基于CPLD的電池管理系統雙CAN控制器的設計

　　摘 要：本文針對整車(chē)對電池管理系統提出雙CAN通信的要求，設計了由CPLD、TMS320LF2407與SJA1000構成的雙CAN控制器。文中介紹了其硬件電路和軟件流程。

　　關(guān)鍵詞：混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē);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CAN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DSP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端口將和()拉低，進(jìn)行讀(寫(xiě))數據，最后拉高()和。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、和()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。

　　圖1 一般雙CAN控制器的硬件結構圖

　　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。

　　圖2 基于CPLD的雙CAN控制器硬件結構圖

　　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空間選通引腳以及寫(xiě)/讀信號組成。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)子函數組成。其收發(fā)函數的流程如圖3所示。

　　圖3 SJA1000發(fā)送報文程序流程圖

　　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：

　　#define SJA1000_Data_Port portA000

　　ioport unsigned int portA000; //定義數據輸入/輸出端口

　　#define SJA1000_Address_Port port8000

　　ioport unsigned int port8000; //定義地址輸入端口

　　……

　　SJA1000_WRITE(REG_MODE, 0x01);

　　TempData= SJA1000_READ(REG_MODE);

　　//向模式寄存器寫(xiě)0x01，進(jìn)入復位模式

　　while((TempData & 0x01) != 0x01); //等待SJA1000復位

　　……

　　do

　　{

　　SJA1000_WRITE(REG_MODE, 0x08);

　　TempData= SJA1000_READ(REG_MODE);

　　}while ((TempData & 0x01)!=0x00); //等待SJA1000進(jìn)入正常工作模式

　　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：

　　if((TempData & 0x10) != 0x10) //CAN控制器空閑

　　{

　　if((TempData & 0x08) != 0x0) //最近一次發(fā)送已成功

　　{

　　if((TempData & 0x04) == 0x04)

　　//CPU可以向發(fā)送緩沖器寫(xiě)報文

　　{

　　…… //配置發(fā)送報文

　　SJA1000_WRITE(REG_ COMMAND,0x01);//發(fā)送報文指令

　　}

　　}

　　}

　　接收CAN報文

　　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：

　　if(TempData != 0)

　　{

　　if((TempData & 0x80) == 0x80) //總線(xiàn)關(guān)閉

　　{

　　…… //總線(xiàn)關(guān)閉處理

　　}

　　if((TempData & 0x02) == 0x02) //數據溢出

　　{

　　…… //數據溢出處理

　　}

　　if((TempData & 0x01) == 0x01) //RXFIFO存在完整有效的報文

　　{

　　…… //讀取緩沖區報文

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　　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?！?/P>

　　參考文獻：

　　1.劉永吉吉. 混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)鎳氫電池管理系統的研制[D]. 北京：北京航空航天大學(xué)，2007.03

　　2.劉和平,王維俊,江渝,鄧力. TMS320LF240x DSP C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)應用[M]. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2006.03

　　3.吳紅杰. 混合動(dòng)力電動(dòng)轎車(chē)鎳氫動(dòng)力電池管理技術(shù)[D]. 北京：北京航空航天大學(xué), 2005,10