CAN總線在汽車控制系統(tǒng)中的研究與應用

（二）系統(tǒng)實現(xiàn)

目前，汽車計算機控制已經(jīng)涉及到動力性、經(jīng)濟性、安全性、可靠性、凈化性和舒適性等諸多方面，具體包括發(fā)動機控制，變速器控制、巡行控制，制動控制，照明控制，空調(diào)控制，雨刷控制，儀表管理系統(tǒng)等，而且各種控制系統(tǒng)的電控單元（ECU）相互聯(lián)系緊密，需要隨時進行實時數(shù)據(jù)通信，CAN總線作為一種極具應用潛力的控制器局域網(wǎng)總線，近年來在汽車計算機控制系統(tǒng)中得到越來越廣泛的應用，并已成為歐洲汽車制造業(yè)主體行業(yè)標準，代表著汽車電子控制網(wǎng)絡的主流發(fā)展趨勢。

汽車計算機控制系統(tǒng)中的所有這些子控制系統(tǒng)通過CAN,0.線構(gòu)成一個實時控制系統(tǒng)網(wǎng)絡，各控制單元的指令發(fā)出去之后，必須保證在一定時間內(nèi)得到響應，要不然就有可能發(fā)生重大事故，這就要求汽車上的CAN通信網(wǎng)絡有較高的波特率設置和可靠性。而且，汽車在實際運行過程中，眾多節(jié)點之間需要進行大量的實時數(shù)據(jù)交換。若整輛汽車的所有節(jié)點都掛在一個CAN網(wǎng)絡上，這么多節(jié)點通過一條CAN總線進行通信，信息管理配置稍有不當，就很容易出現(xiàn)總線負荷過大，將導致系統(tǒng)實時響應速度下降，這在實時系統(tǒng)中是不允許的。因此我們在對汽車上各節(jié)點的實時性進行了分析之后，根據(jù)各節(jié)點對實時性的要求，設計了高、低速兩個速率不同的CAN通信網(wǎng)絡。將實時性要求嚴格、可靠性要求高的節(jié)點組成高速CAN通信網(wǎng)絡，將其它實時性要求相對較低的節(jié)點組成低速CAN通信網(wǎng)絡，并架設網(wǎng)關(guān)將這兩個速率不同的CAN通信網(wǎng)絡連接起來，實現(xiàn)全部節(jié)點之間的數(shù)據(jù)共享。整輛汽車的通信網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1中的發(fā)動機控制、變速器控制、安全控制、防抱死制動控制（ABS）等控制單元節(jié)點是現(xiàn)代汽車動作的核心部件，對時間響應要求嚴格，因而在本設計中采用傳輸速率為500Kbps的高速CAN通信網(wǎng)絡?？照{(diào)控制、雨刷控制、照明控制和儀表管理控制等相對來說對實時性的要求較低，采用傳輸速率小于125 Kbps的CAN通信網(wǎng)絡，主控制器跨接高、低速兩條總線，與各節(jié)點進行數(shù)據(jù)交換，兼起網(wǎng)關(guān)的作用，實現(xiàn)網(wǎng)絡互連。

電控單元的微控制器（P8xC591 ）通過數(shù)據(jù)總線經(jīng)過光電隔離器（6N137）與CAN總線控制器（SJA 1000）直接相連，由于CAN總線控制器帶有一個接收緩沖器和一個發(fā)送緩沖器，因此，CAN總線控制器的發(fā)送端口Tx0，接收端口Rx0、Rx1分別與CAN,總線發(fā)送接收器的TxD和RxD, Vref端口直接相連，CAN_L和CAN -H是CAN總線的兩條差分接收發(fā)送線。它們的端點間各接一個120Ω的總線匹配電阻，當有節(jié)點占用CAN總線時，該節(jié)點的發(fā)送端（電平為3.5 V）接CAN_H,接收端（電平為1.5V）接CAN_L;當無節(jié)點占用CAN總線時，CAN_L和CAN_H上的電平均為2.5V.