MCU如何擴(kuò)展CAN或者CAN FD接口？

1.應(yīng)用場景

CAN總線是優(yōu)秀的現(xiàn)場總線之一，已由當(dāng)初的汽車電子擴(kuò)散到各行各業(yè)。從工業(yè)自動(dòng)化到新能源，從軌道交通再到航空航天，CAN總線技術(shù)在中國不斷的應(yīng)用和沉淀。

圖1  CAN總線數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)

當(dāng)應(yīng)用CAN總線時(shí)，我們可能會(huì)面臨以下問題：主控制器沒有支持CAN控制器或者CAN路數(shù)不夠。具體問題表現(xiàn)：早期產(chǎn)品通信使用的是RS485或RS232通信，現(xiàn)階段需要將產(chǎn)品升級(jí)到能支持到CAN通信；受制于成本限制，主控MCU必須選擇低端處理器，本身不帶CAN控制器；開發(fā)的產(chǎn)品中需要的CAN路數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于2路，能支持兩路以上CAN的MCU型號(hào)有限或成本過高。

圖2  LPC系列間CAN路數(shù)對比

圖3  多路CAN應(yīng)用場景

當(dāng)MCU內(nèi)部沒有支持CAN控制器或者所需的CAN路數(shù)不能滿足要求時(shí)，可以選擇使用其他通信接口拓展CAN接口出來。常見的轉(zhuǎn)換方法有串口轉(zhuǎn)CAN、以太網(wǎng)轉(zhuǎn)CAN、WIFI轉(zhuǎn)CAN以及光纖轉(zhuǎn)CAN，本文主要為大家介紹串口轉(zhuǎn)CAN的思路和方法。

圖4  CAN轉(zhuǎn)換器產(chǎn)品

1.如何選型

串口擴(kuò)CAN的模塊大體分為兩種形式，一種是單純的協(xié)議控制器芯片實(shí)現(xiàn)，如MCP2515和MCP2517；另一種是通過高性能的MCU實(shí)現(xiàn)。相比于單純的協(xié)議控制器芯片，MCU方案的協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊擁有以下優(yōu)勢：配置簡便，配合上位機(jī)或串口指令集，幾個(gè)簡單的串口數(shù)據(jù)發(fā)送即可完成配置；緩存較大，在高速或數(shù)據(jù)吞吐量大時(shí)杜絕丟幀現(xiàn)象發(fā)生；性能優(yōu)異，將復(fù)雜的協(xié)議轉(zhuǎn)換及幀緩存完全集成于用戶MCU之外，可減少用戶MCU負(fù)擔(dān)。

ZLG立功科技·致遠(yuǎn)電子推出的串口轉(zhuǎn)CAN模塊主要有CANFDSM、CSM300兩個(gè)系列，選型工作如何入手，我們從他們之間的區(qū)別入手。CANFDSM是最新一代的串口轉(zhuǎn)CANFD模塊，在能匹配當(dāng)前熱門的CANFD基礎(chǔ)上，還能完全兼容傳統(tǒng)的CAN2.0協(xié)議。因此，如果您的產(chǎn)品選定的是CANFD協(xié)議，則只能使用新一代的CANFDSM模塊。

圖5  鏈路層協(xié)議區(qū)別

如果產(chǎn)品中使用的是CAN2.0A或者CAN2.0B協(xié)議，我們繼續(xù)對比選擇。CANFDSM不帶CAN或者CANFD收發(fā)器，用戶需自行增加隔離或者不隔離的收發(fā)器模塊。而CSM300內(nèi)部集成有CAN隔離收發(fā)器、CAN控制器，因此可以直接連接MCU與CAN總線。

圖6  CSM300與CANFDSM內(nèi)部器件情況

以上討論的情況是針對板載需求的應(yīng)用，對于需要直接應(yīng)用在設(shè)備中的場合又該如何選擇呢？CANCOM或者CANFDCOM絕對是您的首選。CANFDCOM接口卡的1~2通道CAN FD接口均自帶2500VDC電氣隔離，靜電等級(jí)為接觸放電±8KV，浪涌±1KV，可有效避免因?yàn)椴煌?jié)點(diǎn)地電位不同導(dǎo)致的回流損壞，特別適合于電動(dòng)汽車與列車的測試。

圖7  串口轉(zhuǎn)CAN設(shè)備

1.應(yīng)用電路

以CANFDSM-100為例 ，該類模塊通用應(yīng)用方式如下下。協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊直接與MCU通過UART的TX、RX交叉連接通信，PIN3、PIN4通過CAN隔離收發(fā)器CTM3FD連接到外部CAN總線上。需要注意的是，模塊在使用前需要進(jìn)行參數(shù)配置，使用PIN7使模塊進(jìn)入配置狀態(tài)后再配合MCU的AT指令即可完整參數(shù)配置。此外，配合上位機(jī)軟件亦可快速完成參數(shù)配置。

圖8  應(yīng)用電路

圖9  CANFDSM-100管腳定義

1.協(xié)議轉(zhuǎn)換格式

串口轉(zhuǎn)CAN模塊提供透明轉(zhuǎn)換、透明帶標(biāo)識(shí)、自定義協(xié)議等轉(zhuǎn)換形式，感興趣的工程師可以參考往期文章了解。