一、项目概述
以 STM32F103C8T6 为主控，搭配 BQ76920 电池前端芯片，基于 RT-Thread 实时操作系统开发。搭建 CMake + GCC + OpenOCD 交叉编译调试链，采用简易 AUTOSAR 三层架构（ASW/RTE/BSW）实现软硬件解耦。基于 RT-Thread 拆分采集、保护、分析、均衡、通信 5 个独立任务，通过多线程调度保障实时性。SOC 估算以开路电压法标定初始值，结合安时积分与温度补偿算法提升运行精度。依托 BQ76920 与外部中断实现短路、过流、欠压等硬件级毫秒断电保护；采用被动均衡策略，通过软件定时器精准控制电压回升静置时长。基于 CAN 总线实现 BMS 状态上报、电芯数据交互，并集成 UDS 统一诊断服务，支持标准诊断会话切换、数据读取与故障码查询，适配 ECU 标准化运维需求。
二、硬件与技术栈
核心硬件
- 主控芯片：STM32F103C8T6（ARM Cortex-M3 内核，高性价比工业级主控）
- 电池前端芯片：BQ76920（多节锂电池电压采集、硬件保护核心芯片）
- 功能电路：锂电池被动均衡电路、硬件过流 / 短路保护电路
- 交互接口：UART 串口（FinSH 命令行调试、数据交互）、CAN 总线（BMS 数据通信）
核心技术
- 操作系统：RT-Thread（多线程调度、IPC 进程间通信）
- 开发库：STM32 标准库
- 构建体系：CMake + ARM GCC 交叉编译工具链
- 烧录调试：OpenOCD + ST-Link + VS Code Cortex-Debug
- 通信协议：I2C（BQ76920）、UART（FinSH）、CAN（状态上报）、UDS（诊断服务）
- 核心机制：互斥锁、信号量、软件定时器、环形缓冲区
三、系统架构与核心机制
ASW-RTE-BSW 三层架构实现完全解耦。系统拆解为采集、保护、分析、均衡、信息交互 5 个独立线程，通过优先级调度并行运行；互斥锁解决 I2C 总线竞态，信号量实现线程同步与中断唤醒；BQ76920 硬件特性 + 外部中断实现毫秒级断电保护；软件定时器精准控制被动均衡时序，提升均衡效率。
四、核心功能
- 多节锂电状态采集：BQ76920 实时采集单体电压、温度、总电流等参数；
- 高精度 SOC 估算：OCV 校准初始电量，安时积分 + 温度补偿实时计算剩余电量；
- 硬件级安全保护：毫秒级响应短路、过流、过压、欠压，快速断电保护；
- 智能被动均衡：软件定时器控制均衡时序，自动修复单体电压差异；
- FinSH 命令交互：串口命令行实时查询电池状态、配置保护参数；
- CAN 通信交互：支持 BMS 状态上报与电芯电压、温度数据请求/响应；
- UDS 统一诊断服务：集成 ISO 14229 标准诊断协议，支持 DiagnosticSessionControl（0x10）会话切换、ECUReset（0x11）复位控制、ReadDataByIdentifier（0x22）数据读取、WriteDataByIdentifier（0x2E）参数写入、ClearDiagnosticInformation（0x14）故障码清除、ReadDTCInformation（0x19）故障码查询、RoutineControl（0x31）诊断例程执行、TesterPresent（0x3E）会话保持等常用服务；
- ASW-RTE-BSW 三层解耦架构 + RT-Thread 多线程调度，模块化程度高、实时性强；
- OCV + 安时积分 + 温度补偿融合算法，SOC 估算精度高、稳定性强；
- CMake + ARM GCC + OpenOCD + Cortex-Debug 开源工具链，替代 Keil 实现全流程开发。
五、关键难点与解决方案
Keil 工程依赖与调试流程不开放 — 搭建 CMake + ARM GCC 构建体系，配合 OpenOCD、ST-Link 与 Cortex-Debug 实现命令行编译、烧录与在线调试，替代 Keil 完成开发闭环。
外设并发与 CPU 开销优化 — 针对串口 FinSH 命令行高频读取占用 CPU 的问题，设计了"硬件中断 + 环形缓冲区 + 信号量"机制。线程阻塞等待中断信号量唤醒，彻底消除 CPU 轮询开销，实现数据无丢失。
多线程数据竞态保护 — 针对不同任务频繁共享 I2C 总线和底层采集数据，采用互斥锁同步机制，确保并发访问下数据安全性与业务逻辑的时序稳定。
六、应用场景
电动工具电池包、便携式储能电源、工业锂电模组、小型新能源设备、锂电池教学实训平台。