平臺化設(shè)計(jì)在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用

     比如汽車領(lǐng)域，目前國際比較著名的汽車制造廠商，基本都實(shí)現(xiàn)了平臺化開發(fā)設(shè)計(jì)的生產(chǎn)與經(jīng)營方式，如大眾公司的PQ35、PQ46平臺、通用汽車公司的Eplison II平臺、豐田汽車公司的MC平臺、NBC平臺，都是業(yè)界比較著名的汽車開發(fā)平臺，開發(fā)出了諸如Beetle、Magotan、cadillac GLS、Lexus ES、Lexus RX等聞名世界的汽車；比較典型的還有手機(jī)制造領(lǐng)域，近年來發(fā)展比較迅猛的MTK平臺，逐步搶占了很多諸如LoCosto、OMAP等老牌企業(yè)平臺的市場份額。據(jù)了解，目前聯(lián)想約有近半數(shù)手機(jī)都采用了MTK的設(shè)計(jì)方案。在MTK的手機(jī)解決方案中，將手機(jī)芯片和手機(jī)軟件平臺預(yù)先整合到一起。這樣手機(jī)廠商拿到手機(jī)平臺基本上就是一個半成品，只要稍稍的加工就可上市，這種方案可以使終端廠商節(jié)約成本，加速產(chǎn)品上市周期。

      平臺化開發(fā)，在加速產(chǎn)品上市周期方面，優(yōu)勢尤其明顯。同時，一個好的平臺也保證了基于此平臺開發(fā)的各個不同型號產(chǎn)品的質(zhì)量。

      2 通信電源的平臺化需求

      當(dāng)前，運(yùn)營商設(shè)備不斷增多，對通信電源的需求量也逐步提升。具備高效率、高功率密度、寬的使用環(huán)境溫度、數(shù)字化功能的產(chǎn)品可大幅度降低運(yùn)營成本，越來越多的得到運(yùn)營商的認(rèn)可。數(shù)字控制作為通信電源發(fā)展的趨勢，兼顧軟件的可移植性較強(qiáng)的特點(diǎn)，電源的平臺化開發(fā)成為了可能。

      不同型號的數(shù)字化整流器存在很多相同或相似的技術(shù)，特別是其中的數(shù)字控制技術(shù)，與另一類通信電源UPS也存在很多相同或相似的技術(shù)，通過適當(dāng)?shù)恼?，采用技術(shù)平臺化的策略增加設(shè)計(jì)的共性，可以有效減少產(chǎn)品共用技術(shù)重復(fù)開發(fā)，加快產(chǎn)品研制和升級換代的速度，從而降低研發(fā)成本，縮短產(chǎn)品上市周期。

      3通信電源的平臺化設(shè)計(jì)

      通信電源的平臺化設(shè)計(jì)，從總的架構(gòu)上來說，可分為硬件平臺和軟件平臺兩部分。硬件平臺，多基于原理性平臺考慮，將電源、時鐘、采樣、驅(qū)動、保護(hù)等功能進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，方便產(chǎn)品設(shè)計(jì)時提取功能電路；軟件平臺，涵蓋了邏輯、通信、采樣、PWM發(fā)生、保護(hù)等功能，并規(guī)劃好接口，產(chǎn)品進(jìn)行二次開發(fā)可在此基礎(chǔ)上繼續(xù)進(jìn)行，完成剩余功能開發(fā)。

       3.1 硬件平臺

       需要說明的是，此處的硬件平臺是指單板硬件平臺，主功率電路因拓?fù)涓鞑幌嗤?，不包含在?nèi)。目前的數(shù)字電源，特別是高端智能電源，多基于DSC芯片開發(fā)，以DSC芯片為核心的單板硬件平臺，框圖如圖1所示。
 單板硬件平臺涵蓋了電源、監(jiān)控、采樣、通信、驅(qū)動等各功能電路。考慮各產(chǎn)品如整流器、UPS、光伏逆變器等對電路需求不同，該平臺做了較多的冗余設(shè)計(jì)。比如采樣電路，同時設(shè)計(jì)了差分采樣電路、同相比例電路、反向比例電路、積分電路等不同的電路形式；通信電路，同時設(shè)計(jì)CAN、SPI、SCI、I2C等業(yè)界常用的通信電路；時鐘電路，同時考慮有源無源電路；存儲電路，同時兼容SPI、SCI、I2C模式等，留出外圍接口以備不同產(chǎn)品場合使用。

      3.2 軟件平臺

      軟件平臺是平臺的另一個重要組成部分，兼顧易用性、可擴(kuò)展性、可移植性、可測試性需求。軟件平臺使用分層結(jié)構(gòu)，依次為BSP、APP、API、OS

      硬件抽象層

      硬件抽象層又稱BSP層。平臺的硬件物理結(jié)構(gòu)以DSC為核心控制芯片，為延長平臺軟件的生命周期、拓寬應(yīng)用范圍，需盡量減少軟件平臺對硬件結(jié)構(gòu)的關(guān)聯(lián)，提高平臺軟件的可移植性。硬件抽象層存在的意義也在于此。比如，同一供應(yīng)商提供的不同型號芯片，或者不同廠家提供的芯片，保持軟件分層結(jié)構(gòu)不變，只需要更換BSP層，即可完成設(shè)計(jì)。

      BSP主要完成一些底層驅(qū)動的開發(fā)，如ADC、PWM、GPIO、SPI、CAPTURE等。該部分會針對不同芯片完成不同的BSP開發(fā)，保留好與其它層組件的接口。
服務(wù)組件層

       服務(wù)組件層也稱API層。這一部分是為功能組件提供服務(wù)，因此稱為服務(wù)組件。每一個服務(wù)組件都是一個獨(dú)立的部分，服務(wù)組件之間通過各組件的操作接口來完成交互。服務(wù)組件也是功能組件完成的基石。
      API層主要完成電源功能狀態(tài)控制、各通信功能解析與控制、濾波處理、外部存儲處理、按鍵、風(fēng)扇調(diào)節(jié)、子算法設(shè)計(jì)等功能。

     功能組件層

     功能組件層也稱APP層。功能組件是針對功能需求通過功能組件之間的協(xié)作，以及對服務(wù)組件的調(diào)用來實(shí)現(xiàn)。平臺系統(tǒng)的功能組件為產(chǎn)品開發(fā)提供了一個完整的功能實(shí)現(xiàn)，包括電源狀態(tài)管理、外部存儲管理、數(shù)據(jù)處理、通信管理等部分。

      任務(wù)調(diào)度管理

       簡化的OS，主要使用任務(wù)管理，消息管理功能作為整個系統(tǒng)的運(yùn)行管理基礎(chǔ)。根據(jù)目前電源系統(tǒng)DSC的頻率不是很高，片上資源還是比較有限的情況，裁剪了大部分功能。使用不可剝奪內(nèi)核方式，其目的是為控制系統(tǒng)使用周期中斷，進(jìn)行功率拓?fù)淇刂频囊蟮玫匠浞直ＷC。

      3.3 后臺界面開發(fā)

       DSC芯片留有豐富的通信接口，為參數(shù)在線調(diào)試提供了便利，避免了電源開發(fā)過程中控制或其他參數(shù)調(diào)節(jié)時，頻繁燒寫芯片帶來的不便。另外，其他一些預(yù)置參數(shù)也可通過后臺界面下載到芯片中；單機(jī)調(diào)試時，限流點(diǎn)、過壓保護(hù)點(diǎn)等信號均可通過后臺在線調(diào)試界面完成設(shè)置。此處不再詳述。

      4 基于平臺的產(chǎn)品開發(fā)

       成熟的平臺應(yīng)用中，不同型號電源間的共有功能已經(jīng)開發(fā)完成，針對不同的電源，開發(fā)剩余個性化功能即可。對產(chǎn)品來講，其輸入就已經(jīng)是一個半成品了。比如，對于整流器產(chǎn)品，在平臺通信、故障處理、面板顯示、邏輯處理、狀態(tài)管理等功能開發(fā)完成的基礎(chǔ)上，進(jìn)行二次開發(fā)，添加個性化的算法即可。

        業(yè)界應(yīng)用比較廣泛的通信用整流器電源，在實(shí)現(xiàn)功率變換上，多為兩級模式，即前級PFC，后級DC-DC的方式。前級PFC部分，多采用Boost電路，將交流電預(yù)穩(wěn)壓到一個較高的固定電平，此電壓作為為后級DC-DC功率變換的輸入。兩級變換應(yīng)用比較成熟，此處以該拓?fù)錇槔M(jìn)行說明。如圖4所示，平臺對產(chǎn)品開發(fā)提供了全方位支撐，以功率拓?fù)錇榛A(chǔ)，僅需要在平臺預(yù)留接口的基礎(chǔ)上完成算法開發(fā)即可。