車載網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中CAN協(xié)議幀處理設(shè)計(jì)

馬福萍，陳益鋒

(1.杭州技師學(xué)院汽車系，浙江杭州 311500;2.杭州技師學(xué)院教務(wù)(科研)處，浙江杭州 311500)

隨著電子技術(shù)的普遍應(yīng)用，車輛控制單元與電控單元數(shù)目的增多使得網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)快速發(fā)展。CAN總線以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、應(yīng)用靈活而在工業(yè)過(guò)程控制和車輛中得到了廣泛應(yīng)用。但CAN技術(shù)協(xié)議較為復(fù)雜，涉及到數(shù)據(jù)采集、編碼、總線使用控制、解碼、驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)等方面。CAN協(xié)議提供了一種讓各控制單元可使用同一條總線互相傳遞信息的方式，且信息之間互不影響［1］。文中以驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)局域網(wǎng)為例，建立了驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)局部信息交換模型。利用CAN協(xié)議管理這些模塊的具體信息，并使得驅(qū)動(dòng)器控制模塊間的協(xié)調(diào)工作成為可能。

1 CAN協(xié)議功能

CAN的模型由數(shù)據(jù)鏈路層和物理層組成，各控制單元內(nèi)的數(shù)據(jù)傳輸實(shí)際上發(fā)生在物理層，且各電控單元只通過(guò)物理層的物理介質(zhì)互連。傳輸介質(zhì)使用雙絞線，信號(hào)使用差分電壓傳送，通過(guò)CAN-H和CAN-L傳送信息。靜態(tài)時(shí)，兩線電壓均為2.5 V，此時(shí)狀態(tài)表示邏輯“1”，也稱為“隱性”位，工作時(shí)，CAN-H 比CAN-L高，表示邏輯“0”稱為“顯性”位［2］。

CAN協(xié)議功能是通過(guò)數(shù)據(jù)幀、遠(yuǎn)程幀、錯(cuò)誤幀、過(guò)載幀4種幀類型實(shí)現(xiàn)各控制模塊間信息傳遞。

(1)數(shù)據(jù)幀:將數(shù)據(jù)從發(fā)送器傳至接收器。

(2)遠(yuǎn)程幀:將數(shù)據(jù)請(qǐng)求從發(fā)送器傳到接收器。

(3)錯(cuò)誤幀:某一總線設(shè)備識(shí)別出錯(cuò)誤時(shí)，其他所有CAN節(jié)點(diǎn)均可獲悉錯(cuò)誤的存在。

(4)過(guò)載幀:某一CAN節(jié)點(diǎn)通過(guò)一個(gè)過(guò)載幀通知所有屬于該系統(tǒng)的設(shè)備，該節(jié)點(diǎn)對(duì)信息的處理完尚未結(jié)束，因此無(wú)法處理新信息。

2 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)CAN控制模塊設(shè)計(jì)

在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中各模塊間信息傳遞是通過(guò)CAN協(xié)議幀實(shí)現(xiàn)的，而CAN協(xié)議是對(duì)稱的，不分主從［3-4］。圖1是基于CAN協(xié)議的發(fā)動(dòng)機(jī)與變速器間信息交互的模型，各模塊包括信息收發(fā)器、ECU和數(shù)據(jù)傳輸終端。

3 發(fā)動(dòng)機(jī)CAN模塊設(shè)計(jì)

以發(fā)動(dòng)機(jī)為例，CAN模塊分為:傳感器、ECU、CAN接口［5］。傳感器將發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速等信息傳至ECU，ECU將這些信息進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換、編碼后發(fā)送到CAN接口，CAN接口再將信息幀廣播發(fā)送出去。圖2為發(fā)動(dòng)機(jī)詳細(xì)的CAN模塊圖，其他控制模塊的組成與之類似。

4 發(fā)動(dòng)機(jī)CAN幀處理流程

在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，控制模塊間的通信采用CAN協(xié)議幀，幀的種類有數(shù)據(jù)幀、遠(yuǎn)程幀、錯(cuò)誤幀、過(guò)載幀。圖3為驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊內(nèi)CAN協(xié)議幀具體的處理流程［6-7］。

5 結(jié)束語(yǔ)

CAN總線以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、靈活方便，而在汽車工業(yè)上得到廣泛的應(yīng)用。文中在分析CAN協(xié)議功能的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出了驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)CAN控制模塊;以及發(fā)動(dòng)機(jī)CAN控制模塊，并總結(jié)出發(fā)動(dòng)機(jī)CAN幀的處理流程。為今后對(duì)CAN幀的進(jìn)一步研究提供了參考。

圖3 CAN協(xié)議幀處理流程圖

［1］李雷.汽車車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)檢修［M］.北京:人民郵電出版社，2009.

［2］宋炯，楊維和.車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)原理與檢修［M］.昆明:云南出版集團(tuán)公司，2012.

［3］吳文林，吳麗霞.汽車車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)原理與維修精化［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

［4］吳海東.汽車車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與檢修［M］.北京:北京理工大學(xué)出版社，2012.

［5］百度文庫(kù).CAN總線協(xié)議講解［EB/OL］.(2007-09-21)［2012-06-19］http://wenku.baidu.com/view/7c3907ee172ded630a1cb601.html.

［6］百度文庫(kù).控制器局域網(wǎng)CAN總線技術(shù)規(guī)范［EB/OL］.(2010-11-11)［2012-06-20］http://wenku.baidu.com/view/2cffeed5360cba1aa811da8a.html.

［7］百度文庫(kù).CAN總線實(shí)時(shí)分析［EB/OL］.(2011-03-05)［2012-06-19］http://wenku.baidu.com/view/36d1114d2b160b4e767fcf8a.