1.前言

最近和一些做汽車水泵/風機的客戶交流時，都提到要預研TMS（熱管理域控制器）方案。希望使用一個高性能的車規MCU，同時控制三個無刷電機（水泵/風扇）、多個有刷電機（空調風門）和多個步進電機（空調出風口/進氣格柵/電子膨脹閥）。

NXP主推的S32K3系列中的雙核MCU—S32K324（主頻160MHz * 2）能夠符合該要求，正好筆者手上有一套立功科技的基于S32K324的TMS方案評估板—S32K3_TriMotor，所以記錄下使用的過程，方便申請了該評估板的讀者快速上手。

2.立功科技的TMS方案介紹

2.1 介紹資料

關于立功科技的TMS方案的特點和演示視頻，如下兩篇文章介紹的比較詳細，推薦閱讀。

• 熱管理域控制器方案：三電機控制實戰

• 【解決方案】單芯片TMS域控方案，熱管理應用新趨勢

2.2 簡要介紹

對立功科技的TMS方案進行下簡要介紹。

• 整體的方案框圖如下：

• 功能特性：

  • 支持三個BLDC的無感FOC速度電流雙閉環控制；
  • 針對熱管理系統支持多路溫度、電壓電流采集；
  • 支持多路直流有刷電機有感位置控制；
  • 支持多路步進電機微步控制；
  • 支持多路High Side閥門控制；
  • 完善的保護功能，過壓欠壓，過流、限流、堵轉、過溫、缺相保護等；
  • 上位機FreeMASTER已適配，三電機獨立配置界面。

• 優勢亮點：

  • 控制效率高，極大提高熱量的能量利用效率；
  • 器件集成化，極大精簡電子系統布局；
  • 大幅減少MCU、線束等數量，降低車輛生產成本；
  • 多個系統集成，方便系統管理；
  • 響應速度快，增強安全性。

3.S32K3_TriMotor評估板測試

立功科技的S32K3_TriMotor有兩種配套程序，

• 一套用于客戶前期評估，基于NXP官方的S32K324三電機例程進行移植（主要是適配外圍的三相驅動），簽訂保密協議后免費提供。
• 一套用于客戶量產使用，需要付費購買。

3.1 環境搭建

使用S32K3_TriMotor對應的免費例程需要準備的環境如下：

• IDE：S32 Design Studio for S32 Platform 3.4 或 3.5
• 軟件包：RTD 2.0.0
• 調試器：Jlink（推薦安裝下J-Flash V7.70a） 或 multilink
• 調試工具：Freemaster 3.2

推薦使用S32DS 3.5 + RTD 2.0.0，但是筆者在S32DS 3.5已經安裝了RTD 3.0.0，如果安裝RTD 2.0.0會導致原本基于RTD 3.0.0的工程不可用。所以后文使用S32DS 3.4 + RTD 2.0.0進行演示，S32DS 3.5 + RTD 2.0.0類似。

S32 Design Studio for S32 Platform 3.4安裝

1. S32DS 3.4下載地址為：https://www.nxp.com/webapp/swlicensing/sso/downloadSoftware.sp?catid=S32DS-3-4，瀏覽器打開并登錄NXP賬號,選擇如下版本：

2. 點擊Previous選擇S32DS3.4版本。
   

3. 選擇windows版本的安裝包并下載。
   

4. 點擊License Keys，在彈出的界面找到激活碼并保存好，在安裝時會用上。（一個激活碼最多使用101臺機器）
   

5. 點擊安裝包進行安裝，安裝過程中需要輸入激活碼時使用前面保存的激活碼即可，并選擇online激活的方式。

RTD 2.0.0安裝

1. 打開S32DS 3.4，選擇好workspace，并勾選作為默認工作區。
   

2. 等待S32DS 3.4檢查更新。

3. 更新檢查完之后，會彈出可更新以及已安裝的組件。勾選S32K3 RTD AUTOSAR 4.4 Version 2.0.0，點擊install/update。同時去掉always show的勾選，這樣就不會每次打開彈出更新檢查的界面。
   

4. 所有相關的組件都會自動加入更新列表，點擊next，再點擊finish進行更新。
   

5. 更新完之后重啟下S32DS 3.4，點擊Help->S32DS Extensions and Updates
   

6. 點擊Installed，查看已安裝的組件是否齊全。
   

Freemaster 3.2

Freemaster 3.2的下載地址如下，https://www.nxp.com/design/software/development-software/freemaster-run-time-debugging-tool:FREEMASTER，選擇3.2版本即可（筆者試過2.5版本打開例程的.pmpx文件會有問題）。

3.2 例程測試

1. 解壓立功科技提供的例程，名稱為：

• MCTPTX1AK324_Triple_PMSM_RDB_230526a.zip

2. 將解壓后的文件夾復制到S32DS 3.4的workspace，并復制其所在的路徑。

3. 打開S32DS 3.4，按下圖方式打開例程。
   

4. 兩個工程分別是內核0和內核1的工程，依次選擇兩個工程并點擊Debug Flash，如果工程ok，會在控制臺看到編譯生成的elf文件。
   

5. 雙擊打開S32K_PMSM_Sensorless.pmpx文件（如果無法打開，可以先打開freemaster，再選擇File->Open Project，選擇對應的工程），整體界面如下：

立功科技提供的免費例程用于驅動三個參數相同的電機，只需要在MCAT界面輸入對應的電機參數、電流環參數、速度環參數等，在Output File界面就可以更新/生成工程需要的PMSM_appconfig.h文件。

關于MCAT界面的參數，NXP官網有一份應用筆記AN4642詳細介紹如何使用和修改。鏈接為：https://www.nxp.com/webapp/Download?colCode=AN4642&location=null

關于電機本體參數的測試方法，可以參考NXP官網的AN4680應用筆記，鏈接為：https://www.nxp.com/webapp/Download?colCode=AN4680&location=null

3.3 例程適配

目前筆者手上有兩個參數不同的電機，需要對立功科技提供的例程進行一些適配工作才能正常運轉。具體適配工作如下：

1. 結合兩個電機M1、M2的參數，使用MCAT工具配置生成對應的文件，分別為M1_PMSM_appconfig.h和M1_PMSM_appconfig.h，并添加到內核0工程下的src/config文件夾下：
   

2. 然后將M1_PMSM_appconfig.h和M1_PMSM_appconfig.h中的宏定義分別加上M1和M2前綴，方便后續調用。
   

3. 整個例程中需要用到MCAT生成的參數有如下四個函數，都在mianc.c中定義的：

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);

4. MCAT初始化函數改起來比較方便，只需要將內部的賦值宏定義加上M1或者M2的前綴即可。

5. CalcOpenLoop函數實現如下所示，里面調用了WEL_MAX變量，但是因為三個電機的狀態機中都使用了該函數，但是函數參數中沒有和WEL_MAX參數相關的，無法實現每個電機的狀態機調用的是匹配自己的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);
}

6. 所以需要修改下CalcOpenLoop函數，同時調用該函數的地方也需要做相應的修改。整個的調用關系如下圖：
   

7. 同時在MCAT初始化函數的最后進行對應電機的WEL_MAX參數賦值以及增加結構體的成員：

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
}

8. 然后保存編譯，生成新的內核0的elf文件。
   

3.4 雙核燒錄

1. 將使用jlink連接PC和demo板，打開j-flash，選擇S32K324，如下圖。
   

2. 點擊Open data file，選擇M0內核的elf文件。
   

3. 等待M0內核的elf加載完之后，選擇Merge data file，選擇M1內核的elf文件。
   

4. 兩個elf合并成功會在log窗口有提示，接著點擊connect，成功之后按F7燒錄即可。
   

3.5 測試

將demo板連接上M1和M2電機，注意代碼中的M1，M2電機參數要和實際硬件連接的匹配上，然后按如下步驟進行測試。

1. 使用freemaster打開pmp文件；
2. 選擇剛剛編譯的內核0的elf文件；
3. 將PC和評估板通過USB-TypeC線連接上，并在freemaster界面選擇對應的COM口（如果只顯示為串行設備，沒有XR的字樣，需要裝一下驅動）；
4. 忽略彈出的警告，并點擊Go按鈕連接評估板；
5. 設置兩個電機的目標速度，并打開電機，運行一段時間之后的界面如下圖：
   

關于freemaster詳細的操作，可以參考之前的文章：

• FreeMASTER快速入門

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