在半导体芯片之间共享数据的方法与流程

技术领域涉及在半导体芯片之间共享数据的方法，特别地，涉及一种优化从第一控制器芯片到连接至电路负载的不同功率芯片共享串行数据的半导体芯片的数据通信的方法，以使得连接的数量、输出延迟和功耗最小化。

背景技术：

传统的电气架构通常包括逻辑控制芯片(例如，微控制器、fpga)和使用串行或并行数据线连接至逻辑控制器的多个功率芯片。例如，在汽车领域中，电子控制单元(ecu)被用于控制内燃发动机；在ecu内的微控制器接收来自关联于内燃发动机的传感器的输入信号，并且产生输出信号至不同的设备，例如，被设置为控制内燃发动机的操作的执行器的驱动电路。

使用并行线路(每个输出一个)从逻辑控制器和功率芯片的连接对于非常大量的所需线路是至关重要的，并且约束逻辑控制器封装和相关的引脚数量；使用大多数串行线路协议(例如，spi)对于输出潜在因素(latency)来说可能是至关重要的。微秒信道总线(msc)的引入解决了上面列出的多个问题，并且已经在汽车中最为广泛地使用的微控制器中实现，并且可用于不同的功率驱动器输出芯片。

电流微控制器可以使得多条并行输出线串行化(serialize)，以用于控制使用微秒总线连接到快速信号(例如，定时器输出)的多个执行器。目前，已知的微控制器可以支持高达40mhz、最多在两个设备之间共享多达40个位的msc，所述两个设备通过相关的芯片选择被连接和选择，以确保限定的和快速的数据输出更新(高达1μs，因此名称为微秒总线)。msc总线使用从微控制器到器件的低压差分信号(lvds，也称为tia/eia-644)时钟和数据线，非差分线路用于芯片选择和异步上行，用于诊断，从器件到微控制器。芯片选择输出的数量是很大的限制，因为功耗限制由单一驱动电路控制的执行器的数量。例如，不多于两个的dc电机可由同一驱动电路控制。因此，最多四个dc电机可使用通过已知微控制器操作可用的单一微秒总线控制。

因此，本发明的实施例的目的在于提供一种在微控制器和多个执行器的驱动电路之间共享数据的方法，其允许扩展驱动电路和/或执行器的数量，其可通过微秒总线控制。

本发明的实施例的另一目的在于提供一种在微控制器和多个执行器的驱动电路之间共享数据的方法，其与当前的微秒总线和微控制器容量(capability)完全兼容。

本发明的实施例的另一目的在于提供一种在微控制器和多个执行器的驱动电路之间共享数据的方法，其允许减小执行控制驱动电路所需的微控制器引脚的数量。

技术实现要素：

这些和其它目的通过权利要求1所述的方法实现。优选的特征/方面在从属权利要求书中呈现。

根据实施例，在微控制器和多个执行器的驱动电路之间共享数据的方法包括以下步骤：

a)提供微控制器，其具有微秒总线和多个芯片选择输出；

b)提供多个驱动电路，其具有用于通过所述微秒总线从所述微控制器接收数据信号的输入引脚，其中，每个所述驱动电路具有从所述微控制器的芯片选择输出接收信号的输入引脚，以及连接至所述接地电压或连接至电源电压的至少两个配置引脚；

c)在所述微秒总线上发送数据帧信号，其中，每个所述驱动电路被提供有所述数据帧信号的一部分，作为所述微控制器的芯片输出的函数，以及作为其至少两个配置引脚的电压连接的函数。

在实践中，所述驱动电路实体地分为不同的对象，并且识别它们关注的数据帧信号的部分，但所述驱动电路从微控制器观察是单一设备。

以这种方式，在微秒总线上传输的数据帧信号可在多于两个驱动电路之间共享。这允许使用本领域中当前可用的标准电子控制单元来增加执行器的数量，其可由在该单元中实施的微控制器控制。

根据实施例，所述驱动电路中的至少一个包括h桥电路，以驱动dc电机的操作。

根据一种可行实施例，所述驱动电路中的至少一个可包括用于时钟和数据信号的lvds缓冲器，以便改善信噪比，并且确保以最大通信速度正确工作。

根据实施例，所述方法还包括通过所述微秒总线在所述微控制器和所述驱动电路中的至少一个之间的数据信号的通信，以配置所述至少一个驱动电路、并且读回所述至少一个驱动电路的诊断。

根据本公开的另一方面，计算机程序产品包括计算机可执行代码，以在微控制器和多个执行器的驱动电路之间共享数据，其中，所述微控制器设置有微秒总线和多个芯片选择输出。多个驱动电路被设置为具有用于通过所述微秒总线从所述微控制器接收数据信号的输入引脚，每个所述驱动电路具有从所述微控制器的芯片选择输出接收信号的输入引脚，以及连接至所述接地电压或连接至电源电压的至少两个配置引脚。计算机程序产品可存储在合适的存储单元上，并且包括：

-计算机可执行代码，用于在所述微秒总线上发送数据帧信号；以及

-计算机可执行代码，用于为所述驱动电路提供所述数据帧信号的一部分，作为所述微控制器的芯片输出的函数，以及作为其至少两个配置引脚的电压连接的函数。

根据实施例，计算机可执行代码被设置用于通过所述微秒总线在所述微控制器和所述驱动电路中的至少一个之间的数据信号的通信，以配置所述至少一个驱动电路、并且读回所述至少一个驱动电路的诊断。

根据实施例，上述计算机程序产品可存储在计算机可读介质中。

本公开的另一方面涉及驱动电路，其具有用于至少一个使能信号、一个脉冲宽度调制信号、和至少一个执行器的一个方向信号的输入引脚，其中，所述驱动电路具有至少两个配置引脚，其连接至接地电压或至电源电压。

根据实施例，驱动电路还包括用于时钟和数据信号的lvds缓冲器。

根据另一实施例，所述驱动电路具有h桥电路，以驱动dc电机的操作。

本公开的另一方面涉及电子控制单元，其具有微控制器以执行上述方法和/或执行上述计算机代码。

本公开的另一方面涉及汽车系统，其包括内燃发动机、多个执行器、多个用于执行器的驱动电路，和具有微控制器以执行上述方法的电子控制单元。

附图说明

在以下参考附图对仅作为示例的实施例的详细描述中，本发明的其它特征、优势和细节将显现，在附图中：

图1示出包括内燃发动机的汽车系统的一个可能的实施例；

图2是属于图1的汽车系统的内燃发动机的根据平面a-a的横截面；

图3是根据现有技术的单一的驱动电路的控制的示意图；

图4是根据现有技术的执行器的驱动电路的控制的示意图；

图5是根据本发明的实施例的驱动电路的控制的示意图；

图6是图5的单一的驱动电路的控制的细节；

图7是根据本发明的实施例的驱动信号的时间发展的图；

图8是表示图7的数据帧信号的一部分的示意图；

图9是本公开的驱动电路的另一实施例的示意图；和

图10是借助于图9的驱动电路的控制的示意图。

具体实施方式

本公开的示例性实施例可以例如被称为汽车领域，而并且意图为限制应用和使用。

一些实施例可以包括汽车系统100，如图1和2所示，该汽车系统包括内燃发动机(ice)110，其具有发动机缸体120，该缸体限定至少一个汽缸125，所述汽缸具有联接以旋转曲轴145的活塞140。缸盖130与活塞140协作，以限定燃烧室150。燃料和空气混合物(未示出)设置在燃烧室150中，并且被点火而产生热膨胀排气，致使活塞140往复运动。燃料通过至少一个燃料喷射器160提供，并且，空气通过至少一个进气口210提供。燃料从燃料管路170以高压提供至燃料注射器160，该燃料管路流体连通至高压燃料泵180，其增加接收来自燃料源190的燃料的压力。

每个缸体125具有至少两个阀215，其由凸轮轴135致动，凸轮轴相对于曲轴145适时地转动。阀215选择性地允许空气从端口210进入燃烧室150，并且交替地允许排气通过端口220排出。在一些示例中，凸轮相位器155可以选择性地改变凸轮轴135和曲轴145之间的正时。

空气可以通过进气歧管200分配至(多个)空气进气口210。空气进气管道205可以从大气环境提供空气至进气歧管200。在一些实施例中，可以设置节流阀本体330来调节进入歧管200的空气流动。在另一些实施例中，可以设置强制空气系统，例如，涡轮增压器230，其具有旋转地连接至涡轮机250的压缩机240。压缩机240的旋转增加管道205和歧管200中的空气的压力和温度。设置在管道205中的内冷却器可以降低空气的温度。涡轮机250通过接收来自排气歧管225的排气而转动，排气歧管从排气口220引导排气，并且引导排气在通过涡轮机250膨胀之前通过一系列叶片。排气排出涡轮机250并且被引导至排气系统270。这一示例显示可变几何涡轮机(vgt)，其具有vgt执行器290，该执行器被布置成移动叶片，以改变通过涡轮机250的排气的流动。在其它实施例中，涡轮增压器230可以具有固定几何结构和/或包括尾气门。

排气系统270可以包括排气管275，其具有一个或多个排气后处理装置280。后处理装置可以是被构造为改变排气的成分的任意装置。一些后处理装置280的示例包括但不限于催化转化器(二元和三元)、氧化催化剂、贫nox捕集器、碳氢化合物吸收器、选择催化还原(scr)系统、以及颗粒过滤器。其它实施例可以包括排气再循环(egr)系统300，其联接在排气歧管225和进气歧管200之间。egr系统300可以包括egr冷却器310以降低egr系统300中的排气的温度。egr阀320调节egr系统300中的排气流动。

汽车系统100还包括电子控制单元(ecu)450，其与一个或多个传感器通信，和/或与ice100关联。ecu450可以接收来自多个传感器的输入信号，这些传感器被配置为产生与ice100关联的各种物理参数相关的信号。传感器包括但不限于质量流量和温度传感器340、歧管压力和温度传感器350、燃烧压力传感器360、冷却剂和机油温度和水平传感器380、燃料导管压力传感器400、凸轮位置传感器410、曲柄位置传感器420、排气压力和温度传感器430、egr温度传感器440、以及加速踏板位置传感器445。进一步，ecu450可以产生输出信号至各种控制装置，其被布置以控制ice110的运行，所述控制装置包括但不限于燃料单元泵180、燃料喷射器160、节气阀本体330、egr阀320、vgt执行器290、以及凸轮相位器155。应注意，使用虚线指示ecu450和各种传感器和装置之间的通信，但为清楚起见省略了一些。

现在转向ecu450，这一设备可以包括数字中央处理单元(cpu)，其与存储系统460、或数据载体、和接口总线通信。cpu被构造为执行作为程序存储在存储系统中的指令，并且向/从接口总线发送/接收信号。存储系统可以包括各种存储类型，包括光学存储、磁性存储、固态存储、和其它非易失性存储器。接口总线可以被配置向/从各种传感器和控制设备发送/接收和调质模拟和/或数字信号。

替代ecu450，汽车系统100可以具有用于提供电子逻辑的不同类型的处理器，例如，嵌入式控制器、车载计算机、或可以布置在车辆中的任意处理模块。

图1和图2的汽车系统100中使用的执行器的示例是dc电机。如图3所示，dc电机可使用h桥电路控制，其通常集成在单个的集成电路方案中。驱动电路icx可控制两个dc电机m1和m2，以便限制电子控制单元450在印刷电路板上的面积占用和功耗。

微控制器20应使用以并行配置发送到驱动电路icx的三个信号，以控制每个dc电机m1和m2，即：使能信号en用以启用/禁用相关dc电机，方向信号dir用以选择旋转方向(正向或反向)，和pwm信号用以调制提供给相关电机的电流以赋予旋转。总共六个信号，即用于dc电机m1的en-m1、dir-m1、pwm-m1和用于dc电机m2的en-m2、dir-m2、pwm-m2因此以并行配置发送至驱动电路icx。另外，通信总线spi(串联协议接口)可用于例如配置驱动电路icx和读回诊断。

图4的方案显示设置有微控制器20的电子控制单元450，例如，控制处理单元(cpu)。微控制器20具有用于两个驱动电路ic1和ic2的微秒总线10和两个芯片选择输出cs1和cs2。在图4的示例性实施例中，参考电动dc电机m1-m4作为由驱动电路ic1和ic2驱动的执行器。

微控制器20可以使用高达40mhz的微秒总线10而串行化多个执行器的控制。微控制器20支持在由相关的芯片选择输出cs1和cs2连接和选择的多达两个驱动电路ic1和ic2之间共享的40位信号。芯片选择输出的数量是很大的限制，因为功耗限制由单个驱动电路控制的执行器的数量。例如，不多于两个的dc电机可由同一驱动电路控制。因此，根据图4的现有技术方案，最多四个dc电机m1-m4可以使用微秒总线10控制，这是微秒信道总线的使用通常不适用于高功率驱动设备的原因。

如图5的示意图所示，根据本公开的方案，可以扩展驱动电路的数量，即扩展至六个驱动器电路ic1-ic6，以便使用在微秒总线10上传输的输出信号、和通过同一微控制器20操作可用的仅两个芯片选择信号cs1和cs2来驱动十二个dc电机m1-m12。

图6显示图5的六个电路ic1-ic6的一个示例性驱动电路ici。如在图4的驱动电路icx中，驱动电路ici具有集成在单一芯片中的两个h桥电路。然而，驱动电路ici进一步设置有两个配置引脚cp1和cp2，其可通过接线至接地电压或电源电压而直接连接。配置引脚cp1和cp2允许从微秒总线接收的数据帧信号的一部分的选择，而不需改变当前在汽车领域中使用的微控制器20。

如已经陈述的，微控制器20可支持40位信号，并且可在40mhz下操作。这意味着具有40个控制位的数据帧信号可每个微秒传送至所有驱动电路ic1-ic6；因为每个驱动电路需要总共六个位，即，用于由单个电路驱动的两个dc电机的每个的三个位，每个驱动电路ic1-ic6可配置为考虑具有全部40个位的数据帧信号的相关部分的仅6个位。

特别地，如图7和图8的图所示，由微控制器20发送的数据帧信号由连接至微秒总线10的所有驱动电路ic1-ic6接收。每个电路仅考虑数据帧的部分，所述数据帧的部分通过由微控制器20、以及由连接至接地电压gnd或电源电压vcc的配置引脚cp1和cp2接收的相关芯片选择cs1和cs2来选择。

第一的三个驱动电路ic1-ic3可通过芯片选择信号cs1选择，以仅考虑数据帧信号的第一的1至19位。驱动电路ic1的配置引脚cp1和cp2二者可例如连接至接地电压gnd，以设置驱动电路ic1，以使得仅考虑1至6位。如图8所示，第一的三个位1-3是用于第一dc电机m1的数据信号pmw、dir和en，而随后的三个位4-6是用于由同一驱动电路ic1驱动的第二dc电机m2的数据信号pmw、dir和en。驱动电路ic2的配置引脚cp1和cp2可例如分别连接至接地电压gnd和vcc电压。驱动电路ic2被设置以仅考虑7至12位，其中，7-9位是用于dc电机m3的数据信号pwm、dir和en，而10-12位是用于由ic2驱动的dc电机m4的数据信号pwm、dir和en。以这种方式，驱动电路ic3的配置引脚cp1和cp2可例如分别连接至vcc电压和接地电压gnd。驱动电路ic3随后被设置以仅考虑13至18位，其中，13-15位是用于dc电机m5的数据信号pwm、dir和en，而14-18位是用于由ic3驱动的dc电机m6的数据信号pwm、dir和en。

相同的策略可适用于由cs2使能的驱动电路ic4、ic5和ic6，因此考虑数据帧信号的从21至39的位。

数据帧信号的位0、19、20和39可假定任意的逻辑值，因为它们在当前协议中并不重要。

图9显示驱动电路icz的另一实施例，其可根据本公开的方法使用。如在图6的驱动电路ici中，驱动电路icz设置有两个配置引脚cp1和cp2，用于选择从微秒总线10接收的数据帧信号的一部分。驱动电路进一步配备有lvds缓冲器30，以虚线示出，其允许消除在微秒总线10的lvds线上的可能的信号反射。缓冲器30改善信噪比，以便确保以最大通信速率正确操作。

图10是微秒总线10在微控制器20和驱动电路ic1-ic6之间的、借助于设置有lvds缓冲器30的驱动电路ic1和ic4(如图9的驱动电路icz)的微秒总线10的连接的示意图。在图5的示意图中，六个驱动电路ic1-ic6允许通过使用在微秒总线10上传送的输出信号、和通过同一微控制器20操作可用的仅两个芯片选择信号cs1和cs2来驱动12个dc电机m1-m12。驱动电路ic1和ic4二者均设置有缓冲器30，其接收数据帧信号和时钟信号作为输入，并且分别与驱动电路ic2、ic3和ic5、ic6共享缓冲信号。

尽管已经在前述发明内容和具体实施方式中描述至少一个示例性实施例，但是应理解存在许多变化例。还应理解，一个或多个示例性实施例仅是例子，并且目的不是以任何方式限制范围、适用性或构造。相反，前述发明内容和具体实施方式为本领域技术人员提供了实施至少一个示例性实施例的便捷的路线图，应理解，可以对示例性实施例中所述的元件的功能和布置进行各种改变，而不脱离权利要求及其等同方式所限定的范围。

附图标记

10微秒总线

20微控制器

30缓冲器

cp1、cp2配置引脚

cs1、cs2芯片选择输出

ic1-ic6驱动电路

m1-m12dc电机(执行器)

gnd接地电压

vcc电源电压

en使能信号

pwm脉冲宽度调制信号

dir方向信号

100汽车系统

110内燃发动机(ice)

120发动机缸体

125汽缸

130汽缸盖

135凸轮轴

140活塞

145曲轴

150燃烧室

155凸轮相位器

160燃料喷射器

170燃料轨

180燃料泵

190燃料源

200进气歧管

205空气进气导管

210空气进气口

215汽缸阀门

220排气口

225排气歧管

230涡轮增压器

240压缩机

250涡轮

260内部冷却器

270排气系统

275排气管

280排气后处理装置

290vgt执行器

300egr系统

310egr冷却器

320egr阀

330节流阀本体

340空气流质量和温度传感器

350歧管压力和温度传感器

360燃烧压力传感器

380冷却剂和燃油温度和水平传感器

400燃料轨压力传感器

410凸轮位置传感器

420曲轴位置传感器

430排气压力和温度传感器

440egr温度传感器

445加速踏板位置传感器

450电子控制单元(ecu)

460存储器系统