CAN總線在混和動力汽車電機控制系統(tǒng)中的應用

2 CAN控制器

TMS320F241是美國TI公司TMS320系列定點數(shù)字信號處理器產(chǎn)品之一，專為數(shù)字電機控制而設計，其指令執(zhí)行速度是20MIPS，幾乎所有指令都可以在一個50ns的單周期內(nèi)執(zhí)行完畢。同時TMS320F241芯片內(nèi)嵌了CAN模塊，因此該芯片是設計基于CAN總線的數(shù)字式電機控制系統(tǒng)的優(yōu)選芯片。TMS320F241的CAN模塊是FullCAN控制器，包括報文處理器（負責接收和發(fā)送管理以及幀存儲），需要的CPU開銷比 BasicCAN控制器少，并且適應技術規(guī)范CAN2.0B，因此可以發(fā)送和接收標準幀（11-bit標識符）和擴展幀（29-bit標識符）。同時，CAN模式包括6個信箱（Mailbox）以及15個不同的16-bit寄存器，這些寄存器分別是控制寄存器、狀態(tài)寄存器、中斷寄存器和接收屏蔽寄存器。

3 CAN總線在HEV電機控制系統(tǒng)中的應用

3.1 硬件設計

TMS320F241 芯片與CAN總線接口的總線收發(fā)器采用Philips公司的PCA82C250芯片。82C250可以提供對CAN總線的差動發(fā)送能力及對CAN控制器的差動接收能力。通信介質(zhì)采用雙絞線，信號差動發(fā)送和差動接收的最高通信速率可達1Mbps。為了增強抗干擾能力，在TMS320F241與82C250之間采用高速光耦6N137進行隔離。

TMS320F241與CAN總線的接口電路如圖1所示。

3.2 幀結(jié)構

電機控制單元（MCU）與整車控制單元（VCU）之間的報文傳送由兩種類型的幀表示和控制：數(shù)據(jù)幀攜帶數(shù)據(jù)由發(fā)送器到接收器；遠程幀通過總線單元發(fā)送，以請求發(fā)送具有相同標識符的數(shù)據(jù)幀。數(shù)據(jù)幀和遠程幀借助幀空間與當前幀分開。

3.2.1 數(shù)據(jù)幀

CAN 技術規(guī)范2.0B中存在兩種不同的幀格式，其主要區(qū)別在于標識符的長度，具有11位標識符的幀稱為標準帖，而29位標識符的幀稱為擴展幀。本系統(tǒng)中數(shù)據(jù)幀采用標準帖。數(shù)據(jù)幀由7個不同的位段組成，包括幀起始（SOF）、仲裁段、控制段、數(shù)據(jù)段、循環(huán)冗余檢查段（CRC）、應答段（ACK）以及幀結(jié)束（EOF）。其中仲裁段由標識符和遠程發(fā)送請求位（RTR）組成；控制段由數(shù)據(jù)長度碼（DLC）和兩個保留位r0、r1組成；數(shù)據(jù)段由數(shù)據(jù)幀中被發(fā)送的數(shù)據(jù)組成，它包括0～8個字節(jié)，每個字節(jié)8位。

VCU向MCU發(fā)送的數(shù)據(jù)幀包括：MCU初始化、檢測MCU、VCU發(fā)生不可恢復錯誤、VCU的工作狀態(tài)、控制電機轉(zhuǎn)速、控制電機轉(zhuǎn)矩、請求返回電機的錯誤狀態(tài)等請求或命令。

MCU向VCU發(fā)送的數(shù)據(jù)幀包括：返回MCU當前狀態(tài)、送回電機轉(zhuǎn)速、送回電機轉(zhuǎn)矩、電機或MCU出錯、電機工作正常等信息。

為了區(qū)別VCU發(fā)出的不同請求和命令，采用了Universal Serial No字節(jié)。該字節(jié)位于數(shù)據(jù)段的首字節(jié)，表示請求或命令和編號。

3.2.2 遠程幀

遠程幀與數(shù)據(jù)幀的結(jié)構相同，只是不包括數(shù)據(jù)段。遠程幀的遠程請求發(fā)送位為1。遠程幀用于請求信息。TMS320F241的CAN模塊可以自動回復遠程帖，即節(jié)點收到遠程幀。如果該節(jié)點中有和遠程幀的標識符相同的報文，則該節(jié)點就將相應的數(shù)據(jù)幀發(fā)送到總線上。本系統(tǒng)中遠程幀和數(shù)據(jù)幀一樣，采用標準格式。

VCU的MCU發(fā)送的遠程幀包括：請求返回電機狀態(tài)、請求返回電機轉(zhuǎn)速、請求返回電機轉(zhuǎn)矩等。

3.3 通信中斷服務程序

VCU的指令通過CAN部到達MCU之后，采用中斷的形式（如IRQ5），使MCU轉(zhuǎn)入通信中斷服務子程序。以保證VCU的指令可以及時發(fā)送到MCU。通信中斷服務子程序流程圖如圖2所示。