ARDEP: открытая платформа Mercedes-Benz для управления моторами на STM32G474

Перевод статьи Mercedes-Benz hosts open-source hardware Automotive Rapid DEvelopment Platform (ARDEP) — Jean-Luc Aufranc, CNX Software.

ARDEP (Automotive Rapid DEvelopment Platform) — открытая аппаратно-программная платформа, размещённая на GitHub-аккаунте Mercedes-Benz и выпущенная под лицензией Apache 2.0.

Основная плата ARDEP V2 построена на микроконтроллере STMicroelectronics STM32G474VE (Arm Cortex-M4F) для управления моторами, с аппаратными математическими ускорителями CORDIC и FMAC, и оснащена трансиверами CAN-FD и LIN. Плата расширения PowerIO Shield имеет 6 выходов и 6 входов, поддерживающих до 48 В и 3 А на канал.

Характеристики ARDEP V2#

Микроконтроллер — STMicroelectronics STM32G474VE

• ядро Arm Cortex-M4 с FPU до 170 МГц;
• математические ускорители — CORDIC (тригонометрические функции) и FMAC (Filter Mathematical ACcelerator);
• память — 128 КБ SRAM;
• накопитель — 256 КБ одноблочной флеш-памяти.

USB

• 1× порт USB Type-C «ARDEP»;
• 1× порт USB Type-C «Debugger».

Трансиверы

• 2× трансивера с поддержкой CAN-FD, каждый с синфазным дросселем, ESD-защитой и аппаратно-конфигурируемой терминацией 120 Ом;
• 1× трансивер LIN с программно выбираемым режимом мастера или ведомого.

Входы/выходы

• разъём DB-9 по «распиновке Vector», распространённой у инструментов Vector Informatik (CANalyzer, интерфейсы серии VN). Аппаратный переключатель SW1 направляет на DB-9 либо CAN-A (пины 2 и 7), либо LIN (пин 7);
• 12-контактный пружинный клеммник для CAN-A и LIN;
• 6-контактный пружинный клеммник с 2× UART;
• разъёмы, совместимые с Arduino: 6-контактный (6× аналоговых входов, SPI) и 8+10-контактные (цифровые входы, USART, SPI, I2C);
• 32-контактный разъём с GPIO, LPUART, SPI, DAC, I2C, USART.

Отладчик — встроенный, с UART-подключением.

Питание

• вход 5–48 В через основные клеммы, защита TVS-диодом на 51 В и медленным предохранителем на 1 А;
• питание по USB — 4,75–5,25 В через USB Type-C (порт ARDEP или Debug);
• внутренняя шина 5 В — до 500 мА суммарно, распределяется между выходами 5 В, 3,3 В и микроконтроллером;
• выход 3,3 В — на Arduino-разъёме и 32-контактном разъёме, самовосстанавливающийся предохранитель 200 мА на группу;
• вход питания LIN (VLIN) — 0–24 В внешних, расширяемо до 36 В с другой ESD-защитой;
• логический уровень GPIO — 3,3 В;
• защита цепи питания от перенапряжения, обратного тока и ESD.

Габариты — 109 × 69 × 16 мм. Масса — около 60 г.

Характеристики PowerIO Shield#

• выходы — 6× драйверов верхнего плеча на «умных» ключах IPS2050HQ-32, по 3 А на канал непрерывно, до 10 А суммарно по всем шести;
• входы — 6× цифровых входов на 48 В;
• диагностика — индикация перегрузки по току и перегрева на канал через светодиоды, плюс обратная связь по I2C к основной плате с указанием, какая микросхема драйвера дала сбой;
• напряжение питания — до 48 В постоянного тока;
• габариты — 61 × 99 × 23 мм. Масса — ~70 г.

Прошивка и открытые исходники#

Прошивка построена на Zephyr RTOS и поддерживает UDS (Unified Diagnostic Services, ISO 14229). Обновление прошивки (DFU) поддерживается и по CAN, и по USB; загрузчик и загрузчик прошивки предустановлены. Компания также предоставляет библиотеку с примерами и демо для CAN, LIN, ADC, DAC, GPIO, UDS и моста CAN-to-USB.

Открытый аппаратный проект размещён в репозитории на GitHub, принадлежащем Mercedes-Benz: там есть файлы проекта в KiCad и Altium, PDF-схемы, исходники прошивки, библиотеки и примеров, а также документация. Работа помечена как «Copyright: Mercedes-Benz AG» и выпущена под лицензией Apache 2.0.

Собрать плату можно самому, но когда автор оригинала искал, где её купить, он вышел на Crowd Supply от Frickly Systems GmbH, которая готовит краудфандинговую кампанию для ARDEP V2 (поэтому цены пока нет). В чём дело?

Оказалось, ARDEP V2 — это совместная работа Frickly Systems GmbH (инженерной фирмы из Штутгарта) и Mercedes-Benz: автопроизводитель размещает проект и использует его в своей открытой исследовательской платформе «FlexCAR Rolling Chassis», а Frickly берёт на себя большую часть инженерных работ.