基于CAN總線(xiàn)的車(chē)輛虛擬儀表數據采集系統設計

　　頻率信號處理模塊完成對捕獲端口頻率的測量，其基本思想是：在被測信號的一個(gè)周期時(shí)間內，2次脈沖下降沿分別啟動(dòng)和停止定時(shí)器T2計數，兩次計數值之差的倒數即為頻率值，本模塊只需計算差值，頻率值由上位機解算。

　　3.1 CAN控制器編程

　　本系統軟件設計的一個(gè)難點(diǎn)在于關(guān)于CAN的編程。本系統處理的CAN程序模塊有：CAN初始化子程序、CAN中斷程序和CAN數據收發(fā)子程序。

　　CAN 是Controller Area Network 的縮寫(xiě)，是國際標準化的串行通信協(xié)議。在當前的汽車(chē)產(chǎn)業(yè)中，出于對安全性、舒適性、方便性、低公害、低成本的要求，各種各樣的電子控制系統被開(kāi)發(fā)了出來(lái)。由于這些系統之間通信所用的數據類(lèi)型及對可靠性的要求不盡相同，由多條總線(xiàn)構成的情況很多，線(xiàn)束的數量也隨之增加。為適應"減少線(xiàn)束的數量"、"通過(guò)多個(gè) LAN,進(jìn)行大量數據的高速通信"的需要，1986 年德國電氣商博世公司開(kāi)發(fā)出面向汽車(chē)的CAN 通信協(xié)議。此后，CAN 通過(guò)ISO11898 及ISO11519 進(jìn)行了標準化，現在在歐洲已是汽車(chē)網(wǎng)絡(luò )的標準協(xié)議。

　　CAN總線(xiàn)的基本特點(diǎn)：

　　*CAN協(xié)議廢除了傳統的站地址編碼，采用數據通信數據塊進(jìn)行編程，可以多主方式工作。

　　*CAN采用非破壞性仲裁技術(shù)，當兩個(gè)節點(diǎn)同時(shí)向網(wǎng)絡(luò )上傳送數據時(shí)，優(yōu)先級低的節點(diǎn)主動(dòng)停止數據發(fā)送，而優(yōu)先級高的節點(diǎn)可不受影響地繼續傳輸數據，有效避免了總線(xiàn)沖突。

　　*CAN采用短幀結構，每一幀的 有效字節為8個(gè)(CAN技術(shù)規范2.0A)，數據傳輸時(shí)間短，受干擾的概率低，重新發(fā)送的時(shí)間短。

　　*CAN的每幀數據都有CRC效驗及其他檢錯措施，保證了數據傳輸的高可靠性，適于在高干擾環(huán)境中使用。

　　*適用于現場(chǎng)設備與儀表之間或者與其上位設備間的通信網(wǎng)絡(luò )，可以統一組態(tài)，相互操作，控制功能分散到最底層。

　　*CAN節點(diǎn)在錯誤嚴重的情況下，具有自動(dòng)關(guān)閉總線(xiàn)的功能，切斷它與總線(xiàn)的聯(lián)系，以使總線(xiàn)上其它操作不受影響。

　　*CAN可以點(diǎn)對點(diǎn)、一點(diǎn)對多點(diǎn)(成組)及全局廣播集中方式傳送和接受數據

　　*CAN總線(xiàn)直接通訊距離最遠可達10km/5Kbps,通訊速率最高可達1Mbps/40m.

　　*采用不歸零碼(NRZ-Non-Return-to-Zero)編碼/解碼方式，并采用位填充(插入)技術(shù)。

　　CAN控制器是以CPU存儲器映像外圍設備出現的。P80C592的CPU與CAN控制器之間的數據傳輸通過(guò)4個(gè)特殊功能寄存器來(lái)實(shí)現，即： CANADR、CANCON、CANSTA和CANDAT,通過(guò)這四個(gè)特殊功能寄存器，CPU可以訪(fǎng)問(wèn)CAN控制器內部的任一寄存器(地址為0~29)和 DMA邏輯。表1給出了這四個(gè)SFR的功能簡(jiǎn)述，其中CANCON和CANSTA的讀寫(xiě)操作含義不同。

　　表1 SFR功能簡(jiǎn)述

　　CAN控制器初始化(圖4)是CAN通信中一個(gè)非常重要的子程序，程序是否合理將直接影響整個(gè)通信過(guò)程。CAN控制器的初始化首先必須通過(guò)置位 CAN控制寄存器的"復位請求"位，置位"復位請求"并不影響正在進(jìn)行的一個(gè)收發(fā)作業(yè)，特別需要注意的是，只有當復位請求被置位時(shí)，CAN內部地址為 4-8的寄存器方可被訪(fǎng)問(wèn)，在復位操作結束后必須將該位置0以保持所進(jìn)行的設置并使CAN返回工作狀態(tài)。

　　圖4 CAN通信中一個(gè)重要的子程序

　　P80C592和其在片CAN控制器都具有中斷寄存器，必須注意兩者的區別。CAN中斷子程序(圖5)首先讀CAN中斷寄存器(IR)以判斷中斷類(lèi)型，據此轉入相應的操作。如果接收緩存器滿(mǎn)而另一個(gè)報文的首字節又需要被存儲時(shí)，數據超限位被置位，此時(shí)應清除超限并釋放接收緩存，然后重新發(fā)送數據請求。在數據接受子程序中當數據被轉入RAM區后，應及時(shí)釋放接受緩存器，以便為接收下一幀數據做好準備。

　　圖5 CAN中斷子程序

　　數據發(fā)送子程序見(jiàn)圖6.CAN控制器向總線(xiàn)發(fā)送數據時(shí)，首先將在片主RAM中數據存放的首地址寫(xiě)入CANSTA,然后讀取CANSTA.6的值(讀 CANSTA的操作其實(shí)是對CAN控制器內部狀態(tài)寄存器的讀操作，CANSTA.6是錯誤顯示位，當至少有一個(gè)總線(xiàn)錯誤計數器計數達到CPU告警極限時(shí)，該位將被CAN控制器置位。)，若檢測出錯，則執行CAN初始化子程序，若正常，則繼續檢測接收狀態(tài)和發(fā)送緩沖器狀態(tài)，若發(fā)送條件滿(mǎn)足則在CANADR中寫(xiě)入發(fā)送緩存器地址并置位DMA控制位，DMA傳送隨即被啟動(dòng)，數據場(chǎng)由RAM拷貝到發(fā)送緩存器，置發(fā)送請求位后數據開(kāi)始發(fā)送。

　　4 結語(yǔ)

　　用高性能的P80C592和AD1674A數據采集模塊組成車(chē)輛環(huán)境數據采集系統具有較高的性?xún)r(jià)比，目前該系統已投入試用階段，運行狀況良好。 CAN總線(xiàn)非常適合分布式控制或適時(shí)控制的串行通信網(wǎng)絡(luò )，本課題只涉及了數據采集，如果在此基礎上擴展車(chē)輛輔助控制和重要數據備份功能，系統將會(huì )有更廣闊的應用前景。