# 快速评估立功科技基于S32K324的TMS方案

文章目录

    • 1.前言
    • 2.立功科技的TMS方案介绍
      • 2.1 介绍资料
      • 2.2 简要介绍
    • 3.S32K3_TriMotor评估板测试
      • 3.1 环境搭建
        • S32 Design Studio for S32 Platform 3.4安装
        • RTD 2.0.0安装
        • Freemaster 3.2
      • 3.2 例程测试
      • 3.3 例程适配
      • 3.4 双核烧录
      • 3.5 测试

1.前言

最近和一些做汽车水泵/风机的客户交流时,都提到要预研TMS(热管理域控制器)方案。希望使用一个高性能的车规MCU,同时控制三个无刷电机(水泵/风扇)、多个有刷电机(空调风门)和多个步进电机(空调出风口/进气格栅/电子膨胀阀)。

NXP主推的S32K3系列中的双核MCU—S32K324(主频160MHz * 2)能够符合该要求,正好笔者手上有一套立功科技的基于S32K324的TMS方案评估板—S32K3_TriMotor,所以记录下使用的过程,方便申请了该评估板的读者快速上手。

2.立功科技的TMS方案介绍

2.1 介绍资料

关于立功科技的TMS方案的特点和演示视频,如下两篇文章介绍的比较详细,推荐阅读。

  • 热管理域控制器方案:三电机控制实战

  • 【解决方案】单芯片TMS域控方案,热管理应用新趋势

2.2 简要介绍

对立功科技的TMS方案进行下简要介绍。

  • 整体的方案框图如下:

# 快速评估立功科技基于S32K324的TMS方案_第1张图片

  • 功能特性:

    • 支持三个BLDC的无感FOC速度电流双闭环控制;
    • 针对热管理系统支持多路温度、电压电流采集;
    • 支持多路直流有刷电机有感位置控制;
    • 支持多路步进电机微步控制;
    • 支持多路High Side阀门控制;
    • 完善的保护功能,过压欠压,过流、限流、堵转、过温、缺相保护等;
    • 上位机FreeMASTER已适配,三电机独立配置界面。
  • 优势亮点:

    • 控制效率高,极大提高热量的能量利用效率;
    • 器件集成化,极大精简电子系统布局;
    • 大幅减少MCU、线束等数量,降低车辆生产成本;
    • 多个系统集成,方便系统管理;
    • 响应速度快,增强安全性。

3.S32K3_TriMotor评估板测试

立功科技的S32K3_TriMotor有两种配套程序,

  • 一套用于客户前期评估,基于NXP官方的S32K324三电机例程进行移植(主要是适配外围的三相驱动),签订保密协议后免费提供。
  • 一套用于客户量产使用,需要付费购买。

3.1 环境搭建

使用S32K3_TriMotor对应的免费例程需要准备的环境如下:

  • IDE:S32 Design Studio for S32 Platform 3.4 或 3.5
  • 软件包:RTD 2.0.0
  • 调试器:Jlink(推荐安装下J-Flash V7.70a) 或 multilink
  • 调试工具:Freemaster 3.2

推荐使用S32DS 3.5 + RTD 2.0.0,但是笔者在S32DS 3.5已经安装了RTD 3.0.0,如果安装RTD 2.0.0会导致原本基于RTD 3.0.0的工程不可用。所以后文使用S32DS 3.4 + RTD 2.0.0进行演示,S32DS 3.5 + RTD 2.0.0类似。

S32 Design Studio for S32 Platform 3.4安装

  1. S32DS 3.4下载地址为:https://www.nxp.com/webapp/swlicensing/sso/downloadSoftware.sp?catid=S32DS-3-4,浏览器打开并登录NXP账号,选择如下版本:

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  1. 点击Previous选择S32DS3.4版本。
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  2. 选择windows版本的安装包并下载。
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  3. 点击License Keys,在弹出的界面找到激活码并保存好,在安装时会用上。(一个激活码最多使用101台机器)
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  4. 点击安装包进行安装,安装过程中需要输入激活码时使用前面保存的激活码即可,并选择online激活的方式。

RTD 2.0.0安装

  1. 打开S32DS 3.4,选择好workspace,并勾选作为默认工作区。
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  2. 等待S32DS 3.4检查更新。

  3. 更新检查完之后,会弹出可更新以及已安装的组件。勾选S32K3 RTD AUTOSAR 4.4 Version 2.0.0,点击install/update。同时去掉always show的勾选,这样就不会每次打开弹出更新检查的界面。
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  4. 所有相关的组件都会自动加入更新列表,点击next,再点击finish进行更新。
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  5. 更新完之后重启下S32DS 3.4,点击Help->S32DS Extensions and Updates
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  6. 点击Installed,查看已安装的组件是否齐全。
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Freemaster 3.2

Freemaster 3.2的下载地址如下,https://www.nxp.com/design/software/development-software/freemaster-run-time-debugging-tool:FREEMASTER,选择3.2版本即可(笔者试过2.5版本打开例程的.pmpx文件会有问题)。
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3.2 例程测试

  1. 解压立功科技提供的例程,名称为:
  • MCTPTX1AK324_Triple_PMSM_RDB_230526a.zip
  1. 将解压后的文件夹复制到S32DS 3.4的workspace,并复制其所在的路径。

  2. 打开S32DS 3.4,按下图方式打开例程。
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  3. 两个工程分别是内核0和内核1的工程,依次选择两个工程并点击Debug Flash,如果工程ok,会在控制台看到编译生成的elf文件。
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  1. 双击打开S32K_PMSM_Sensorless.pmpx文件(如果无法打开,可以先打开freemaster,再选择File->Open Project,选择对应的工程),整体界面如下:

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立功科技提供的免费例程用于驱动三个参数相同的电机,只需要在MCAT界面输入对应的电机参数、电流环参数、速度环参数等,在Output File界面就可以更新/生成工程需要的PMSM_appconfig.h文件。

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关于MCAT界面的参数,NXP官网有一份应用笔记AN4642详细介绍如何使用和修改。链接为:https://www.nxp.com/webapp/Download?colCode=AN4642&location=null

关于电机本体参数的测试方法,可以参考NXP官网的AN4680应用笔记,链接为:https://www.nxp.com/webapp/Download?colCode=AN4680&location=null

3.3 例程适配

目前笔者手上有两个参数不同的电机,需要对立功科技提供的例程进行一些适配工作才能正常运转。具体适配工作如下:

  1. 结合两个电机M1、M2的参数,使用MCAT工具配置生成对应的文件,分别为M1_PMSM_appconfig.hM1_PMSM_appconfig.h,并添加到内核0工程下的src/config文件夹下:
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  2. 然后将M1_PMSM_appconfig.hM1_PMSM_appconfig.h中的宏定义分别加上M1和M2前缀,方便后续调用。
    # 快速评估立功科技基于S32K324的TMS方案_第18张图片

  3. 整个例程中需要用到MCAT生成的参数有如下四个函数,都在mianc.c中定义的:

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);
  1. MCAT初始化函数改起来比较方便,只需要将内部的赋值宏定义加上M1或者M2的前缀即可。

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  1. CalcOpenLoop函数实现如下所示,里面调用了WEL_MAX变量,但是因为三个电机的状态机中都使用了该函数,但是函数参数中没有和WEL_MAX参数相关的,无法实现每个电机的状态机调用的是匹配自己的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);
}
  1. 所以需要修改下CalcOpenLoop函数,同时调用该函数的地方也需要做相应的修改。整个的调用关系如下图:
    # 快速评估立功科技基于S32K324的TMS方案_第21张图片

  2. 同时在MCAT初始化函数的最后进行对应电机的WEL_MAX参数赋值以及增加结构体的成员:

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
}

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  1. 然后保存编译,生成新的内核0的elf文件。
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3.4 双核烧录

  1. 将使用jlink连接PC和demo板,打开j-flash,选择S32K324,如下图。
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  2. 点击Open data file,选择M0内核的elf文件。
    # 快速评估立功科技基于S32K324的TMS方案_第25张图片

  3. 等待M0内核的elf加载完之后,选择Merge data file,选择M1内核的elf文件。
    # 快速评估立功科技基于S32K324的TMS方案_第26张图片

  4. 两个elf合并成功会在log窗口有提示,接着点击connect,成功之后按F7烧录即可。

3.5 测试

将demo板连接上M1和M2电机,注意代码中的M1,M2电机参数要和实际硬件连接的匹配上,然后按如下步骤进行测试。
# 快速评估立功科技基于S32K324的TMS方案_第27张图片

  1. 使用freemaster打开pmp文件;
  2. 选择刚刚编译的内核0的elf文件;
  3. 将PC和评估板通过USB-TypeC线连接上,并在freemaster界面选择对应的COM口(如果只显示为串行设备,没有XR的字样,需要装一下驱动);
  4. 忽略弹出的警告,并点击Go按钮连接评估板;
  5. 设置两个电机的目标速度,并打开电机,运行一段时间之后的界面如下图:
    # 快速评估立功科技基于S32K324的TMS方案_第28张图片

关于freemaster详细的操作,可以参考之前的文章:

  • FreeMASTER快速入门

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