車輛控制系統設計與開發中CAN總線通信實施方法

陳詩桓

（湖南遠望新材料科技有限公司，長沙 410205）

改革開放以來，我國社會經濟獲得飛速發展，人們的收入水平在新的社會背景下得以迅速提升。道路上的車輛數量增多是時代發展的必然結果，隨著新技術的進步，車輛上安裝的電子系統數量越來越多，所以在車輛控制系統優化期間，合理選擇與使用網絡通信技術已經成為必然趨勢[1]。隨著現代汽車制造業發展水平日漸提升，相關配件的研究力度也逐步加大，但配件兼容性不強已經成為行業發展的主要問題之一，不同廠家生產的配件由于不兼容而導致各種故障頻繁發生。在傳統的處理方式下，利用線束展開點對點連接處理已無法滿足汽車技術優化需求，因此控制器局域網絡（Controller Area Network，CAN）總線應運而生。

1 CAN總線概述

1.1 概念

CAN中文名稱為控制器局域網絡，其實質是一種支持分布式控制或實時控制的通信網絡系統，具有良好的串行能力，同時安全性很高，多集中應用在嵌入式控制器通信系統及智能裝置開放式通信系統中。在20世紀80年代，德國博世（BOSCH）公司針對當時的技術發展現狀和行業發展前景展開綜合分析，提出CAN串行通信系統，旨在為汽車電子裝置實現互聯提供技術支撐[2]。自此汽車上的電子系統開始逐漸普及應用，控制單元在車輛上的應用數量日漸增加。當前，汽車工業及控制領域已經廣泛應用CAN技術，同時已經逐漸形成美國機動車工程師學會（Society of Automotive Engineers，SAE）標準和國際標準化組織（International Organization for Standardization，ISO）標準。

1.2 特點

位于總線上的所有節點通過物理層實現數據傳輸，主要包括介質連接、數據的解碼和編碼、線路電氣特性、位定時和同步的實施。BOSCH CAN基本上沒有對物理層作出定義，但是以ISO標準為依據，物理層要有明確的定義。在CAN總線網絡設計期間，物理層選擇余地較大，但要充分確保CAN協議中媒體訪問層非破壞性位仲裁的要求。這就要求在CAN總線中，物理層要具有顯性位和隱性位等狀態特征[3]。在沒有發送顯性位和的總線處于空閑狀態情況下，CAN總線要始終保持隱性狀態；若是有總線上的節點發送顯性位，隱性位會被覆蓋，保持CAN總線處于顯性狀態。

從結構上，物理層可以劃分為物理信號層、物理介質附件層、介質接口層3層。CAN控制器實現物理信號層和數據鏈路層功能，CAN收發器實現物理介質附件層功能，連接器和電纜的特性由介質接口層實現。

1.3 通信協議

CAN總線通信協議的選擇需科學合理，CAN 總線本身可劃分成為擴展信息幀和標準信息幀兩種。通信方式可選取信息幀格式，擴展幀的辨識碼可實現地址空間定義擴展，各位域的定義如下。

第一，SOF。SOF位域的主要作用是標志總線中止空閑狀態，同時保證所有站點都保持同步性。

第二，仲裁域。在通信方式中，前11位要對地址作出識別，同時對標識碼作出定義，RTR位的實質是遠程傳輸請求位，其作用是對數據信息提出要求，此外，IDE可作為拓展信息位。

第三，控制域。控制域共計6位，后期的數據域長度值由DLC得知。

第四，數據域。數據域共計0位到64位，字節數共計8個，其中包含有需要進行傳輸的數據信息。

第五，校驗域。校驗域共計16位，其中包含有1個檢測字，其主要作用是對傳輸錯誤展開自動檢測。

第六，應答域。應答域共計2位，若是其他節點能夠正確接收時，可以在最短時間內發出信號。

第七，EOF。EOF域為結束幀，共計7位，其作用是表示為結束通信。

2 汽車發動機CAN通信設計

2.1 車輛控制系統CAN通信原理

常見車輛的控制系統大體上劃分成為儀表盤控制系統、發動機控制系統、變速器控制系統及制動器控制系統等部分。通過應用CAN總線通信可完成不同控制系統之間的數據傳輸與交換，以此以保證數據信息共享，提升不同控制系統的控制性能[4]。

2.2 CAN通信軟件設計

基于CAN通信原理，倘若汽車發動機在運行期間微處理器尚未集成CAN控制器，此時要根據實際情況適當添加CAN控制器芯片，同時需要完成CAN驅動器安裝。

以MC68376 32位高智能微處理器為例，對CAN控制器發動機電控系統CAN通信設計成果展開分析。CAN通信協議功能實現，TouCAN模塊是極為重要的通信控制器。TouCAN控制器為CAN控制器，TouCAN模塊報文緩沖器數量為16個，所有的緩沖器不僅可以作為發送緩沖器，還可以作為接收緩沖器。另外，為了降低重復請求微處理器的次數，要求所有的報文緩沖器均按照規定獲得具有獨立性的中斷標志位，其主要目的是對成功完成的接收和發送作出指示[5]。

CAN協議要求位定時參數設置時，可選擇TouCAN模塊，利用該模塊能夠協調3個8位寄存器，分別是預分頻寄存器、控制寄存器1和控制寄存器2。在系統中，16個報文寄存器可以對16個數據幀展開合理化處理。在發動機控制設備過程中，每間隔一段時間要將部分數據信息傳輸到總線上。總線上的各個節點可以根據實際情況獲取所需要的數據信息，同時需要將其他控制器傳輸的數據信息作出處理。就信息類數據和命令類數據而言，相應的部件會縮短刷新時間[6]。控制器需要對數據實時重新發送，保證以前的一幀數據信息被即時刷新。就接收數據而言，在系統中多采取中斷的方式，若是數據信息在傳輸期間發生中斷現象，那么便需要在相應的報文寄存器中自動載入接收的數據。與此同時，要求應用濾波屏蔽的方式，通過應用屏蔽濾波寄存器，將事先初始化接收緩沖器時設定的標識符和接收的報文標識符號作出對比，將相符合的報文傳輸進入接收緩沖器，以降低微處理器在對報文實施處理時的負擔[7]。在不同的報文寄存器中放入不同的數據信息能夠比較簡單地判斷接收中斷服務程序時造成中斷的報文。

2.3 CAN通信硬件接口設計

車身控制系統CAN總線節點設計中，獨立CAN通信控制器為SJA1000，CAN總線通信接口收發器為飛利浦公司的82C250。硬件電路包含的零部件設備有微控制器、CAN總線收發器、獨立CAN通信控制器、高速光電耦合器以及CAN總線收發器。微處理器的主要目的是通過對獨立CAN通信控制器展開初始化處理，完成數據信息的發送和接收等各類通信任務[8]。

3 系統配置與實施方法

3.1 系統功能分析

DeviceNet定義了兩種類型的報文：I/O報文和顯示報文。I/O端子信號輸出具有很高的實時性要求，所以適合應用I/O報文。一般情況下，I/O報文使用高優先權的連接標識符，交換信息數據時利用廣播方式或點對點方式完成。連接標識符可以持續提供I/O報文信息，在I/O報文應用連接標識符將信息傳輸出去之前，必須要先設定接收設備和發送設備。顯示報文是一種比較具有特點的請求-響應式通信模式，多被應用在兩個不同設備多個不同用途點之間的報文傳輸活動，最為常見的是配置節點和診斷問題。顯示報文的主要作用集中體現在較低優先權連接標識符的使用方面，同時顯示報文數據幀數據場應包含于報文相關信息中。此外，在報文相關信息中需存在相關對象地址、屬性和執行的服務[9]。

3.2 系統運行檢驗

基于軟件編寫和硬件電路連接完成車身控制系統模型構建，應為系統充電以后實現模型正常運轉作出保證，實現設計的全部功能。在測試時，從后右模塊、左后模塊、右前模塊、左前模塊以及中央控制模塊5個部分完成車身控制系統功能測試。第一，右后模塊測試對象包含有車身右側尾燈、車身右側轉向燈、霧燈、車身右側倒車燈、剎車燈，檢測結果顯示正常。第二，左后模塊測試對象包含車身左側尾燈、車身左側轉向燈、霧燈、車身左側倒車燈、剎車燈，檢測結果顯示正常。第三，右前模塊檢測對象包含有車身右側小燈、車身右側大燈、霧燈、停車燈、轉向燈，檢測結果顯示正常。第四，左前模塊的測試對象包含有車身左側小燈、車身左側大燈、霧燈、停車燈、轉向燈，檢測結果顯示正常。第五，中央控制模塊測試對象包含門鎖、雨刷和車窗，檢測結果顯示正常。

4 結語

通信技術在現代科學技術的支撐下獲得快速發展，無線通信技術是當前通信領域中最具發展價值的新型技術，其未來發展前景廣闊。有機結合無線技術和有線通信技術而形成CAN總線，可以拓展其應用范圍。本文從CAN總線技術和通信協議為基礎，分析CAN總線組成網絡，探究汽車電子控制器之間的信息傳輸，通過簡單分析CAN總線原理和應用，系統地認識可靠運行協議，并且從軟件和硬件展開分析，得知系統的可拓展性強，且分析應用CAN總線通信方法可提升設計與開發車輛控制系統的質量。