基于CAN/LIN總線的車身網(wǎng)絡控制系統(tǒng)設計

　　摘要：隨著汽車電子技術及網(wǎng)絡技術的不斷發(fā)展，汽車上的電子設備越來越多，人們對汽車安全性、可靠性的要求也越來越高，為解決由汽車電子元器件的增加而帶來的通信問題，要求采用一種高速、多路、共享的汽車通信網(wǎng)絡，文章主要從車身網(wǎng)絡控制系統(tǒng)方面介紹了CAN總線的應用。
　　關鍵詞：CAN/LIN總線；總線網(wǎng)絡設計；CAN/LIN總線軟硬件設計
　　
　　一、CAN/LIN總線介紹
　　1.CAN總線
　　20世紀80年代末，德國BOSCH（博世）公司為解決現(xiàn)代汽車中眾多控制單元、測試儀器之間的實時數(shù)據(jù)交換，提出最初用于汽車電子裝置互聯(lián)的控制器局域網(wǎng)——CAN串行通信總線系統(tǒng)，之后被汽車行業(yè)和控制領域廣泛應用，已成為國際標準（ISO11898）。到目前為止，世界上已擁有20多家CAN總線控制器芯片生產商，110多種CAN總線協(xié)議控制器芯片和集成CAN總線協(xié)議控制器的微控制器芯片。
　　CAN總線由于采用了獨特的設計和新的技術，與一般的通信總線相比，具有突出的可靠性、實時性和靈活性。CAN采用多主工作方式，成本低，且具有極高的總線利用率；CAN總線具有可靠的錯誤處理和檢錯機制，采用短幀結構，傳輸時間短，受干擾的概率低；采用非破壞性總線仲裁技術，節(jié)點在錯誤嚴重的情況下具有自動退出功能。
　　2.LIN總線
　　1998年，Audi、Motorola、BMW、DaimlerChrysler、VCT、Volvo和Volkswagen七家公司聯(lián)合提出了新型A類總線——LIN（Local Interconnect Network）。LIN是一種低成本短距離的低速網(wǎng)絡，旨在傳送開關設置和傳感器輸入等狀態(tài)的變化，并對這種變化做出響應，因此它只適用于對傳送時間要求不高的低速事件，并不適用于發(fā)動機控制等高速事件。
　　LIN總線成本低，基于通用的UART/SCI接口，LIN的傳輸速率可高達20Kb/s，總線長度最大可以達到40m；采用單主多從模式，不需要總線仲裁；在從節(jié)點中不需要晶體振蕩器和陶瓷振蕩器時鐘就能實現(xiàn)自同步；可預先計算確定性信號的傳播時間；無需改變LIN從節(jié)點的硬件和軟件就可以在網(wǎng)絡上增加或刪除節(jié)點等等。
　　二、整車系統(tǒng)通信網(wǎng)絡設計
　　因汽車上各種電器對網(wǎng)絡信息傳輸延遲敏感性差別很大，整車系統(tǒng)通信網(wǎng)絡以CAN總線為主，LIN總線為輔，其中發(fā)動機控制器、自動變速器控制器、ABS控制器、安全氣囊控制器等之間協(xié)調關系所要求實時性很強，需要采用高速CAN總線，其傳輸速率高達500kbps～1Mbps；而空調控制、儀表控制、雨刷控制、門窗控制、前后車燈開關、車門開閉、座位調節(jié)等簡單事件對信息傳輸延遲要求要寬松得多（傳輸延遲允10ms-100ms），可采用低速LIN總線，其傳輸速率為20kbps。
　　低速LIN總線對信息傳輸?shù)膶崟r性要求不高，但子系統(tǒng)數(shù)量較多，將這些低速子系統(tǒng)與高速子系統(tǒng)分開，有利于保證高速子系統(tǒng)的實時性，同時還可以降低成本。因為CAN和LIN總線相互獨立，通過主控制器（CAN/LIN網(wǎng)關）即可進行數(shù)據(jù)共享和數(shù)據(jù)交換。主控制器也是整車管理系統(tǒng)的核心，它的主要功能就是分析處理各種信息并發(fā)出指令，還起到協(xié)調汽車各個控制單元及電器設備工作的作用。
　　三、CAN/LIN總線硬件設計
　　1.CAN/LIN總線接口設計
　　CAN網(wǎng)絡中有很多的CAN節(jié)點，CAN節(jié)點就是車上的各種控制器單元（ECU），它們通過一個CAN接口網(wǎng)關實現(xiàn)CAN網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)通信。通過CAN/LIN總線的接口，CAN、LIN數(shù)據(jù)通過中央控制器可以相互轉換，當LIN數(shù)據(jù)幀需要傳輸?shù)紺AN網(wǎng)絡時，控制器網(wǎng)關收到LIN總線數(shù)據(jù)幀后就會將LIN標志符轉換成CAN標志符，這樣數(shù)據(jù)就從LIN總線傳輸?shù)搅薈AN總線，反之數(shù)據(jù)也可以從CAN總線傳輸?shù)絃IN總線。CAN/LIN總線接口設計如下圖所示：
　　目前的發(fā)展趨勢是把CAN接口、發(fā)送/接收器與微控制器集成到一個芯片上，也就是單芯片CAN節(jié)點。例如：一個芯片加上一點輔助電路構成的控制單元，這種結構比較適合功能較簡單的控制單元。
　　2.CAN通信網(wǎng)絡硬件設計
　　圖3為CAN總線通信接口卡電路原理圖，系統(tǒng)采用P87C591芯片作為主控制器。電控單元的微控制器（P87C591）通過數(shù)據(jù)總線經過光電隔離器（6N137）與CAN總線控制器（SJA1000）直接相連。CAN總線控制器帶有一個接收緩沖器和一個發(fā)送緩沖器，CAN總線控制器的發(fā)送端口Tx0，接受端口Rx0、Rx1分別與CAN總線發(fā)送接收器的TxD、RxD、Vref端口直接相連，CAN總線的兩條差分接收發(fā)送線CAN_L和CAN_H各接一個120Ω的總線匹配電阻。當CAN總線被某個節(jié)點占用的時候，該節(jié)點的發(fā)送端接CAN_H，電平為3.5V，接收端接CAN_L，電平為1.5V，當CAN總線空閑時，CAN_H和CAN_L上的電平均為2.5V。
　　四、CAN/LIN總線軟件設計
　　CAN通信接口模塊程序主要包括三部分：初始化子程序、發(fā)送子程序（包括中斷服務程序）和接收子程序。程序開始時即進入程序初始化，進入初始化程序有三種方式：一是硬件復位，二是軟件復位，三是上電復位。初始化程序會對所有的報文對象進行初始化操作（所有值設置為0）。初始化結束之后，程序開始讀取開關狀態(tài)，進入CAN發(fā)送子程序，在CAN發(fā)送子程序中，只有當發(fā)送緩沖器為空時才可以發(fā)送數(shù)據(jù)，否則，將會等待直到發(fā)送緩沖器為空。接收子程序從接收緩沖器中讀取接收數(shù)據(jù)，經程序處理后即可接收。
　　LIN通信接口模塊程序也主要包括三部分：LIN初始化子程序、發(fā)送子程序（包括中斷服務程序）和接收子程序。在初始化階段，對LIN收發(fā)器進行配置并將協(xié)議處理其變量賦初值。同CAN主節(jié)點軟件發(fā)送子程序一樣，只有在發(fā)送緩沖器為空時才可以發(fā)送數(shù)據(jù)。中央控制器節(jié)點是LIN總線的主節(jié)點，其他的都為從節(jié)點，所有的LIN幀都由主節(jié)點發(fā)送，且主節(jié)點負責LIN節(jié)點的監(jiān)控和管理。
　　五、結論
　　目前，CAN總線作為一種可靠的汽車計算機網(wǎng)絡總線已經在許多汽車上得到應用，并且我國許多的學者和廠家也都在研究開發(fā)國產的CAN總線。與CAN相比，LIN的成本較低，可作為低速CAN總線的替代產品，在汽車總線控制中也得到了應用。
　　參考文獻：
　?。?］ 袁文燕，遲瑞娟.基于CAN-LIN總線的汽車車身網(wǎng)絡的設計［J］.拖拉機與農用運輸車，2006，33（6）.
　?。?］ 任哲，尹智勇，等.汽車CAN總線控制器的設計［J］.微計算機信息，2007，3-2：262-263.