剖析汽車ECU工作原理以及架構演變

　　導語：朱玉龍在文章中寫道，從歷史上來看，安全系統的ECU架構是從3MCU=》2MCU=》1多核MCU+外部monitor，雙MCU，或者說是MCU+外部ASICMCU的架構。在軟件上看有兩點：一是主MCU和監控MCU采用Hearbeat監控MCU工作狀態，二是采用Data Mirroring的方式進行運行狀況監測。

　　ECU（ electronic control unit ）即電子控制單元，泛指汽車上所有電子控制系統，它是由輸入電路、微機和輸出電路等三部分組成。隨著汽車電子自動化程度的越來越高，汽車零部件中也出現了越來越多的ECU參與其中，線路之間復雜程度也急劇增加。

　　ECU有輸入處理電路、微處理器、輸出處理電路、系統通信電路及電源電路組成，其結構如下圖所示：

　　工作原理：輸入電路接受傳感器和其它裝置輸入的信號，對信號進行過濾處理和放大，然后轉換成一定伏特的輸入電平；從傳感器送到ECU輸入電路的信號既有模擬信號也有數字信號，輸入電路中的模／數轉換器可以將模擬信號轉換為數字信號，然后傳遞給微機；微機將上述已經預處理過的信號進行運算處理，并將處理數據送至輸出電路；輸出電路將數字信息的功率放大，有些還要還原為模擬信號，使其驅動被控的調節伺服元件工作。

　　根據《Delphi Secured Microcontroller Architecture》一文，里面敘述了Delphi的雙核MCU+外部monitor的架構。如下圖所示：

　　從歷史上來看，安全系統的ECU架構是從，3MCU=》2MCU=》1多核MCU+外部monitor。

　　雙MCU，或者說是MCU+外部ASICMCU的架構，硬件上如下所示：

　　1）主MCU和監控MCU都讀取相應的傳感器信號

　　2）監控MCU可以控制驅動橋

　　3）主MCU和監控MCU都具備單獨的Hardware watchdog

　　軟件上

　　1）主MCU和監控MCU采用Hearbeat監控MCU工作狀態

　　2）采用Data Mirroring的方式進行運行狀況監測

　　由于同構雙核鎖步（LSM），兩內核以鎖步模式運行，運行相同的指令，對兩個內核的執行結果進行比較。如果兩個通道的輸出中發現任何不一致的地方，那么將由硬件標識為故障，進入安全模式。

　　同時，有一則很有趣的Watchdog和MCU雙向檢測的設計，確實是很好玩的設計

　　目前在一些中高級轎車上，不但發動機上應用ECU，在其它許多地方都可發現ECU的蹤影，如ABS系統、四輪驅動系統、電控自動變速器、主動懸架系統、安全氣囊系統、多向可調電控座椅等都配置有各自的ECU。同時，隨著半導體技術發展，使得硬件自檢自查帶來的MCU完整性問題，可以解放很多的MCU軟件資源，當然了，高安全的要求，使得大家的選擇越來越有限，馬太效應也越來越明顯。