器，TpU的運(yùn)行不占用CpU資源，從而不會(huì)影響主控制任務(wù)的實(shí)時(shí)性。

在程序的正常運(yùn)行過程中，TpU與CpU之間通過HostInterface（如圖2所示）進(jìn)行連接，CpU可以通過修改HSR寄存器的值來觸發(fā)TpU運(yùn)行，TpU可以通過出現(xiàn)CpU中斷的方式與CpU交互。此外，CpU和TpU可以通過一段公共的內(nèi)存單元(parameterRAM)交換數(shù)據(jù)。MpC5xx系列單片機(jī)擁有兩個(gè)獨(dú)立的TpU模塊――TpUA和TpUB，共有8KB的程序存儲(chǔ)空間。每個(gè)TpU模塊擁有16路輸入/輸出通道，以及256B的parameterRAM、2個(gè)按時(shí)器，并可觸發(fā)16路中斷，能夠獨(dú)立完成較為復(fù)雜的任務(wù)。