ThbTech/EV-Embedded-Control-System

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root c3c3bc4477 Initial commit: BYD Qin EV Embedded Control System

2026-05-19 17:54:06 +08:00

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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

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

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

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）

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

#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

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()

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

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

9. 技术特点总结

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
多协议支持：CAN、以太网、Modbus TCP/RTU、RS485等多种通信方式
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
可靠性保障：看门狗机制、CAN自动重传、错误中断处理
模块化架构：分层设计，便于功能扩展和维护
远程监控能力：以太网+Modbus TCP支持上位机远程访问

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

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