一种CAN/LIN混合汽车总线结构的研究与设计

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。

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