CAN總線在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用

潘紹明，蔡啟明，韓峻峰

PAN Shao-ming, CAI Qi-ming, HAN Jun-feng

（廣西工學(xué)院 電子信息與控制工程系，柳州 545006）

0 引言

自上世紀(jì)80年代以后，汽車領(lǐng)域得到了飛速的發(fā)展，而單片機與集成電路都廣泛應(yīng)用于汽車上。防抱死制動裝置、電子燃油噴射裝置、主動懸架、安全氣囊裝置、電控門窗裝置等等這些電子控制單元在汽車上的應(yīng)用也越來越多，但是常規(guī)的布線方式，已經(jīng)不適于飛速發(fā)展的汽車。原始的布線方式為電線一端與開關(guān)連接，另一端與歐諾供電設(shè)備連接，這種連接方式大大增加了電線的數(shù)量，有的重量甚至達(dá)到了60公斤左右，從而使得電線的重量占汽車總比重的4%左右，雖然在一定程度上，電控系統(tǒng)確實確實增加了汽車的經(jīng)濟(jì)型、動力性、舒適性，但是他復(fù)雜的線路將提高維修的難度，也降低了汽車的可靠性。在此環(huán)境的影響下，越來越多人想要運用一種新興的概念——CAN來解決此問題。

1 CAN定義

控制器局域網(wǎng)絡(luò)（Controller Area Network）簡稱為CAN，他的開發(fā)者是德國Bosch公司及幾個半導(dǎo)體生產(chǎn)商，此后，CAN總線協(xié)議，更是成為了國際標(biāo)準(zhǔn)（ISO11898）。目前，全世界有20多家CAN生產(chǎn)商，有110多種CAN總線協(xié)議控制器芯片和集成CAN總線協(xié)議控制器的微處理器芯片。我國CAN總線起步就想汽車起步不如北美和西歐一樣較晚，但是，就目前的趨勢看，CAN總線協(xié)議必是汽車計算機控制系統(tǒng)和嵌入式工業(yè)控制局域網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)總線。CAN通信距離為10km/40Kbps，通信速率為1Mbps/40m，介質(zhì)可以是雙絞線、光導(dǎo)纖維、同軸電纜，作為一種串行多主站控制器局域網(wǎng)總線，他的通訊可靠性、網(wǎng)絡(luò)安全性、實時性都非常高，成本也低廉，很適用一些中小規(guī)模的交通運載工具電氣系統(tǒng)、工業(yè)過程監(jiān)控設(shè)備的互連、電磁輻射強、環(huán)境溫度惡劣、振動大的工業(yè)環(huán)境及汽車計算機控制系統(tǒng)。

2 CAN特點

CAN總線技術(shù)特點：

1）支持分布式控制，實時控制。

2）不分主從，CAN是主站總線，在任何時刻各節(jié)點都可向網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點發(fā)送信息，通信靈活，可以多主方式工作。

3）實時性好，采用非破壞性的獨特的總線仲裁技術(shù)，高優(yōu)先級節(jié)點優(yōu)先傳送數(shù)據(jù)，有效避免總線沖突。

4）CAN采用全局廣播、一點對多點、點對點傳送數(shù)據(jù)功能。

5）短幀結(jié)構(gòu)的采用降低了數(shù)據(jù)出錯率，數(shù)據(jù)傳輸時間短，每幀有效字節(jié)數(shù)最多為8個，有CRC及其它校驗措施，適合在高干擾環(huán)境下使用。

6）一旦出現(xiàn)嚴(yán)重錯誤，可自動脫離或關(guān)閉總線，而其他總線操作不會受影其響。

7）每次擴充石，直接掛新節(jié)點在總線上，改型靈活，系統(tǒng)擴充容易，走線少。

8）CAN總線的最大傳輸速率可達(dá)1Mb/s，直接通信距離最遠(yuǎn)可達(dá)到10km（速率在5kbps以下）。

9）CAN節(jié)點數(shù)在標(biāo)準(zhǔn)幀是可達(dá)110個，擴展幀個數(shù)不限。

10）數(shù)據(jù)傳送方式可分為數(shù)據(jù)廣播式和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)請求式。

供應(yīng)商是根據(jù)使用單位的意見和安全工器具廠家的宣傳來確定的，在安全工器具的采購過程中，經(jīng)常會出現(xiàn)對生產(chǎn)廠家了解不徹底，對工器具的質(zhì)量沒有仔細(xì)的進(jìn)行檢查就購進(jìn)的問題，使得安全工器具的質(zhì)量得不到保證，在使用很容易出現(xiàn)質(zhì)量問題；還有就是安全工器具在使用過程中使用不當(dāng)，不按照安全工器具的要求進(jìn)行使用，例如不系安全帶、不戴安全帽等現(xiàn)象很容易出現(xiàn)傷亡事故。

自CAN總線問世以來，為滿足CAN總線協(xié)議的多種應(yīng)用需要，相繼出現(xiàn)了幾種高層協(xié)議。目前大多數(shù)基于CAN總線的網(wǎng)絡(luò)都采用CAN總線的高層協(xié)議。CANopen、DeviceNet和SDS是通常采用的高層協(xié)議，適用于任何類型的工業(yè)控制局域網(wǎng)應(yīng)照場合，而CAL則應(yīng)用于基于標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用層通訊協(xié)議的優(yōu)化控制場合，SAEJl939則應(yīng)用于卡車和重型汽車計算機控制系統(tǒng)。

3 CAN在汽車領(lǐng)域應(yīng)用

3.1 CAN管理結(jié)構(gòu)

圖1中的發(fā)動機、自動變速器、安全氣囊、ABS系統(tǒng)等都是現(xiàn)代汽車動作的核心部件，對時間響應(yīng)要求嚴(yán)格，因而在本設(shè)計中采用傳輸速率為l000Kbps的高速CAN通信網(wǎng)絡(luò)。空調(diào)控制、雨刷控制、照明控制和儀表管理控制等相對來說對實時性要求較低，采用傳輸速率小于125 Kbps的CAN通信網(wǎng)絡(luò)，主控制器跨接高、低速兩條總線，與各節(jié)點進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，兼起網(wǎng)關(guān)作用，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互連。

圖1 整車系統(tǒng)的CAN管理結(jié)構(gòu)

3.2 硬件架構(gòu)

核心芯片簡介：本文中，CAN系統(tǒng)采用PHILIPS公司高性能8位微處理器P89C668。特點如下：

1）80C51 中央處理單元。

2）64K字節(jié)FLASH 和8K字節(jié)RAM。

3）自帶 串行接口序列。

4）8 個中斷源；4 個中斷優(yōu)先級。

5）IAP（應(yīng)用編程）Flash 存儲器、ISP（系統(tǒng)編程）、Boot ROM 可串口訪問升級下載用戶程序。

6）PWM輸出，捕捉/比較，高速輸出三種工作方式， 5路可編程計數(shù)器陣列PCA。

7）周期12 個時鐘周期下速度高達(dá)33MHz，每個機器周期12 個時鐘周期操作可選， 每個機器周期6 個時鐘周期操作標(biāo)準(zhǔn)。

從處理能力，存儲容量，外圍資源以及網(wǎng)絡(luò)可擴展性方面來評價，P89C668都是一款出色微處理器，適用工控電子等各個領(lǐng)域。尤其是其8K字節(jié)RAM"海量"內(nèi)存，更是許多高速存儲應(yīng)用場合首選。

CAN接口電路：采用技術(shù)成熟應(yīng)用廣泛SJA1000，6N137，P82C250組成接口電路。但是，CAN總線兩端務(wù)必跨接120歐終端電阻。

應(yīng)用/系統(tǒng)編程電路： P89C668FLASH空間0XFC00～0XFFFF燒寫入1K字節(jié)Boot Rom程序， PHILIPS提供編程軟件由串行口通訊就可以實現(xiàn)程序線升級。串行數(shù)據(jù)通訊波特率可達(dá)38400bps。

晶振和復(fù)位電路：復(fù)位電路采用X25045芯片進(jìn)行智能控制。本節(jié)點用到X25405前兩個功能構(gòu)成可靠復(fù)位電路。

開關(guān)/數(shù)字量，模擬量檢測電路：汽車節(jié)點開關(guān)器件特別復(fù)雜和繁多，而電流檢測，水溫油位傳感器信號都是非線性模擬信號，可靠實時對這些開關(guān)/模擬量進(jìn)行檢測成為汽車電子硬件必須解決問題。

圖2 CAN軟件結(jié)構(gòu)

3.3 軟件結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)程序結(jié)構(gòu)分為四個部分：CAN通訊程序（包括應(yīng)用層協(xié)議SJA1000通訊），外圍接口程序（所有檢測芯片和驅(qū)動芯片驅(qū)動），中斷服務(wù)程序（處理開關(guān)信號以及故障報警等消息），主程序（完成系統(tǒng)初始化和任務(wù)調(diào)度，喂狗等）如圖2所示。

4 結(jié)束語

CAN憑借著本身的高性能，越來越受到汽車電子領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，已成為最有主導(dǎo)市場，最有錢去的總線之一。CAN總線是計算機網(wǎng)絡(luò)與工業(yè)控制的產(chǎn)物，對于汽車工業(yè)而言，它的實時性、靈活性、可靠性以及低成本都有著很大的吸引力及市場空間，CAN作為控制器聯(lián)網(wǎng)的手段，已廣泛應(yīng)用于奔馳、雷諾、沃爾沃、大眾、寶馬等知名品牌汽車。據(jù)相關(guān)報道，奇瑞公司已經(jīng)配裝成功國內(nèi)首輛CAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)混合動力轎車，并已投入運行中。POLO汽車、上海大眾的帕薩特也都開始引用此技術(shù)，相信CAN總線技術(shù)將會成為汽車領(lǐng)域發(fā)展的途徑。

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