一种CAN/LIN混合汽车总线结构的研究与设计

2017-12-11 09:01卢军赵熠聂向前黄海波车凯蒋伟荣
电脑知识与技术 2017年31期
关键词:CAN总线

卢军 赵熠 聂向前 黄海波 车凯 蒋伟荣

摘要:该文以飞思卡尔MCU9S08DZ60为主控芯片,完成多路CAN/LIN节点之间的相互通信。系统模拟了汽车上的总线通信功能。例如,发动机转速、油门踏板、仪表等。最后,通过对CAN/LIN信号结果的测试和分析,验证CAN/LIN混合网络的可行性,完成了CAN/LIN混合网络通信。

关键词:CAN总线;LIN总线;混合总线結构

中图分类号:TP393 文献标识码:A 文章编号:1009-3044(2017)31-0020-02

CAN是在汽车上应用最广泛的网络,而LIN是近几年出现的一种低成本汽车网络,两者在实际应用中不是竞争关系而是互补关系,CAN/LIN混合网络能够在不影响网络性能的前提下降低网络成本。因此,针对此两类总线进行应用研究在目前有很大的意义。

1 CAN/LIN总线结构

由于CAN和LIN是不同的网络协议,两者之间的通信需要网关(gateway)来完成。汽车网关是汽车上连接异型网络的接口装置,能在OSI参考模型的物理层、数据链路层和应用层上对双方不同的协议进行翻译和解释 。网关主要“处理”有关下面三部分的内容:从第一个网络读取所接收的信息,翻译信息,向第二个网络发送信息。如果有必要,这个处理过程应该是可逆的,亦即双向的通信。CAN/LIN网关的模型如图1所示。

2 CAN/LIN总线硬件设计

2.1 CAN/LIN网关硬件结构

CAN/LIN网关把CAN总线和LIN总线连接起来,需要完成CAN通信、LIN通信功能,是CAN、LIN总线之间的桥梁。本设计中网关的硬件原理框图如图2所示。

2.2 CAN总线收发器TJAl050

由于CAN控制器已经集成在DZ60芯片内部,所以CAN电路的设计仅需再添加一个收发器电路即可。在协议控制器中通过一条串行数据输出线TxD和一条串行数据输入线RxD连接到收发器,而收发器则通过它的两个有差动接收和发送能力的总线终端CANH和CANL连接到总线线路。CAN总线收发器选用Philips公司的TJAl050 。TJAl050完全符合ISO l 1898标准,支持CAN的高速率收发,最高可达1Mbit/s,电磁辐射极低,电磁抗干扰性极高,至少可连接110个节点。TJAl050输入级和3.3V以及5V的器件兼容,这一点对汽车中越来越多的低于5V的器件应用来说是相当必要的,因此,DZ60与TJAl050之间无须再附加电压转换电路,能够直接连接。

2.3 LIN总线收发器TJAl020

LIN总线收发器选用Philips公司的TJAl020。TJAl020的波特率最高可达20Kbit/s,具有低电磁辐射的高电磁抗干扰的特性,可连接16个LIN节点。TJAl020输入级电平和3.3V以及5V的器件兼容,因此DZ60与TJAl020之间无须再附加电压转换电路,能够直接连接 。LIN总线另外需要一个12V的电压(图3-5中的V??BAT)作为LIN总线电平信号电源。TJAl020的工作模式分为睡眠、待机、正常斜率模式和低斜率模式四种,可以达到节电或减少电磁辐射干扰的目的。

3 CAN/LIN总线软件设计和测试

下面分别对CAN发送函数和LIN发送函数进行设计分析。

3.1 CAN发送函数

发送函数CANSendData(eCANNUM CanNum,INT32U Cmd,stcRxBUF+RxBuf)与接收函数正好相反,简单地说就是向发送寄存器写入要发送的数据,然后启动发送。CAN中为了提高大量数据发送的效率,每个CAN控制器配有三个独立的发送缓冲寄存器,发送时要根据实际情况判断哪个缓冲是空闲的,再把数据写入。CAN在启动发送前需要指定具体的发送缓冲和发送命令字。发送流程如图3所示。

3.2 LIN发送函数

发送函数根据情况发送报文头到总线上,然后根据需要发送0、2、4、8字节数据到总线上。其处理的流程如图4所示。

3.3 波形测试

CAN和LIN的波形如图5所示,图5(a)是CAN波形图,图5(b)图是LIN波形图。

通过对通信网络的测试与开发,为了实现通信网络的稳定传输必须注意以下几项:

(1) CAN总线上所有的节点的帧类型,位速率必须设置一致。

(2) CAN总线报文信息只有在CAN节点连接到CAN总线网络上,才能发送出去,否则将产生错误中断,但与网络中是否有符合的标识符ID节点无关。

(3) CAN总线两端应该接有两个120欧的电阻,这对于匹配总线阻抗起着相当重要的作用,忽略掉它们会使数据通信的抗干扰性及可靠性大大降低,甚至无法通信。

(4) LIN收发器TJA1020做主机应用时,必须通过串联的外部电阻和二极管将引脚INH或引脚BAT与引脚LIN进行连接,主机端电阻为1K。从测试结果看,在长时间的通讯中,网络的通信都能保证100%的正确率。

可以验证CAN/L工N网关通信的可靠性较高。而数据传输时间的测量结果,证明通信网络的实时性是符合系统要求的。这说明,本课题构建的CAN/LIN混合通信网络在电梯系统的应用是合理和成功的。

4 总结

由于汽车上各种电子单元千差万别,目前还不能出现一个单一的网络将所有的汽车电子单元连接起来。本课题研究的是汽车上中低端的控制网络CAN和LIN的组网技术,目的是在汽车上组建一个实用的CAN/LIN混合网络,以便将来在其上方便的开发众多的电子控制单元。在课题研究期间,还针对两个具体的项目进行了CAN,LIN混合网络应用方面的研发,进一步完善了对CAN,LIN混合网络组网技术的研究。对汽车上总线通信进行研究,以及对基于总线的电子控制单元的研究,无疑对中国汽车工业是有一定促进意义的。

参考文献:

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