一種基于CAN總線的車輛虛擬儀表數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計

　　頻率信號處理模塊完成對捕獲端口頻率的測量，其基本思想是：在被測信號的一個周期時間內(nèi)，2次脈沖下降沿分別啟動和停止定時器T2計數(shù)，兩次計數(shù)值之差的倒數(shù)即為頻率值，本模塊只需計算差值，頻率值由上位機解算。

　　3.1 CAN控制器編程

　　本系統(tǒng)軟件設(shè)計的一個難點在于關(guān)于CAN的編程。本系統(tǒng)處理的CAN程序模塊有：CAN初始化子程序、CAN中斷程序和CAN數(shù)據(jù)收發(fā)子程序。

　　CAN 是Controller Area Network 的縮寫，是國際標(biāo)準(zhǔn)化的串行通信協(xié)議。在當(dāng)前的汽車產(chǎn)業(yè)中，出于對安全性、舒適性、方便性、低公害、低成本的要求，各種各樣的電子控制系統(tǒng)被開發(fā)了出來。由于這些系統(tǒng)之間通信所用的數(shù)據(jù)類型及對可靠性的要求不盡相同，由多條總線構(gòu)成的情況很多，線束的數(shù)量也隨之增加。為適應(yīng)"減少線束的數(shù)量"、"通過多個 LAN,進行大量數(shù)據(jù)的高速通信"的需要，1986 年德國電氣商博世公司開發(fā)出面向汽車的CAN 通信協(xié)議。此后，CAN 通過ISO11898 及ISO11519 進行了標(biāo)準(zhǔn)化，現(xiàn)在在歐洲已是汽車網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。

　　CAN總線的基本特點：

　　*CAN協(xié)議廢除了傳統(tǒng)的站地址編碼，采用數(shù)據(jù)通信數(shù)據(jù)塊進行編程，可以多主方式工作。

　　*CAN采用非破壞性仲裁技術(shù)，當(dāng)兩個節(jié)點同時向網(wǎng)絡(luò)上傳送數(shù)據(jù)時，優(yōu)先級低的節(jié)點主動停止數(shù)據(jù)發(fā)送，而優(yōu)先級高的節(jié)點可不受影響地繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)，有效避免了總線沖突。

　　*CAN采用短幀結(jié)構(gòu)，每一幀的 有效字節(jié)為8個(CAN技術(shù)規(guī)范2.0A)，數(shù)據(jù)傳輸時間短，受干擾的概率低，重新發(fā)送的時間短。

　　*CAN的每幀數(shù)據(jù)都有CRC效驗及其他檢錯措施，保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)母呖煽啃裕m于在高干擾環(huán)境中使用。

　　*適用于現(xiàn)場設(shè)備與儀表之間或者與其上位設(shè)備間的通信網(wǎng)絡(luò)，可以統(tǒng)一組態(tài)，相互操作，控制功能分散到最底層。

　　*CAN節(jié)點在錯誤嚴重的情況下，具有自動關(guān)閉總線的功能，切斷它與總線的聯(lián)系，以使總線上其它操作不受影響。

　　*CAN可以點對點、一點對多點(成組)及全局廣播集中方式傳送和接受數(shù)據(jù)

　　*CAN總線直接通訊距離最遠可達10km/5Kbps,通訊速率最高可達1Mbps/40m.

　　*采用不歸零碼(NRZ-Non-Return-to-Zero)編碼/解碼方式，并采用位填充(插入)技術(shù)。

　　CAN控制器是以CPU存儲器映像外圍設(shè)備出現(xiàn)的。P80C592的CPU與CAN控制器之間的數(shù)據(jù)傳輸通過4個特殊功能寄存器來實現(xiàn)，即： CANADR、CANCON、CANSTA和CANDAT,通過這四個特殊功能寄存器，CPU可以訪問CAN控制器內(nèi)部的任一寄存器(地址為0~29)和 DMA邏輯。表1給出了這四個SFR的功能簡述，其中CANCON和CANSTA的讀寫操作含義不同。

　　表1 SFR功能簡述

　　CAN控制器初始化(圖4)是CAN通信中一個非常重要的子程序，程序是否合理將直接影響整個通信過程。CAN控制器的初始化首先必須通過置位 CAN控制寄存器的"復(fù)位請求"位，置位"復(fù)位請求"并不影響正在進行的一個收發(fā)作業(yè)，特別需要注意的是，只有當(dāng)復(fù)位請求被置位時，CAN內(nèi)部地址為 4-8的寄存器方可被訪問，在復(fù)位操作結(jié)束后必須將該位置0以保持所進行的設(shè)置并使CAN返回工作狀態(tài)。

　　圖4 CAN通信中一個重要的子程序

　　P80C592和其在片CAN控制器都具有中斷寄存器，必須注意兩者的區(qū)別。CAN中斷子程序(圖5)首先讀CAN中斷寄存器(IR)以判斷中斷類型，據(jù)此轉(zhuǎn)入相應(yīng)的操作。如果接收緩存器滿而另一個報文的首字節(jié)又需要被存儲時，數(shù)據(jù)超限位被置位，此時應(yīng)清除超限并釋放接收緩存，然后重新發(fā)送數(shù)據(jù)請求。在數(shù)據(jù)接受子程序中當(dāng)數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)入RAM區(qū)后，應(yīng)及時釋放接受緩存器，以便為接收下一幀數(shù)據(jù)做好準(zhǔn)備。

　　圖5 CAN中斷子程序

　　數(shù)據(jù)發(fā)送子程序見圖6.CAN控制器向總線發(fā)送數(shù)據(jù)時，首先將在片主RAM中數(shù)據(jù)存放的首地址寫入CANSTA,然后讀取CANSTA.6的值(讀 CANSTA的操作其實是對CAN控制器內(nèi)部狀態(tài)寄存器的讀操作，CANSTA.6是錯誤顯示位，當(dāng)至少有一個總線錯誤計數(shù)器計數(shù)達到CPU告警極限時，該位將被CAN控制器置位。)，若檢測出錯，則執(zhí)行CAN初始化子程序，若正常，則繼續(xù)檢測接收狀態(tài)和發(fā)送緩沖器狀態(tài)，若發(fā)送條件滿足則在CANADR中寫入發(fā)送緩存器地址并置位DMA控制位，DMA傳送隨即被啟動，數(shù)據(jù)場由RAM拷貝到發(fā)送緩存器，置發(fā)送請求位后數(shù)據(jù)開始發(fā)送。

　　4 結(jié)語

　　用高性能的P80C592和AD1674A數(shù)據(jù)采集模塊組成車輛環(huán)境數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具有較高的性價比，目前該系統(tǒng)已投入試用階段，運行狀況良好。 CAN總線非常適合分布式控制或適時控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)，本課題只涉及了數(shù)據(jù)采集，如果在此基礎(chǔ)上擴展車輛輔助控制和重要數(shù)據(jù)備份功能，系統(tǒng)將會有更廣闊的應(yīng)用前景。