平臺(tái)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(tái)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(tái)、通用汽車公司的Eplison II平臺(tái)、豐田汽車公司的MC平臺(tái)、NBC平臺(tái)，都是業(yè)界比較著名的汽車開發(fā)平臺(tái)，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(tái)，逐步搶占了很多諸如LoCosto、OMAP等老牌企業(yè)平臺(tái)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(tái)預(yù)先整合到一起。這樣手機(jī)廠商拿到手機(jī)平臺(tái)基本上就是一個(gè)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(tái)化開發(fā)，在加速產(chǎn)品上市周期方面，優(yōu)勢(shì)尤其明顯。同時(shí)，一個(gè)好的平臺(tái)也保證了基于此平臺(tái)開發(fā)的各個(gè)不同型號(hào)產(chǎn)品的質(zhì)量。

      2 通信電源的平臺(tái)化需求

      當(dāng)前，運(yùn)營商設(shè)備不斷增多，對(duì)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(shì)，兼顧軟件的可移植性較強(qiáng)的特點(diǎn)，電源的平臺(tái)化開發(fā)成為了可能。

      不同型號(hào)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希捎眉夹g(shù)平臺(tái)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(jí)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(tái)化設(shè)計(jì)

      通信電源的平臺(tái)化設(shè)計(jì)，從總的架構(gòu)上來說，可分為硬件平臺(tái)和軟件平臺(tái)兩部分。硬件平臺(tái)，多基于原理性平臺(tái)考慮，將電源、時(shí)鐘、采樣、驅(qū)動(dòng)、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(shí)提取功能電路；軟件平臺(tái)，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(tái)

       需要說明的是，此處的硬件平臺(tái)是指單板硬件平臺(tái)，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(tái)，框圖如圖1所示。
 單板硬件平臺(tái)涵蓋了電源、監(jiān)控、采樣、通信、驅(qū)動(dòng)等各功能電路。考慮各產(chǎn)品如整流器、UPS、光伏逆變器等對(duì)電路需求不同，該平臺(tái)做了較多的冗余設(shè)計(jì)。比如采樣電路，同時(shí)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(shí)設(shè)計(jì)CAN、SPI、SCI、I2C等業(yè)界常用的通信電路；時(shí)鐘電路，同時(shí)考慮有源無源電路；存儲(chǔ)電路，同時(shí)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(tái)

      軟件平臺(tái)是平臺(tái)的另一個(gè)重要組成部分，兼顧易用性、可擴(kuò)展性、可移植性、可測(cè)試性需求。軟件平臺(tái)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(tái)的硬件物理結(jié)構(gòu)以DSC為核心控制芯片，為延長平臺(tái)軟件的生命周期、拓寬應(yīng)用范圍，需盡量減少軟件平臺(tái)對(duì)硬件結(jié)構(gòu)的關(guān)聯(lián)，提高平臺(tái)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(hào)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(dòng)的開發(fā)，如ADC、PWM、GPIO、SPI、CAPTURE等。該部分會(huì)針對(duì)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(gè)服務(wù)組件都是一個(gè)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(chǔ)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(duì)功能需求通過功能組件之間的協(xié)作，以及對(duì)服務(wù)組件的調(diào)用來實(shí)現(xiàn)。平臺(tái)系統(tǒng)的功能組件為產(chǎn)品開發(fā)提供了一個(gè)完整的功能實(shí)現(xiàn)，包括電源狀態(tài)管理、外部存儲(chǔ)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(gè)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(tái)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(shí)，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(tái)界面下載到芯片中；單機(jī)調(diào)試時(shí)，限流點(diǎn)、過壓保護(hù)點(diǎn)等信號(hào)均可通過后臺(tái)在線調(diào)試界面完成設(shè)置。此處不再詳述。

      4 基于平臺(tái)的產(chǎn)品開發(fā)

       成熟的平臺(tái)應(yīng)用中，不同型號(hào)電源間的共有功能已經(jīng)開發(fā)完成，針對(duì)不同的電源，開發(fā)剩余個(gè)性化功能即可。對(duì)產(chǎn)品來講，其輸入就已經(jīng)是一個(gè)半成品了。比如，對(duì)于整流器產(chǎn)品，在平臺(tái)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(gè)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(jí)模式，即前級(jí)PFC，后級(jí)DC-DC的方式。前級(jí)PFC部分，多采用Boost電路，將交流電預(yù)穩(wěn)壓到一個(gè)較高的固定電平，此電壓作為為后級(jí)DC-DC功率變換的輸入。兩級(jí)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(tái)對(duì)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(tái)預(yù)留接口的基礎(chǔ)上完成算法開發(fā)即可。