基于CPLD的電池管理系統雙CAN控制器

電池管理系統是混合動(dòng)力汽車(chē)中重要的電子控制單元，具有保障電池正常、可靠和高效工作的作用，是電池與用電設備之間的橋梁。在研制以及批量生產(chǎn)過(guò)程中都需要對其內部控制參數進(jìn)行離線(xiàn)或在線(xiàn)匹配標定，而電池管理系統需要采集和處理大量的數據，本文選用TMS320LF2407作為標定用CAN控制器。作為電動(dòng)汽車(chē)上的一個(gè)CAN節點(diǎn)，需要接收整車(chē)發(fā)來(lái)的CAN消息來(lái)執行對外部繼電器、風(fēng)扇以及電池等器件的控制命令，本文選用SJA1000。

雙CAN硬件電路和 CPLD邏輯設計

雙GAN硬件電路設計

TMS320LF2407基于增強的哈佛結構，是地址線(xiàn)和數據線(xiàn)分離的微處理器，對晶振倍頻后，頻率高達40MHz。而SJA1000的地址線(xiàn)和數據線(xiàn)復用，增加了D S P與SJA1000之間讀寫(xiě)數據的難度，這也是本系統設計的難點(diǎn)。常規的設計方式是在DSP與SJA1000之間加一個(gè)電平轉換雙向緩沖驅動(dòng)，其結構框圖如圖1所示。按這種方式設計的電路，當對SJA1000進(jìn)行讀寫(xiě)操作時(shí)，先配置DSP的I/O端口，將ALE拉高，鎖存地址，然后通過(guò)DSP的I/O端口將CS和RD(WR)拉低，進(jìn)行讀(寫(xiě))數據，最后拉高RD(WR)和CS。按此方式每次讀寫(xiě)SJA1000寄存器中的值，均需通過(guò)程序對ALE、CS和RD(WR)信號進(jìn)行設置，增加了程序源代碼。如果控制器的閃存空間比較緊張，采取這種硬件連接方式顯然是不可取的。而且，為使狀態(tài)寄存器的狀態(tài)位讀寫(xiě)正確，CAN報文讀寫(xiě)時(shí)需在程序中加一定延時(shí)，這將影響電池管理系統的實(shí)時(shí)性。

為了盡量減少程序源代碼，節省寶貴的存儲資源并提高電池管理系統的實(shí)時(shí)性，本文采用CPLD連接雙CAN控制器的接口電路，實(shí)現CAN報文收發(fā)。其硬件結構如圖2所示。





CPLD的邏輯設計

CPLD具有速度快、體積小、驅動(dòng)能力強、可在線(xiàn)編程等優(yōu)點(diǎn)?；贑PLD的邏輯控制電路適合完成譯碼任務(wù)，本文選用EPM7064芯片，通過(guò)譯碼電路的軟件設計，完成SJA1000輸入信號的邏輯選通控制。

CPLD的輸入信號是DSP發(fā)送的信號，由高位地址A[15…13]、I/O空間選通引腳IS以及寫(xiě)/讀WR信號組成。其中，地址線(xiàn)A13作為SJA1000的地址和數據的選擇線(xiàn)，地址線(xiàn)A14和A15經(jīng)譯碼后作為片選信號。地址線(xiàn)A13和I/O空間選通信號產(chǎn)生SJA1000的地址鎖存信號SJA_ALE，地址線(xiàn)A13和讀寫(xiě)信號WR產(chǎn)生SJA1000的數據和地址讀寫(xiě)信號。其CPLD的輸入/輸出信號邏輯關(guān)系如表1所示。





雙CAN軟件程序設計

該CAN控制器的收發(fā)程序包括兩部分：DSP的CAN收發(fā)程序和SJA1000的CAN收發(fā)程序。每個(gè)CAN收發(fā)程序主要由三個(gè)函數組成：CAN初始化程序、CAN報文接收程序和CAN報文發(fā)送程序。由于DSP的CAN收發(fā)程序比較容易設計，只需設置CAN控制器寄存器中的相應位，就可實(shí)現CAN報文的收發(fā)。所以，本文主要介紹SJA1000的CAN報文收發(fā)程序設計。

從表1中可以看到，SJA1000的寄存器映射到DSP的I/O空間。本文選擇0x8000作為sJA1000地址輸入端口，0xA000作為SJA1000數據輸入/輸出端口。其程序主要由SJA1000初始化、SJA1000接收報文和SJA1000發(fā)送報文三個(gè)了函數組成。其收發(fā)函數的流程如圖3所示。





SJA1000初始化

通過(guò)向CAN控制器SJA1000模式寄存器寫(xiě)0x01，讓其進(jìn)入復位模式，然后分別對SJA1000的時(shí)鐘分頻寄存器、錯誤報警限額寄存器、中斷使能寄存器、接收代碼和接收屏蔽寄存器、總線(xiàn)時(shí)序寄存器和輸出控制寄存器設置，最后向模式寄存器寫(xiě)0x08，進(jìn)入正常工作模式。
初始化程序如下：



正常工作模式

發(fā)送CAN報文

CAN報文發(fā)送函數負責電池管理系統向整車(chē)控制器發(fā)送報文，發(fā)送時(shí)需將待發(fā)送的數據按CAN協(xié)議格式組合成一幀報文，送入SJA1000發(fā)送緩沖區中，然后啟動(dòng)發(fā)送命令。CAN發(fā)送程序如下：






CAN報文接收函數主要負責接 收整車(chē)控制器發(fā)送的控制指令，來(lái)完成對充放電繼電器、風(fēng)扇以及電池等器件的控制。CAN接收程序如下：


結語(yǔ)

本文設計的基于CPLD的雙CAN控制器已運用于實(shí)際應用中，電池管理系統運行可靠，CAN報文收發(fā)平穩，完全適合混合動(dòng)力汽車(chē)的使用。