基于CAN總線在車載系統(tǒng)中的應用

1 引言

CAN(Controller Area Network)即控制器局域網(wǎng)絡(luò)，它是德國波許(Bosch)一公司從20世紀80年代初開始，為解決當代汽車中日益增多的控制與測試儀器之間的數(shù)據(jù)交換而開發(fā)的一種能有效支持分布式控制或?qū)崟r控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)代汽車安全性、舒適性及環(huán)保要求的不斷提高，因此，本課題著眼于其發(fā)展的現(xiàn)狀，通過 CAN總線和外設(shè)傳感器的應用，保證了車載系統(tǒng)和外圍電路更好的通信，最大程度的保證了車輛的安全。

2 總體結(jié)構(gòu)

本課題旨在通過對CAN總線的研究，保證車身與外圍擴展電路正常的通信。經(jīng)過分析比較，確定實行方案，并加以驗證。

整個系統(tǒng)是將溫度、加速度，還有TTS、GPS的數(shù)據(jù)經(jīng)過AT90CAN128進行處理，通過轉(zhuǎn)發(fā)器，一并發(fā)到CAN總線上，然后，接收端(CAN轉(zhuǎn)串口232)將接到的數(shù)據(jù)通過串口發(fā)到車載平臺上，對數(shù)據(jù)進行處理。同理，車載平臺發(fā)送的命令也會經(jīng)過CAN總線傳回控制器，對外圍設(shè)備進行控制(數(shù)據(jù)的逆向傳輸)。

系統(tǒng)原理如圖1所示：

圖1系統(tǒng)原理

2.1硬件設(shè)計

1) AT90CAN128做主控制器，它是ATMEL公司生產(chǎn)帶有一個CAN的控制器，CAN控制器集成了CAN協(xié)議的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的功能，可完成對數(shù)據(jù)的成幀處理，包括位填充、數(shù)據(jù)塊編碼、循環(huán)冗余校驗和優(yōu)先級判別等功能。符合CAN2.OA和CAN2.OB協(xié)議規(guī)范，支持標準幀和擴展幀的接收和發(fā)送。

2) ATA6660也是ATMEL公司的新型高速度的CAN總線收發(fā)器。這種新產(chǎn)品采用了ATMEL公司的0.8微米BCDMOS處理技術(shù)，可滿足45伏特電壓甚至更為苛刻環(huán)境中的應用。ATA6660是為不同工作模式下高速差動數(shù)據(jù)傳輸(如工業(yè)和汽車制造上的應用)而專門設(shè)計的。針對高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨?，波特率可以調(diào)整到1 Mbaud。與國際高速CAN數(shù)據(jù)通訊標準ISO11898完全兼容。

2.1.1 CAN控制器的數(shù)據(jù)接收

首先，選定CAN控制器的MOB0模式，設(shè)定自動增量，初值為0。再使CANSTMOB的RXOK置1，從而使CAN控制器處于接收數(shù)據(jù)狀態(tài)，接收一個數(shù)據(jù)后，清接收中斷標志。

2.1.2 CAN控制器的數(shù)據(jù)發(fā)送

需要先關(guān)中斷的標志，其次裝載消息數(shù)據(jù)，并把CAN控制器設(shè)置為發(fā)送狀態(tài)，待數(shù)據(jù)發(fā)送完后。再把全局中斷寄存器CANGIE設(shè)置為接收使能。

CAN總線收發(fā)器的原理圖為圖2：

圖2 CAN總線收發(fā)器的原理圖

2.1.3 RS232-CAN總線轉(zhuǎn)換器

帶有RS232接口的數(shù)據(jù)操作站可以通過RS232接口接入，實現(xiàn)與CAN智能模塊的信息通訊，完成操作命令的下發(fā)及智能模塊實時數(shù)據(jù)、運行狀態(tài)的采集。

RS232-CAN總線轉(zhuǎn)換器原理圖為圖3：

圖3 RS232-CAN總線轉(zhuǎn)換器原理圖

2.2軟件設(shè)計

2.2.1 AT90CAN128的初始化

AT90CAN128的初始化是在復位模式下進行，初始化主要包括工作方式的設(shè)置、接收濾波方式的設(shè)置，接收屏蔽寄存器ARM和接收代碼寄存器ACR的設(shè)置.波特率參數(shù)的設(shè)置和中斷允許寄存器IER的設(shè)置等，在完成AT90CAN128的初始化設(shè)置以后，AT90CAN128回到工作狀態(tài)進行正常的通訊任務。

CAN總線初始化的流程圖為圖4：

圖4 CAN總線初始化的流程圖

下面給出了CAN初始化程序。

CANGCON=0x01 //CAN硬件reset

CANGIE=0xB0; //允許除定時器溢出外的所有中斷(如接收、發(fā)送中斷)

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CANEN2=0x03;

CANEN1=Ox00; //Mob0、Mob1選通，Mob2-14禁止

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CANIE2=0x03;

CANIEl=Ox00; //Mob0、Mob1允許中斷，Mob2-14禁止中斷

CANHPMOB=0x10 //Mob()具有最高優(yōu)先級

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CANBT1=0x7E;

CANBT2=Ox6E;

CANBT3=Ox7F;

CANTCON=OxFF： .//波特率設(shè)置為10.000kHz

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CANPAGE=0xOO：//選通Mob0

CANSTMOB=0： //狀態(tài)寄存器清零

CANCDMOB=Ox01;//DLC選擇lbyte

CANCDMOB I=0x80;//允許接收

CANGCON I=0x02;//選擇使能模式

2.2.2 CAN總線收發(fā)器設(shè)計

此系統(tǒng)選用了ATMEL公司的AT90CAN128芯片作為CAN總線控制器，通過對其相應寄存器的配置，并與ATA6660CAN總線收發(fā)器配合，便可實現(xiàn)對CAN總線的操縱。

AT90CAN128兼容CAN2.0A和CAN2.OB規(guī)范，提供了從MOBO到MOBl4共15組MOB，每個MOB都有獨立的ID和ID接收過濾碼，可看作CAN總線上的獨立器件進行控制。

2.2.3中斷處理

在CAN收發(fā)數(shù)據(jù)中，最霞要的就是中斷處理過程。

為了保證總線轉(zhuǎn)換過程中不產(chǎn)生丟包現(xiàn)象，在此設(shè)計中。CAN與RS232的接收均采用中斷形式，并設(shè)計了兩個軟件F1-FO分別做為CAN和RS232的緩沖，在中斷處理中將數(shù)據(jù)壓入FIFO，減少了中斷服務程序所占用的時間。使系統(tǒng)中斷后能迅速恢復并準備接收下一數(shù)據(jù)。當總線空閑時，轉(zhuǎn)換器再將FIFO 中的數(shù)據(jù)以硬件中斷形式依次發(fā)出。由于CAN總線數(shù)據(jù)采用的是短幀結(jié)構(gòu)，不會長時問占用總線，所以這樣做不會對總線的實時性產(chǎn)生很大影響。