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：

• 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：

2. 点击Previous选择S32DS3.4版本。
   

3. 选择windows版本的安装包并下载。
   

4. 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）
   

5. 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。
   

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。
   

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。
   

5. 更新完之后重启下S32DS 3.4，点击Help->S32DS Extensions and Updates
   

6. 点击Installed，查看已安装的组件是否齐全。
   

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）。

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

2. 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。

3. 打开S32DS 3.4，按下图方式打开例程。
   

4. 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。
   

5. 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：

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。

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.h和M1_PMSM_appconfig.h，并添加到内核0工程下的src/config文件夹下：
   

2. 然后将M1_PMSM_appconfig.h和M1_PMSM_appconfig.h中的宏定义分别加上M1和M2前缀，方便后续调用。
   

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);

4. 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。

5. 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);
}

6. 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：
   

7. 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
}

8. 然后保存编译，生成新的内核0的elf文件。
   

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。
   

2. 点击Open data file，选择M0内核的elf文件。
   

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。
   

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。

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：
   

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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