CAN總線在汽車電子的應(yīng)用與實(shí)現(xiàn)

1汽車電子與CAN總線

隨著汽車電子技術(shù)的不斷發(fā)展，汽車上各種電子控制單元的數(shù)目不斷增加，連接導(dǎo)線顯著增加，因而提高控制單元間通訊可靠性和降低導(dǎo)線成本已成為迫切需要解決的問(wèn)題。為此以研發(fā)和生產(chǎn)汽車電子產(chǎn)品著稱的德國(guó)BOSCH公司開發(fā)了CAN總線協(xié)議，并使其成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)（ISO11898）。1989年，Intel公司率先開發(fā)出CAN總線協(xié)議控制器芯片，到目前為止，世界上已經(jīng)擁有20多家CAN總線控制器芯片生產(chǎn)商，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。在北美和西歐，CAN總線協(xié)議已經(jīng)成為汽車計(jì)算機(jī)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，并且擁有以CAN為底層協(xié)議專為大型貨車和重工機(jī)械車輛設(shè)計(jì)的J1939協(xié)議。我國(guó)的汽車CAN總線技術(shù)起步較晚，但隨著現(xiàn)代汽車電子的不斷進(jìn)步發(fā)展，其研究和應(yīng)用正如火如荼的進(jìn)行中。CAN總線是一種串行多主站控制器局域網(wǎng)總線，是一種有效支持分布式控制或?qū)崟r(shí)控制的串性通訊網(wǎng)絡(luò)。CAN總線的通信介質(zhì)可以是雙絞線，同軸電纜或光導(dǎo)纖維，通信速率可達(dá)1Mbps/40m，通信距離可達(dá)10km/40Kbps。由于其通信速率高，可靠性好以及價(jià)格低廉等特點(diǎn)，使其特別適合中小規(guī)模的工業(yè)過(guò)程監(jiān)控設(shè)備的互連和交通運(yùn)載工具電氣系統(tǒng)中。

CAN總線有如下基本特點(diǎn)：

廢除傳統(tǒng)的站地址編碼，代之以對(duì)通信數(shù)據(jù)塊進(jìn)行編碼，可以多主方式工作；
采用非破壞性仲裁技術(shù)，當(dāng)兩個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)向網(wǎng)絡(luò)上傳送數(shù)據(jù)時(shí)，優(yōu)先級(jí)低的節(jié)點(diǎn)主動(dòng)停止數(shù)據(jù)發(fā)送，而優(yōu)先級(jí)高的節(jié)點(diǎn)可不受影響繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)，有效避免了總線沖突；
采用短幀結(jié)構(gòu)，每一幀的有效字節(jié)數(shù)為8個(gè)，數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間短，受干擾的概率低，重新發(fā)送的時(shí)間短；
每幀數(shù)據(jù)都有CRC校驗(yàn)及其他檢錯(cuò)措施，保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)母呖煽啃?，適于在高干擾環(huán)境下使用；
節(jié)點(diǎn)在錯(cuò)誤嚴(yán)重的情況下，具有自動(dòng)關(guān)閉總線的功能，切斷它與總線的聯(lián)系，以使總線上其他操作不受影響；
可以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)，一對(duì)多及廣播集中方式傳送和接受數(shù)據(jù)。

現(xiàn)代汽車典型的控制單元有電控燃油噴射系統(tǒng)，電控傳動(dòng)系統(tǒng)，防抱死制動(dòng)系統(tǒng)（ABS），防滑控制系統(tǒng)（ASR），廢氣再循環(huán)系統(tǒng)，巡航系統(tǒng)和空調(diào)系統(tǒng)，車身電子控制系統(tǒng)（包括照明指示和車窗，刮雨器等）。完善的汽車CAN總線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

2CAN節(jié)點(diǎn)硬件構(gòu)架

核心芯片：

選用PHILIPS公司的高性能8位微處理器P89C668。其突出特點(diǎn)如下：

80C51中央處理單元；
內(nèi)置可ISP（在系統(tǒng)編程）和IAP（在應(yīng)用編程）的Flash存儲(chǔ)器，BootROM可通過(guò)串口訪問(wèn)從而升級(jí)下載用戶程序；
每個(gè)機(jī)器周期6個(gè)時(shí)鐘周期操作標(biāo)準(zhǔn)，每個(gè)機(jī)器周期12個(gè)時(shí)鐘周期操作可選，周期12個(gè)時(shí)鐘周期下速度高達(dá)33MHz；
8K字節(jié)RAM和64K字節(jié)FLASH；
4個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)，8個(gè)中斷源；
自帶串行接口序列；
5路可編程的計(jì)數(shù)器陣列PCA（PWM輸出，捕捉/比較，高速輸出三種工作方式）。
無(wú)論從處理能力，存儲(chǔ)容量，還是外圍資源以及網(wǎng)絡(luò)可擴(kuò)展性方面來(lái)評(píng)價(jià)，P89C668都是一款出色的微處理器，適用工控電子等各個(gè)領(lǐng)域。尤其是其8K字節(jié)RAM的"海量"內(nèi)存，更是許多高速存儲(chǔ)應(yīng)用場(chǎng)合的首選。

CAN接口電路：

采用技術(shù)成熟應(yīng)用廣泛的SJA1000（CAN控制器），6N137（光電隔離），P82C250（CAN收發(fā)器）組成接口電路。需要指出的是，CAN總線（CANH,CANL）兩端務(wù)必跨接120歐的終端電阻。SJA1000中斷引腳接CPU的外中斷0引腳