CAN總線(xiàn)在汽車(chē)控制系統中的研究與應用

一、引言

隨著(zhù)汽車(chē)計算機控制技術(shù)的不斷發(fā)展，現代汽車(chē)上的計算機控制系統越來(lái)越多，聯(lián)系也越來(lái)越緊密。如發(fā)動(dòng)機控制、變速控制、制動(dòng)防抱死控制、安全氣囊控制、照明控制、空調控制、儀表管理等。原來(lái)的汽車(chē)上這些計算機控制單元之間往往沒(méi)有通過(guò)總線(xiàn)構成網(wǎng)絡(luò )，而是獨立進(jìn)行控制，或者相關(guān)控制單元通過(guò)串行口進(jìn)行聯(lián)系?，F在很多汽車(chē)采用CAN（Controller Area Network）總線(xiàn)將它們聯(lián)系起來(lái)，但是現代汽車(chē)計算機控制單元多，各控制單元對系統響應時(shí)間的要求不一樣。有些系統對實(shí)時(shí)性要求很高，系統指令發(fā)出以后如果得不到執行器的及時(shí)響應，就可能造成嚴重后果甚至車(chē)毀人亡，如制動(dòng)防抱死控制單元、安全氣囊等；而有些系統如照明控制、空調控制等對系統的響應時(shí)間要求就相對較低。

由于計算機控制單元越來(lái)越多，采用單網(wǎng)絡(luò )CAN總線(xiàn)負荷很重，筆者通過(guò)分別構造高、低速CAN網(wǎng)絡(luò )，對實(shí)時(shí)性要求高的計算機控制單元采用高速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(xiàn)束大大簡(jiǎn)化，可靠性大大提高。

二，CAN總線(xiàn)的技術(shù)特性

CAN（Controller Area Network）總線(xiàn)是一種串行多主站控制器局域網(wǎng)總線(xiàn)。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(jiǎn)單實(shí)用，網(wǎng)絡(luò )成本低。特別適用于汽車(chē)計算機控制系統和環(huán)境溫度惡劣、電磁輻射強和振動(dòng)大的工業(yè)環(huán)境。通訊媒體可以是雙絞線(xiàn)、同軸電纜或光導纖維，數據傳輸速率可達1 Mbits/s（此時(shí)通信距離最長(cháng)為40m）。CAN總線(xiàn)還廣泛應用于汽車(chē)、船舶、機器人、樓宇自動(dòng)化等場(chǎng)合。

自CAN總線(xiàn)問(wèn)世以來(lái)，為滿(mǎn)足CAN總線(xiàn)協(xié)議的多種應用需要，相繼出現了幾種高層協(xié)議。目前大多數基于CAN總線(xiàn)的網(wǎng)絡(luò )都采用CAN總線(xiàn)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(lèi)型的工業(yè)控制局域網(wǎng)應用場(chǎng)合，而CAL則應用于基于標準應用層通訊協(xié)議的優(yōu)化控制場(chǎng)合，SAEJ1939則應用于卡車(chē)和重型汽車(chē)計算機控制系統。

三，基于P87C591的汽車(chē)計算機控制

（一） P87C591

P8xC591是一個(gè)單片8位高性能微控制器，具有片內CAN控制器，從80C51微控制器家族派生而來(lái)。它采用了強大的80C51指令集并成功的包括了Philips半導體SJA1000 CAN控制器的PeliCAN功能。全靜態(tài)內核提供了擴展的節電方式。振蕩器可停止和恢復而不會(huì )丟失數據。改進(jìn)的1：1內部時(shí)鐘預分頻器在12MHz外部時(shí)鐘速率時(shí)實(shí)現500ns指令周期。微控制器以先進(jìn)的CMOS工藝制造，并設計用于汽車(chē)和通用的工業(yè)應用。除了80C51的標準特性之外，器件還為這些應用提供許多專(zhuān)用的硬件功能。P8xC591組合了P87C554（微控制器）和SJA 1000（獨立的CAN控制器）的功能，并具有下面的增強特性：增強的CAN接收中斷；擴展的驗收濾波器；驗收濾波器可“change on the fly”。