一種基于Salvo的通用CAN/LIN網(wǎng)關(guān)

1 引言
CAN（Controller Area Network，即控制器局域網(wǎng)）是上世紀80年代初由德國B(niǎo)osch公司提出專(zhuān)用于汽車(chē)的串行總線(xiàn)。由于其數據傳輸率高，傳輸距離遠，實(shí)時(shí)性好，可靠性高等眾多優(yōu)點(diǎn)已在汽車(chē)工業(yè)、航空工業(yè)、工業(yè)測控等領(lǐng)域廣泛應用。在某些通信性能要求不高的場(chǎng)合為了降低網(wǎng)絡(luò )控制的成本，1998年由汽車(chē)制造商奧迪、寶馬等汽車(chē)公司、火山通信技術(shù)公司以及半導體生產(chǎn)商摩托羅拉(Motorola)公司共同創(chuàng )建了LIN協(xié)會(huì )，其目的是為汽車(chē)網(wǎng)絡(luò )系統提供一個(gè)開(kāi)放的A類(lèi)（低速率、低成本）串行總線(xiàn)通信標準。由于LIN總線(xiàn)性?xún)r(jià)比極高，非常適合用于車(chē)燈、車(chē)門(mén)、座位等對通信要求不高，對成本敏感的部件。
目前，高級汽車(chē)一般采用分級網(wǎng)絡(luò )控制，對發(fā)動(dòng)機、傳動(dòng)系統、制動(dòng)系統等重要，且對通信性能要求高的部件采用CAN總線(xiàn)控制；對車(chē)身，如車(chē)燈、車(chē)門(mén)等對通信性能要求不高，而對成本敏感的部件采用LIN總線(xiàn)控制，CAN總線(xiàn)與LIN總線(xiàn)間通過(guò)CAN/LIN網(wǎng)關(guān)數據轉換以實(shí)現CAN設備與LIN設備的相互訪(fǎng)問(wèn)。這種分級網(wǎng)絡(luò )控制模式也適用于工業(yè)控制、安全防護等領(lǐng)域。本文討論一種基于實(shí)時(shí)操作系統Salvo的通用CAN/LIN網(wǎng)關(guān)。
2 網(wǎng)關(guān)模型
網(wǎng)關(guān)是連接兩個(gè)通信協(xié)議和結構不同的網(wǎng)絡(luò )設施。對于CAN/LIN網(wǎng)關(guān)，它的工作就是對信息拆除封裝和重新封裝，以使它們能被CAN總線(xiàn)和LIN總線(xiàn)上的網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)讀取，即實(shí)現CAN總線(xiàn)和LIN總線(xiàn)之間協(xié)議數據單元（PDU）的轉換。CAN/LIN網(wǎng)關(guān)的模型如圖1所示。

依照國際標準化組織制定的開(kāi)放系統互連參考模型OSI/RM，CAN總線(xiàn)和LIN總線(xiàn)都包括物理層和數據鏈路層。應用層由各種應用系統各自定義，其中CAN總線(xiàn)已有一些應用較廣的高層協(xié)議，如CANOpen、NetDevice等。CAN/LIN網(wǎng)關(guān)的分層結構如圖2所示。

3 網(wǎng)關(guān)硬件
CAN總線(xiàn)和LIN總線(xiàn)協(xié)議數據單元的數據量小，系統采用高速8位微處理器DDMicrochip新型增強FLASH單片機PIC18F4680。PIC18F4680片內集成64KB FLASHROM作為程序存儲器、3KB RAM作為數據存儲器，能滿(mǎn)足處理CAN總線(xiàn)和LIN總線(xiàn)協(xié)議數據單元轉換所需的程序代碼和數據存儲的需求；PIC18F4680片內集成1KB EEPROM可用于存放系統狀態(tài)信息，即使掉電重啟也能恢復到掉電前狀態(tài)。另外，PIC18F4680片內集成支持CAN2.0B的CAN控制模塊，CAN數據鏈路層協(xié)議可由CAN控制模塊執行，從而減輕MCU處理CAN協(xié)議的數據處理壓力；PIC18F4680還集成可支持LIN1.3的USART，進(jìn)一步減輕MCU處理LIN協(xié)議的數據處理壓力。
為增強CAN總線(xiàn)的抗干擾能力，CAN總線(xiàn)驅動(dòng)器MCP2551與PIC18F4680間采用高速光偶6N137隔離，并且獨立供電，PIC18F4680采用LIN總線(xiàn)驅動(dòng)器MCP201的電源模塊供電；MCP2551采用專(zhuān)用DC/DC變換器供電。
實(shí)時(shí)多任務(wù)系統對于相同優(yōu)先級任務(wù)采用以時(shí)隙為單位的時(shí)間片循環(huán)方式（round-robin）切換。為提高時(shí)隙精度，從而提高切換時(shí)間精度，PIC18F4680的定時(shí)計數器1（TMR1）外接標準時(shí)鐘晶振32768Hz。系統時(shí)基由TMR1通過(guò)標準時(shí)鐘晶振振蕩產(chǎn)生。網(wǎng)關(guān)硬件電路如圖3所示。