斯坦福太阳能汽车项目(SSCP)

 
 
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源起于一个挑战:在一年内设计并建造一辆太阳能动力赛车

斯坦福太阳能汽车项目(SSCP)是由学生自发组织的非盈利组织,他们受到对环境可持续技术的热情和一项伟大挑战的驱动。团队成员设计、建造并参加世界太阳能挑战赛(World Solar Challenge),这是一项每两年在澳大利亚内陆进行的跨越大陆的比赛(大约2000英里)。汽车必须全部能量来源于太阳能,或者通过汽车动能回收。太阳能汽车团队面临的最复杂问题之一是如何从电力电子设备中获得最佳效率,并实时收集来自轮胎、光电阵列、电池和悬架等系统的数据,以便在比赛中实时检测问题。

在2011年的比赛中,斯坦福太阳能汽车项目(SSCP)的“Xenith”赛车参与了来自21个国家的37支车队的竞争,最终在其组别中排名第四,总体排名第十一。Xenith赛车的电气系统采用基于STMicroelectronics的STM32® ARM® Cortex™-M微控制器(MCU)的控制系统。Xenith的电气系统包括约20个子系统,涵盖从复杂的电力电子设备,如最大功率点跟踪器,到低功耗的轮毂无线压力传感器等。该项目具有挑战性,尤其是考虑到SSCP的成员通常是本科生,其工程背景有限,他们在参与车辆制作过程中逐步积累知识。此外,项目的时间安排也是一大挑战。“我们的工作周期非常紧凑,”计算机科学专业的高年级学生格雷戈里·霍尔说道,“一旦规则出台,你就只有不到一年的时间来设计和建造你的赛车。”

引入IAR Embedded Workbench工具,升级基础设施

 

在2011年的比赛结束后,车队利用短暂的停机时间进行基础设施升级。今年,车队转而使用IAR Embedded Workbench编译器和调试器工具套件来开发2013年的赛车并维护2011年的赛车。霍尔解释了车队在选择IAR开发工具时所考虑的标准:“你关心的是一个工具集是否易于使用且开发速度非常快。很多工具集可能有调试套件,但如果有长时间的暂停,并且步进代码的时间需要一个小时而不是五分钟,那就是一个非常大的差异。”在评估了IAR开发工具之后,霍尔补充道:“我们印象非常深刻。我们想要一个稳定易用且调试速度非常快的工具集。IAR Embedded Workbench几乎就像桌面调试一样,或者至少在嵌入式世界中是我找到的最接近的工具。”

在如此紧张的设计时间表下,另一个重要的标准是设计工具是否易于学习,而在这方面,IAR Embedded Workbench也表现出色。“它的启动速度非常快,”霍尔说道。“从我最初下载到将项目从不同的工具集转移到IAR Embedded Workbench并进行调试,大约花了一个小时四十五分钟。这一过程非常简单且快速。”solar_small

 

IAR 的几款开发工具特别受到车队青睐。通过IAR Embedded Workbench软件,代码中的printf调用通过编程器传输到内置控制台窗口,创建了一种最简便且轻量的调试工具之一。IAR Embedded Workbench还提供了针对SSCP使用的实时操作系统FreeRTOS的调试支持。FreeRTOS提供多线程和线程安全队列,使车队能够更清晰地封装代码并在汽车上的其他板块之间集成模块。然而,这种能力的反面是调试可能变得更加复杂。幸运的是,IAR Embedded Workbench监控正在运行的线程和队列的状态,并在调试视图中提供这些信息。车队对工具在编译器代码警告方面的表现也印象深刻,这些警告揭示了在测试中被团队忽略的问题,而之前使用的编译器也未能发现。

霍尔还指出,尽管许多其他工具供应商使用GCC开源编译器,IAR 为嵌入式开发编写了自己的编译器,提供了有价值的编译器标志,如能够开启更严格的C标准,适用于实时、高可靠性或安全关键应用。“我们有时会编写一些这样的代码,所以我们发现这非常有用,”霍尔解释道,“而且他们的编译器性能更好,所以很高兴不用花时间优化你的代码,因为你的编译器已经为你做了。”

作为基于STM32系列微控制器的20多个子系统的基础,IAR与STMicroelectronics的密切合作也是车队选择其工具套件的关键因素。尽管SSCP的传统硬件使用STM32 F1芯片,但将参加2013年世界太阳能挑战赛的汽车则完全采用STM32 F4设备。车队对IAR能够迅速推出编译器和寄存器更新,以支持这些新芯片的速度印象深刻,比之前的工具供应商快了四到五个月的时间响应更新。

SSCP毕业生在行业中的技能应用

自1989年以来,斯坦福太阳能汽车项目已经培养了九代屡获殊荣的车辆。从SSCP毕业的成员们走向了一些当今最尖端的技术和公司,如特斯拉汽车和Nanosolar公司,从事的领域包括癌症治疗研究和软件营销等各种各样的领域。由于车队每次只生产一辆汽车,他们常常在生产汽车中看到之前就使用创新的新技术。例如,车队二十多年来广泛使用碳纤维,并且自21世纪初就开始在其电池组中使用锂离子电池,这比它们出现在生产车辆中早了五年以上。

前车队成员利用他们在SSCP中首次开发的许多技能。随着成员们毕业并进入行业,IAR对最广泛的硅片和操作系统供应商的支持将使他们能够将这些经验直接应用于公司项目,无论平台如何。

在IAR等行业领导者的支持下,斯坦福太阳能汽车项目可以获得一些当今最创新的技术,帮助他们为未来创造解决方案。关于IAR Embedded Workbench,霍尔表示:“我们面临着艰巨的任务,但现在我们拥有了最好的工具来完成它。”