引言
巡航控制系統(tǒng)(CCS)是20世紀60年代發(fā)展起來的,，又稱為恒速行駛系統(tǒng)。巡航控制系統(tǒng)工作時,，ECU根據各種傳感器輸送來的信號判斷汽車的運行狀況,，通過執(zhí)行元件自動調節(jié)節(jié)氣門的開度使汽車的行駛速度與設定的車速保持一致。汽車在良好路面上長時間行駛時,，駕駛員啟動巡航控制系統(tǒng)并設定行駛速度,，不需駕駛員操縱加速踏板，通過巡航控制系統(tǒng)即可自動保持既定的行駛速度,，不僅減輕了駕駛員的勞動強度,，同時利用先進的電子控制技術控制節(jié)氣門的開度，比駕駛員操縱節(jié)氣門更精確,，汽車燃料經濟性,、排放污染性也可得到改善。
1 系統(tǒng)原理
1．1 電控油門原理
工作時,，由駕駛員發(fā)出轉速的控制指令,，由節(jié)氣門開度傳感器采集發(fā)動機的轉速參數，并把信號輸入電控單元,；電控單元將控制信號和反饋的節(jié)氣門位置信號進行比較,，根據比較的結果來驅動執(zhí)行器改變節(jié)氣門的開度，使實際的開度與控制開度達到一致,，從而實現車速的自動控制,。
1．2 舵機控制原理
舵機是一種位置(角度)伺服驅動器，適用于那些角度需要不斷變化并可以保持的系統(tǒng),。S3003型舵機有3個引腳,，分別為電源Vcc,、地GND和控制線Signal?？刂菩盘栍蒘ignal通道進入信號調制芯片,，獲得直流偏置電壓。它的內部有一個基準電路,，產生周期為20 ms,、寬度為1．5 ms的基準信號，將獲得的直流偏置電壓與電位器的電壓比較,，獲得電壓差輸出,。最后，電壓差的正負輸出到電機驅動芯片以決定電機的正反轉,。當電機轉速一定時,，通過級聯(lián)減速齒輪帶動電位器旋轉，使得電壓差為0,，電機停止轉動,。
控制線的輸入是一個寬度可調的周期性方波脈沖信號，方波脈沖信號的周期為20 ms(即頻率為50 Hz),。當方波的脈沖寬度改變時,，舵機的角度發(fā)生改變，角度變化與脈沖寬度成正比,。其輸出軸轉角與輸入脈沖寬度關系如圖1所示,。
2 系統(tǒng)設計
本系統(tǒng)采用三星公司的S3C2410和Futaba公司的S3003型舵機分別作為控制器和執(zhí)行器，使用Linux操作系統(tǒng),，實驗平臺為濟南恒信有限公司的發(fā)動機實驗平臺,。
2．1 系統(tǒng)設計流程
系統(tǒng)流程如圖2所示?？刂破鱏3C2410完成各項初始化工作,，接收來自操作人員的cmd指令，根據cmd的值來進行一系列的處理,，包括停止執(zhí)行器,、旋轉多少角度等。然后通過節(jié)氣門開度傳感器和轉速傳感器計算出等效的cmd值,，并與cmd進行比較以決定是進行下一次cmd的判斷,，還是涮整執(zhí)行器的角度。
2．2 設置Linux系統(tǒng)時鐘頻率
為了降低電磁干擾和降低板間布線要求,，芯片外接的晶振頻率通常很低,，通過時鐘控制邏輯的PLL提高系統(tǒng)時鐘。在三星公司的S3C2 410A手冊中列出了推薦的幾種時鐘頻率,，這里我們選用輸出時鐘頻率FCLK=202．80 MHz的配置,，即PLL控制寄存器中的：MDIV=161(0xa1)、PDIV=3,、SDIV=1,。
在U-Boot的board／smdk2410／smdk2410．c中進行設置：
由以上程序可知FCLK=202．80 MHz，HCLK=101．40 MHz,，PCLK=50．70 MHz,，而S3C2410的PWM模塊使用的時鐘是PCLK，所以PWM的輸入時鐘為50．7MHz,。
2．3 舵機驅動程序編寫
2．3．1 使用udev來動態(tài)建立設備節(jié)點
Linux 2．6系列的內核使用udevr來管理／dev目錄下的設備節(jié)點,。同時它也用來接替devfs及hotplug的功能，這意味著它要在添加／刪除硬件時處理／dev目錄以及所有用戶空間的行為,，包括加載firmware時,。udev依賴于sysfs輸出到用戶空間的所有設備信息，以及當設備添加或者刪除時／sbin／hotplug對它的通知,。
為了udevr能夠正常工作,，一個設備驅動程序要做的事情是通過sysfs將驅動程序所控制設備的主設備號和次沒備號導出到用戶空間。ud ev在sysfs中的／class／目錄樹中搜索名為dev的文件,，這樣內核通過／sbin／hotplug接口調用它的時候,，就能獲得分配給特定設備的主設備號和次設備號。一個設備驅動程序只需要使用class_create接口為它所控制的每個設備創(chuàng)建該文件,。
使用class_create函數創(chuàng)建class結構,，這段代碼在sysfs中的／sys／class下創(chuàng)建一個目錄，目錄中創(chuàng)建一個新的“pwm”的class類以容納通過sysfs輸出的驅動程序的所有屬性,。其中的一個屬性是dev文件條目,，它由class_device_create()創(chuàng)建——它觸發(fā)了用戶空間udev守護進程創(chuàng)建／dev／pwm設備節(jié)點。代碼如下所示：
當驅動程序發(fā)現一個設備并且已經分配了一個次設備號時,，驅動程序將調用class_device_create函數：
class_device_create(pwm_class,，NULL，MKDEV(devicemajor,，0),，NULL，“pwm”),；
這段代碼在／sys／class／pwm下創(chuàng)建一個子目錄pwmN,，這里N是設備的次設備號。在這個目錄中創(chuàng)建一個文件dev,，有了這個udev就可以在／dev目錄下為該設備創(chuàng)建一個設備節(jié)點,。
當設備與驅動程序脫離時，它也與分配的次設備號脫離,，此時需要調用class_device_destroy(struct class*cls,，dev_t devt)函數刪除該設備在sysfs中的入口項：
class_device_destroy(pwm_class,，MKDEV(device_major，0)),。
2．3．2 配置PWM的輸出頻率
先使用Linux系統(tǒng)提供的系統(tǒng)函數來獲取時鐘pclk：
elk_p=clk_get(NULL“pclk”),；
pclk=clk_get_rate(clk_p)；
由S3C2410數據手冊可知,，經過預分頻器和時鐘分頻器之后,，計算定時器0的輸入時鐘頻率為clkin=(pclk／{prescaler0+1}／divider value)；再通過16位的定時器0計數寄存器TCNTB0,、和定時器0比較計數器TCMPB0(它們的值分別用tcnt和tcmp表示)分頻,，這樣就可以從引腳Tout0處得到合適的PWM波形信號了，其周期為T=tcnt／clkin,，高電平周期為Th=tcmp／clkin,。
已知pclk=50．7 MHz，令
MAX=(prescale0+1)×(divider value) (1)
則有clkin=pclk／MAX,；可以取tcnt=pclk／date,；又因為tcnt為16位，所以tcnt≤65 535,，這樣可以直接消去pclk中的507,；而系統(tǒng)需要T=20 ms的周期，先提取出系數50,，即：
tcnt=pclk／(date×50)=1 014 000／date (2)
得出MAX=date≥1 6,，prescaler0的取值范圍為0～255，divider value的可取值為1,、2,、4、16,。
要求的PWM波形周期為20 ms,，正電平寬度為0．5～2．5 ms，20 ms／0．5 ms=40,，所以：
tcmp=tcnt／40+(cmd-1)×tcnt／(40×N)(3)
其中temp和tcnt均為整數,；N即為細分系數，它表示cmd加1時舵機將旋轉(45／N)°,；cmd是要輸入的控制參數,，用它來控制舵機的角度。
由式(1)～(3),，以及tcmp和tcnt盡量取整數以減小誤差的原則,，MAX=date=可取16、20,、25,。
3 實驗結果分析
理論上,，細分系數N取值越大、執(zhí)行器的動作越精確越好,，但過大的細分系數會導致執(zhí)行器的命令對cmd的響應變慢,。因此，N的取值應該根據執(zhí)行器到節(jié)氣門閥的距離來綜合考慮,，取細分系數N=5即使用公式：tcmp=tent(cmd+4)／200,，最小角度為(45／5)=9,，足以滿足實驗的需要,。
采用實驗的方法，對MAX=date=16,、20,、25分別進行實驗，并使用示波器進行觀察根據寄存器的取整特性來對MAX=date的值進行綜合的考量,。結果如表1～表3所列,。其中cmd為輸入指令．err為誤差，Wh為高電平寬度,，～Wh為實際的高電平寬度,。
由以上數據可以看出取MAX=date=20時，誤差最小,。由式(4)可知,，prescale0+1=20、10,、5對應的dividervalue=1,、2、4,。
結語
利用ARM鎖相環(huán)所產生的高頻率可以獲得更精細的PWM波,，從而對舵機實現更精確的控制來達到油門精確控制的目的。本文從理論和實踐兩方面實現了舵機角度為9的控制,，要想獲得更細分的角度,，只需將N的值取大。如N=15,，可獲得的最小控制角度為(45／15)=3,；N=45，可獲得的最小控制角度為(45／45)=1,。