CAN總線在汽車控制系統(tǒng)中的研究與應(yīng)用

一、引言

隨著汽車計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)代汽車上的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)越來越多，聯(lián)系也越來越緊密。如發(fā)動(dòng)機(jī)控制、變速控制、制動(dòng)防抱死控制、安全氣囊控制、照明控制、空調(diào)控制、儀表管理等。原來的汽車上這些計(jì)算機(jī)控制單元之間往往沒有通過總線構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，而是獨(dú)立進(jìn)行控制，或者相關(guān)控制單元通過串行口進(jìn)行聯(lián)系。現(xiàn)在很多汽車采用CAN（Controller Area Network）總線將它們聯(lián)系起來，但是現(xiàn)代汽車計(jì)算機(jī)控制單元多，各控制單元對(duì)系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間的要求不一樣。有些系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)性要求很高，系統(tǒng)指令發(fā)出以后如果得不到執(zhí)行器的及時(shí)響應(yīng)，就可能造成嚴(yán)重后果甚至車毀人亡，如制動(dòng)防抱死控制單元、安全氣囊等；而有些系統(tǒng)如照明控制、空調(diào)控制等對(duì)系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間要求就相對(duì)較低。

由于計(jì)算機(jī)控制單元越來越多，采用單網(wǎng)絡(luò)CAN總線負(fù)荷很重，筆者通過分別構(gòu)造高、低速CAN網(wǎng)絡(luò)，對(duì)實(shí)時(shí)性要求高的計(jì)算機(jī)控制單元采用高速CAN網(wǎng)絡(luò)傳輸；其它采用低速CAN網(wǎng)絡(luò)傳輸，并采用微控制器兼作網(wǎng)關(guān)。使得傳輸線束大大簡化，可靠性大大提高。

二，CAN總線的技術(shù)特性

CAN（Controller Area Network）總線是一種串行多主站控制器局域網(wǎng)總線。它具有很高的網(wǎng)絡(luò)安全性、通訊可靠性和實(shí)時(shí)性，簡單實(shí)用，網(wǎng)絡(luò)成本低。特別適用于汽車計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)和環(huán)境溫度惡劣、電磁輻射強(qiáng)和振動(dòng)大的工業(yè)環(huán)境。通訊媒體可以是雙絞線、同軸電纜或光導(dǎo)纖維，數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)1 Mbits/s（此時(shí)通信距離最長為40m）。CAN總線還廣泛應(yīng)用于汽車、船舶、機(jī)器人、樓宇自動(dòng)化等場合。

自CAN總線問世以來，為滿足CAN總線協(xié)議的多種應(yīng)用需要，相繼出現(xiàn)了幾種高層協(xié)議。目前大多數(shù)基于CAN總線的網(wǎng)絡(luò)都采用CAN總線的高層協(xié)議。CANopen, DeviceNet和SDS是通常采用的高層協(xié)議，適用于任何類型的工業(yè)控制局域網(wǎng)應(yīng)用場合，而CAL則應(yīng)用于基于標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用層通訊協(xié)議的優(yōu)化控制場合，SAEJ1939則應(yīng)用于卡車和重型汽車計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。

三，基于P87C591的汽車計(jì)算機(jī)控制

（一） P87C591

P8xC591是一個(gè)單片8位高性能微控制器，具有片內(nèi)CAN控制器，從80C51微控制器家族派生而來。它采用了強(qiáng)大的80C51指令集并成功的包括了Philips半導(dǎo)體SJA1000 CAN控制器的PeliCAN功能。全靜態(tài)內(nèi)核提供了擴(kuò)展的節(jié)電方式。振蕩器可停止和恢復(fù)而不會(huì)丟失數(shù)據(jù)。改進(jìn)的1：1內(nèi)部時(shí)鐘預(yù)分頻器在12MHz外部時(shí)鐘速率時(shí)實(shí)現(xiàn)500ns指令周期。微控制器以先進(jìn)的CMOS工藝制造，并設(shè)計(jì)用于汽車和通用的工業(yè)應(yīng)用。除了80C51的標(biāo)準(zhǔn)特性之外，器件還為這些應(yīng)用提供許多專用的硬件功能。P8xC591組合了P87C554（微控制器）和SJA 1000（獨(dú)立的CAN控制器）的功能，并具有下面的增強(qiáng)特性：增強(qiáng)的CAN接收中斷；擴(kuò)展的驗(yàn)收濾波器；驗(yàn)收濾波器可“change on the fly”。