# 比亚迪秦EV嵌入式控制系统 - 系统介绍

## 1. 项目概述

本项目是针对**比亚迪秦EV电动汽车**开发的嵌入式控制系统，基于**AT32F407RGT7**（ARM Cortex-M4）微控制器，实现了车辆数据采集、通信控制和实时监测等核心功能。

### 1.1 项目定位

- **应用场景**：电动汽车数据采集与控制系统
- **核心目标**：实现车辆状态实时监测、远程通信和智能控制
- **技术特点**：实时性强、可靠性高、通信协议丰富

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## 2. 技术架构

### 2.1 硬件平台

| 参数 | 规格 |
|------|------|
| MCU | AT32F407RGT7（ARM Cortex-M4，168MHz） |
| 存储 | 1MB Flash + 192KB SRAM |
| 通信接口 | CAN×2、ETH、UART×7、RS485 |
| 定时器 | 多个通用定时器 |

### 2.2 软件架构层次

```
┌─────────────────────────────────────────────┐
│              应用层 (Application)           │
│   ┌─────────┬─────────┬─────────┐          │
│   │  数据采集 │  协议处理 │  控制逻辑 │          │
│   └─────────┴─────────┴─────────┘          │
├─────────────────────────────────────────────┤
│              中间件层 (Middleware)          │
│   ┌─────────┬─────────┬─────────┐          │
│   │ FreeRTOS │  LwIP   │ Modbus  │          │
│   └─────────┴─────────┴─────────┘          │
├─────────────────────────────────────────────┤
│              驱动层 (Driver)                │
│   ┌─────────┬─────────┬─────────┐          │
│   │  CAN    │  EMAC   │  UART   │          │
│   └─────────┴─────────┴─────────┘          │
├─────────────────────────────────────────────┤
│              HAL层 (Hardware Abstraction)   │
│           AT32 HAL Library                 │
└─────────────────────────────────────────────┘
```

### 2.3 核心中间件

| 中间件 | 版本 | 功能描述 |
|--------|------|----------|
| **FreeRTOS** | 实时内核 | 任务调度、队列、信号量、定时器 |
| **LwIP** | 轻量级TCP/IP | 以太网通信、TCP/UDP协议栈 |
| **FreeModbus** | Modbus协议 | Modbus TCP/RTU主从站实现 |
| **libmodbus** | Modbus库 | 额外的Modbus RTU支持 |
| **SEGGER RTT** | 调试工具 | 实时终端调试输出 |

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## 3. 主要功能模块

### 3.1 功能模块总览

| 模块 | 文件名 | 核心功能 |
|------|--------|----------|
| **系统控制** | `wk_system.c` | 时钟配置、延时函数、时间基准 |
| **CAN通信** | `wk_can.c` | CAN1/CAN2初始化、数据收发 |
| **以太网** | `wk_emac.c` | EMAC初始化、PHY配置 |
| **网络协议** | `wk_lwip.c` | LwIP栈初始化、网络管理 |
| **调试配置** | `wk_debug.c` | SWD调试接口配置 |
| **FreeRTOS应用** | `freertos_app.c` | 任务创建与调度 |
| **Modbus任务** | `mbtask.c` | Modbus TCP从站初始化 |

### 3.2 FreeRTOS任务架构

系统基于FreeRTOS实现多任务并发，核心任务包括：

| 任务名称 | 优先级 | 功能描述 |
|----------|--------|----------|
| `run_task` | 0 | 系统心跳、看门狗喂狗 |
| `tmr_task` | 0 | 速度计算（基于轮速脉冲） |
| `modbustcp_slaver_task` | 中 | Modbus TCP从站协议处理 |
| `rs485_task` | 中 | RS485总线数据采集 |
| `io_task` | 中 | 信号灯检测、参数下发 |
| `modbusrtu_master_task` | 中 | Modbus RTU主站轮询 |
| `can2_master_task` | 高 | CAN2数据接收（油门/刹车/转向） |
| `can1_master_task` | 高 | CAN1数据接收（车辆CAN总线） |

### 3.3 任务间通信机制

- **队列 (Queue)**：用于CAN数据、定时器数据的异步传递
- **信号量 (Semaphore)**：用于任务同步
- **事件组 (Event Group)**：用于复杂事件通知

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## 4. 核心通信协议

### 4.1 CAN总线通信

系统支持双通道CAN通信：

**CAN1**（监听模式）：
- 波特率：500 kbps
- 用途：侦听车辆CAN总线数据（档位、电量、速度、里程）

**CAN2**（通信模式）：
- 波特率：500 kbps
- 用途：与改装设备通信（油门、刹车、转向）

### 4.2 以太网通信

- **MAC地址**：`00:00:44:45:56:01`
- **IP地址**：`192.168.1.37`（静态配置）
- **速率**：100Mbps 全双工
- **协议栈**：LwIP（支持TCP/UDP/IP）

### 4.3 Modbus协议

系统同时支持Modbus TCP和Modbus RTU：

**Modbus TCP**：作为从站，响应上位机数据请求

**Modbus RTU**：作为主站，采集传感器数据（温度、电压、电流）

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## 5. 数据采集功能

### 5.1 采集参数列表

| 参数ID | 参数名称 | 来源 | 数据类型 |
|--------|----------|------|----------|
| `MODBUS_ID_SPEED1` | 车速1 | CAN1 | uint16 |
| `MODBUS_ID_SPEED2` | 车速2 | 轮速脉冲 | uint16 |
| `MODBUS_ID_TEMP1` | 温度1 | RS485 | uint16 |
| `MODBUS_ID_TEMP2` | 温度2 | RS485 | uint16 |
| `MODBUS_ID_VOLTAGE` | 电压 | RS485 | uint16 |
| `MODBUS_ID_CURRENT` | 电流 | RS485 | uint16 |
| `MODBUS_ID_THROTTLE1/2` | 油门位置 | CAN2/RS485 | uint16 |
| `MODBUS_ID_BRAKE` | 刹车状态 | CAN2 | uint16 |
| `MODBUS_ID_STEERING` | 转向角度 | CAN2 | uint16 |
| `MODBUS_ID_GEAR` | 档位 | CAN1 | uint16 |
| `MODBUS_ID_BAT` | 电量 | CAN1 | uint16 |
| `MODBUS_ID_MILEAGE` | 里程 | CAN1 | uint16 |
| `MODBUS_ID_LIGHT` | 信号灯 | GPIO | uint16 |

### 5.2 速度计算原理

```c
#define CIRC (2.3f * C_NUM)  // 车轮周长
time = 100.0f * measured_time / 1000000.0f;  // 转换为秒
speed = CIRC / time;  // m/s
speed *= 3.6f;  // 转换为 km/h
```

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## 6. 系统初始化流程

```
main()
    │
    ├─► wk_system_clock_config()     // 系统时钟配置
    ├─► wk_periph_clock_config()    // 外设时钟配置
    ├─► wk_debug_config()           // 调试接口配置
    ├─► wk_nvic_config()            // NVIC中断配置
    ├─► wk_timebase_init()          // 时间基准初始化
    ├─► wk_tmr1_init()              // 定时器1初始化
    ├─► wk_tmr2_init()              // 定时器2初始化
    ├─► wk_emac_init()              // 以太网初始化
    ├─► wk_can1_init()              // CAN1初始化
    ├─► wk_can2_init()              // CAN2初始化
    ├─► wk_lwip_init()              // LwIP初始化
    ├─► at32_bsp_init()             // BSP初始化
    ├─► wk_wdt_init()               // 看门狗初始化
    └─► wk_freertos_init()          // FreeRTOS启动
            │
            └─► vTaskStartScheduler()
```

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## 7. 中断优先级配置

| 中断源 | 优先级 | 说明 |
|--------|--------|------|
| EMAC | 5 | 以太网DMA中断 |
| UART7 | 6 | UART7中断 |
| CAN2 | 7 | CAN2中断 |
| CAN1 | 8 | CAN1中断 |

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## 8. 项目文件结构

```
byd_qin_ev 1.4/
├── libraries/                    # 基础库
│   ├── cmsis/                   # CMSIS核心库
│   └── drivers/                 # AT32 HAL驱动
├── middlewares/                 # 中间件
│   ├── freertos/                # FreeRTOS实时内核
│   ├── lwip/                    # LwIP网络协议栈
│   ├── FreeModbus/              # FreeModbus协议
│   ├── libmodbus/               # libmodbus库
│   └── segger_rtt/              # RTT调试工具
├── project/                     # 项目工程
│   ├── src/                     # 源代码
│   │   ├── main.c               # 主入口
│   │   ├── wk_system.c          # 系统控制
│   │   ├── wk_can.c             # CAN通信
│   │   ├── wk_emac.c            # 以太网驱动
│   │   ├── wk_lwip.c            # 网络协议
│   │   ├── wk_debug.c           # 调试配置
│   │   ├── freertos_app.c       # FreeRTOS应用
│   │   └── mbtask.c             # Modbus任务
│   └── MDK_V5/                  # Keil MDK工程文件
└── AT32F407RGT7.ATWP            # AT32配置文件
```

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## 9. 技术特点总结

1. **实时性设计**：基于FreeRTOS实现任务调度，关键任务高优先级保障实时响应

2. **多协议支持**：CAN、以太网、Modbus TCP/RTU、RS485等多种通信方式

3. **数据采集全面**：覆盖车辆速度、温度、电压、电流、位置等关键参数

4. **可靠性保障**：看门狗机制、CAN自动重传、错误中断处理

5. **模块化架构**：分层设计，便于功能扩展和维护

6. **远程监控能力**：以太网+Modbus TCP支持上位机远程访问

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## 10. 应用场景

本系统主要应用于：
- **电动汽车改装**：数据采集与控制
- **车队管理**：远程监控车辆状态
- **数据分析**：收集车辆运行数据用于优化
- **故障诊断**：实时监测车辆异常状态