立功科技基于S32K324的TMS方案介紹

1前言

最近和一些做汽車水泵/風(fēng)機(jī)的客戶交流時，都提到要預(yù)研TMS（熱管理域控制器）方案。希望使用一個高性能的車規(guī)MCU，同時控制三個無刷電機(jī)（水泵/風(fēng)扇）、多個有刷電機(jī)（空調(diào)風(fēng)門）和多個步進(jìn)電機(jī)（空調(diào)出風(fēng)口/進(jìn)氣格柵/電子膨脹閥）。

NXP主推的S32K3系列中的雙核MCU---S32K324（主頻160MHz * 2）能夠符合該要求，正好筆者手上有一套立功科技的基于S32K324的TMS方案評估板---S32K3_TriMotor，所以記錄下使用的過程，方便申請了該評估板的讀者快速上手。

2立功科技的TMS方案介紹

2.1 介紹資料

關(guān)于立功科技的TMS方案的特點(diǎn)和演示視頻，如下兩篇文章介紹的比較詳細(xì)，推薦閱讀。

2.2 簡要介紹

對立功科技的TMS方案進(jìn)行下簡要介紹。

• 整體的方案框圖如下：

• 功能特性：
  • 支持三個BLDC的無感FOC速度電流雙閉環(huán)控制；
  • 針對熱管理系統(tǒng)支持多路溫度、電壓電流采集；
  • 支持多路直流有刷電機(jī)有感位置控制；
  • 支持多路步進(jìn)電機(jī)微步控制；
  • 支持多路High Side閥門控制；
  • 完善的保護(hù)功能，過壓欠壓，過流、限流、堵轉(zhuǎn)、過溫、缺相保護(hù)等；
  • 上位機(jī)FreeMASTER已適配，三電機(jī)獨(dú)立配置界面。
• 優(yōu)勢亮點(diǎn)：
  • 控制效率高，極大提高熱量的能量利用效率；
  • 器件集成化，極大精簡電子系統(tǒng)布局；
  • 大幅減少M(fèi)CU、線束等數(shù)量，降低車輛生產(chǎn)成本；
  • 多個系統(tǒng)集成，方便系統(tǒng)管理；
  • 響應(yīng)速度快，增強(qiáng)安全性。

3S32K3_TriMotor評估板測試

立功科技的S32K3_TriMotor有兩種配套程序，

• 一套用于客戶前期評估，基于NXP官方的S32K324三電機(jī)例程進(jìn)行移植（主要是適配外圍的三相驅(qū)動），簽訂保密協(xié)議后免費(fèi)提供。
• 一套用于客戶量產(chǎn)使用，需要付費(fèi)購買。

3.1 環(huán)境搭建

使用S32K3_TriMotor對應(yīng)的免費(fèi)例程需要準(zhǔn)備的環(huán)境如下：

• IDE：S32 Design Studio for S32 Platform 3.4 或 3.5
• 軟件包：RTD 2.0.0
• 調(diào)試器：Jlink（推薦安裝下J-Flash V7.70a） 或 multilink
• 調(diào)試工具：Freemaster 3.2

推薦使用S32DS 3.5 + RTD 2.0.0，但是筆者在S32DS 3.5已經(jīng)安裝了RTD 3.0.0，如果安裝RTD 2.0.0會導(dǎo)致原本基于RTD 3.0.0的工程不可用。所以后文使用S32DS 3.4 + RTD 2.0.0進(jìn)行演示，S32DS 3.5 + RTD 2.0.0類似。

S32 Design Studio for S32 Platform 3.4安裝

1. S32DS 3.4下載地址為： https://www.nxp.com/webapp/swlicensing/sso/downloadSoftware.sp?catid=S32DS-3-4 ，瀏覽器打開并登錄NXP賬號,選擇如下版本：

2. 點(diǎn)擊Previous選擇S32DS3.4版本。
3. 選擇windows版本的安裝包并下載。
4. 點(diǎn)擊 License Keys ，在彈出的界面找到激活碼并保存好，在安裝時會用上。（一個激活碼最多使用101臺機(jī)器）
5. 點(diǎn)擊安裝包進(jìn)行安裝，安裝過程中需要輸入激活碼時使用前面保存的激活碼即可，并選擇online激活的方式。

RTD 2.0.0安裝

1. 打開S32DS 3.4，選擇好workspace，并勾選作為默認(rèn)工作區(qū)。
2. 等待S32DS 3.4檢查更新。
3. 更新檢查完之后，會彈出可更新以及已安裝的組件。勾選S32K3 RTD AUTOSAR 4.4 Version 2.0.0，點(diǎn)擊install/update。同時去掉always show的勾選，這樣就不會每次打開彈出更新檢查的界面。
4. 所有相關(guān)的組件都會自動加入更新列表，點(diǎn)擊next，再點(diǎn)擊finish進(jìn)行更新。
5. 更新完之后重啟下S32DS 3.4，點(diǎn)擊Help->S32DS Extensions and Updates
6. 點(diǎn)擊Installed，查看已安裝的組件是否齊全。

Freemaster 3.2

Freemaster 3.2的下載地址如下， https://www.nxp.com/design/software/development-software/freemaster-run-time-debugging-tool:FREEMASTER ，選擇3.2版本即可（筆者試過2.5版本打開例程的.pmpx文件會有問題）。

3.2 例程測試

1. 解壓立功科技提供的例程，名稱為：

• MCTPTX1AK324_Triple_PMSM_RDB_230526a.zip

2. 將解壓后的文件夾復(fù)制到S32DS 3.4的workspace，并復(fù)制其所在的路徑。
3. 打開S32DS 3.4，按下圖方式打開例程。
4. 兩個工程分別是內(nèi)核0和內(nèi)核1的工程，依次選擇兩個工程并點(diǎn)擊Debug Flash，如果工程ok，會在控制臺看到編譯生成的elf文件。

5. 雙擊打開S32K_PMSM_Sensorless.pmpx文件（如果無法打開，可以先打開freemaster，再選擇File->Open Project，選擇對應(yīng)的工程），整體界面如下：

立功科技提供的免費(fèi)例程用于驅(qū)動三個參數(shù)相同的電機(jī)，只需要在MCAT界面輸入對應(yīng)的電機(jī)參數(shù)、電流環(huán)參數(shù)、速度環(huán)參數(shù)等，在Output File界面就可以更新/生成工程需要的PMSM_appconfig.h文件。

關(guān)于MCAT界面的參數(shù)，NXP官網(wǎng)有一份應(yīng)用筆記AN4642詳細(xì)介紹如何使用和修改。鏈接為：*https://www.nxp.com/webapp/Download?colCode=AN4642&location=null*

關(guān)于電機(jī)本體參數(shù)的測試方法，可以參考NXP官網(wǎng)的AN4680應(yīng)用筆記，鏈接為：*https://www.nxp.com/webapp/Download?colCode=AN4680&location=null*

3.3 例程適配

目前筆者手上有兩個參數(shù)不同的電機(jī)，需要對立功科技提供的例程進(jìn)行一些適配工作才能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。具體適配工作如下：

1. 結(jié)合兩個電機(jī)M1、M2的參數(shù)，使用MCAT工具配置生成對應(yīng)的文件，分別為M1_PMSM_appconfig.h和 M1_PMSM_appconfig.h ，并添加到內(nèi)核0工程下的src/config文件夾下：
2. 然后將M1_PMSM_appconfig.h和M1_PMSM_appconfig.h中的宏定義分別加上M1和M2前綴，方便后續(xù)調(diào)用。
3. 整個例程中需要用到MCAT生成的參數(shù)有如下四個函數(shù)，都在mianc.c中定義的：

static tBool CalcOpenLoop(openLoopPospe_t *openLoop, tFloat speedReqRamp);
static void M1_MCAT_Init(motorControl_t *pMC);
static void M2_MCAT_Init(motorControl_t *pMC);
static void M3_MCAT_Init(motorControl_t *pMC);

4. MCAT初始化函數(shù)改起來比較方便，只需要將內(nèi)部的賦值宏定義加上M1或者M(jìn)2的前綴即可。

M1_MCAT_Init函數(shù)修改

M2_MCAT_Init函數(shù)修改

5. CalcOpenLoop函數(shù)實(shí)現(xiàn)如下所示，里面調(diào)用了WEL_MAX變量，但是因?yàn)槿齻€電機(jī)的狀態(tài)機(jī)中都使用了該函數(shù)，但是函數(shù)參數(shù)中沒有和WEL_MAX參數(shù)相關(guān)的，無法實(shí)現(xiàn)每個電機(jī)的狀態(tài)機(jī)調(diào)用的是匹配自己的WEL_MAX。

static tBool CalcOpenLoop(openLoopPospe_t *openLoop, tFloat speedReqRamp)
{
    openLoop- >wRotEl = speedReqRamp;
    openLoop- >thRotEl = MLIB_Mul(MLIB_ConvertPU_FLTF32(GFLIB_IntegratorTR_F32(MLIB_ConvertPU_F32FLT(MLIB_Div(speedReqRamp, WEL_MAX)),
                                                                              &(openLoop- >integ))),
                                 FLOAT_PI);

    return (true);
}

6. 所以需要修改下CalcOpenLoop函數(shù)，同時調(diào)用該函數(shù)的地方也需要做相應(yīng)的修改。整個的調(diào)用關(guān)系如下圖：
7. 同時在MCAT初始化函數(shù)的最后進(jìn)行對應(yīng)電機(jī)的WEL_MAX參數(shù)賦值以及增加結(jié)構(gòu)體的成員：

static void M1_MCAT_Init(motorControl_t *pMC)
{
......
    pMC- >MotorParamInof.Wel_Max = M1_WEL_MAX; //增加
}

static void M1_MCAT_Init(motorControl_t *pMC)
{
......
    pMC- >MotorParamInof.Wel_Max = M2_WEL_MAX; //增加
}

8. 然后保存編譯，生成新的內(nèi)核0的elf文件。

3.4 雙核燒錄

1. 將使用jlink連接PC和demo板，打開j-flash，選擇S32K324，如下圖。
2. 點(diǎn)擊Open data file，選擇M0內(nèi)核的elf文件。
3. 等待M0內(nèi)核的elf加載完之后，選擇Merge data file，選擇M1內(nèi)核的elf文件。
4. 兩個elf合并成功會在log窗口有提示，接著點(diǎn)擊connect，成功之后按F7燒錄即可。

3.5 測試

將demo板連接上M1和M2電機(jī)，注意代碼中的M1，M2電機(jī)參數(shù)要和實(shí)際硬件連接的匹配上，然后按如下步驟進(jìn)行測試。

1. 使用freemaster打開pmp文件；
2. 選擇剛剛編譯的內(nèi)核0的elf文件；
3. 將PC和評估板通過USB-TypeC線連接上，并在freemaster界面選擇對應(yīng)的COM口（如果只顯示為串行設(shè)備，沒有XR的字樣，需要裝一下驅(qū)動）；
4. 忽略彈出的警告，并點(diǎn)擊Go按鈕連接評估板；
5. 設(shè)置兩個電機(jī)的目標(biāo)速度，并打開電機(jī)，運(yùn)行一段時間之后的界面如下圖：