基于CAN總線的汽車電子集成控制系統(tǒng)

李帥

摘要：汽車控制功能的網(wǎng)絡(luò)化、智能化已經(jīng)成為現(xiàn)代汽車工業(yè)發(fā)展的必然趨勢，由于CAN總線通訊協(xié)議廢除了傳統(tǒng)的站地址編碼，使得CAN網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的節(jié)點數(shù)量將不受限制，且實時性好，通訊速率高，因此被廣泛用于汽車電子控制系統(tǒng)上。本文基于CAN總線的汽車電子集成控制系統(tǒng)進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：CAN總線；汽車；電子控制

引言

伴隨著現(xiàn)代汽車大工業(yè)的迅速發(fā)展，對集成電路和單片機(jī)的使用頻率越來越高，同樣地，電子控制器的數(shù)量類型亦層出不窮，比較大眾的有發(fā)動機(jī)的電子燃油噴射裝置、防抱死制動裝置（ABS）、安全氣囊裝置、電動門窗裝置、主動懸架等。汽車自上個世紀(jì)末誕生以來，已經(jīng)走過了風(fēng)風(fēng)雨雨的一百多年。

一、CAN總線

CAN總線是應(yīng)用于汽車計算機(jī)控制系統(tǒng)和電磁輻射較高的、溫度不穩(wěn)定的工業(yè)環(huán)境中的一種網(wǎng)絡(luò)通訊數(shù)據(jù)系統(tǒng)。CAN 是由Controller Area Network 這幾個英文單詞的首字母縮寫而來的，通常人們把其叫做CAN，是串行的通信協(xié)議中的ISO 的國際標(biāo)準(zhǔn)化系統(tǒng)，中文叫做控制器局域網(wǎng)絡(luò)。其是由德國BOSCH 公司研發(fā)的汽車電子產(chǎn)品，經(jīng)過多年的努力，成為了國際標(biāo)準(zhǔn)，并且應(yīng)用廣泛。在歐洲國家，CAN 總線達(dá)成了總線協(xié)議，應(yīng)用于汽車計算機(jī)控制系統(tǒng)和嵌入式工業(yè)控制局域網(wǎng)絡(luò)，是標(biāo)準(zhǔn)的國際網(wǎng)絡(luò)總線，還達(dá)成了擁有以CAN為底層協(xié)議的大型或者重型機(jī)械車輛總線協(xié)議，具有可靠性質(zhì)，受到人們的廣泛好評。

為了讓汽車行業(yè)快速發(fā)展，達(dá)到人們的要求，越來越多的人開始研發(fā)新的電子控制系統(tǒng)，從而導(dǎo)致汽車的電子控制系統(tǒng)越來越多。各種樣式的電子控制系統(tǒng)流通進(jìn)入市場，人們的選擇面變寬了，但是隨之而來的問題也越來越多。為了使汽車行業(yè)有一個很好的未來，人們通過安全度和舒適度高、便捷性和成本低、少污染低公害等方面的要求，制作出了CAN 總線。這款總線系統(tǒng)數(shù)據(jù)可靠，自動化強(qiáng)，性能好，經(jīng)過ISO11898 等進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)檢驗，應(yīng)用于汽車網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中。因為CAN 的可靠程度和性能齊全，人們對其贊不絕口，被廣泛運用于工業(yè)設(shè)施設(shè)備和醫(yī)療設(shè)施設(shè)備方面以及船舶工業(yè)自動化等。這被譽為自動化領(lǐng)域的計算機(jī)局域網(wǎng)絡(luò)，其實現(xiàn)了各節(jié)點之間的可靠數(shù)據(jù)通信，為汽車行業(yè)未來發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

二、CAN 總線的優(yōu)點

前面已經(jīng)說過CAN 總線相比其他的系統(tǒng)要相對完善，應(yīng)用范圍也很廣泛，是現(xiàn)場總線的范疇，支持實時控制或者是分布式的串行通信網(wǎng)絡(luò)，所以下面來看看CAN 總線的分布式控制系統(tǒng)的優(yōu)點。首先，CAN 總線控制系統(tǒng)不局限于以往的點對點復(fù)雜的布線網(wǎng)絡(luò)，其控制系統(tǒng)可以采用多種工作方式，并且網(wǎng)絡(luò)節(jié)點可以通過總線的有限訪問權(quán)利向總線發(fā)送相應(yīng)的數(shù)據(jù)，應(yīng)用無損結(jié)構(gòu)的方式就可以。CAN 總線不同于以往的站地址編碼，運用的是更新之后的通信數(shù)據(jù)進(jìn)行的有效編碼，這樣可以讓不同時間的節(jié)點接收到一樣的數(shù)據(jù)。這種特質(zhì)是其他系統(tǒng)所沒有的，其可以提高控制系統(tǒng)的靈活程度和可靠程度，系統(tǒng)具有實時性。

其次，對于控制系統(tǒng)的周期，這款控制系統(tǒng)為以往的控制系統(tǒng)縮短了時間。CAN具有完備的通信協(xié)議，通過完善的通信協(xié)議由CAN控制系統(tǒng)控制芯片以及接口芯片，大大降低系統(tǒng)的開發(fā)程度，為其縮短了時間。這對于其他電器協(xié)議來說是不可比擬的。

最后，這是所有現(xiàn)場總線當(dāng)中最值得追捧的一個總線系統(tǒng)?，F(xiàn)在很多汽車制造廠商為了使用CAN控制總線系統(tǒng)，花很高的價格進(jìn)行運作，其良好的性能使得其已經(jīng)形成了國際標(biāo)準(zhǔn)，成為了最有前途的現(xiàn)場總線之一。

三、CAN 總線在汽車電子集成控制系統(tǒng)中的運用

3.1CAN 總線系統(tǒng)實現(xiàn)

在當(dāng)今世界，汽車的控制系統(tǒng)涉及到了很多方面，比如：經(jīng)濟(jì)性質(zhì)、安全可靠性、舒適簡化性等等。而汽車的控制單元系統(tǒng)分為，發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)、故障診斷的系統(tǒng)、儀表管理系統(tǒng)、安全氣囊控制系統(tǒng)、中控門鎖系統(tǒng)、后視鏡和雨刷控制系統(tǒng)等等。這些本系統(tǒng)組建為一個通訊實時系統(tǒng)，其控制系統(tǒng)的各個指令必須穩(wěn)定可靠，具有安全系數(shù)高的性能，不然可能發(fā)生汽車重大事故，引起人員傷亡。各個ECU相互緊密聯(lián)系，進(jìn)行數(shù)據(jù)更新，實時數(shù)據(jù)通信。CAN 作為一個有前途的控制器局域網(wǎng)絡(luò)，必須保證在一定時間之內(nèi)進(jìn)行有效的響應(yīng)。

3.2汽車檢測控制系統(tǒng)

我國的汽車檢測線多數(shù)采用的是兩級分布計算機(jī)控制系統(tǒng)。第一級控制系統(tǒng)為工位控制等級，是根據(jù)分布在各個工位上的工位機(jī)完成的測控工作，其承擔(dān)著數(shù)據(jù)的更新和采集、設(shè)施設(shè)備檢測的運營、網(wǎng)絡(luò)通信等方面的任務(wù)。第二級就是系統(tǒng)監(jiān)督管理等級，通過主控機(jī)完成檢測的工作，具有存儲和集中打印測試的結(jié)果報告和數(shù)據(jù)管理數(shù)據(jù)庫，安排測序檢測和綜合性判斷測試結(jié)論等。

3.3CAN 總線節(jié)點設(shè)計

CAN 總線節(jié)點軟件采用模塊化設(shè)計，主要有數(shù)據(jù)發(fā)送模塊和數(shù)據(jù)接收以及初始化模塊。初始化模塊通常是MC9S12DG128 控制器的初始化和MSCAN 的控制器初始化。前一個和普通的單片機(jī)相同，而后一個主要對寄存器CAN0CTL0 進(jìn)行設(shè)置，使其進(jìn)入初始化，這樣才可以進(jìn)行各種設(shè)置。但是，這時的MSCAN 會停止發(fā)送和接收消息等操作程序，并且會失去總線的同步。然后進(jìn)行CAN0BTR0 和CAN0IDAC 寄存器進(jìn)行設(shè)置，設(shè)定濾波器方式和種類以及個數(shù)，再進(jìn)行對CAN0IDAR 和CAN0IDMR 的設(shè)置，接收濾波器的參數(shù)設(shè)置，接收報文的ID 范圍限制。最后設(shè)置完成后，和通訊初始化相關(guān)的寄存器使其退出初始化狀態(tài)，判斷MSCAN 和CAN 總線是否一致，因為在不一致的情況下不能接收到所發(fā)送的數(shù)據(jù)幀。

四、結(jié)束語

隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，電子控制系統(tǒng)將越來越多地應(yīng)用到汽車領(lǐng)域。如果不采用CAN總線方式，將無法實現(xiàn)電控系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳輸和協(xié)調(diào)控制。因此，開發(fā)汽車CAN總線是現(xiàn)代汽車發(fā)展的必然趨勢。

參考文獻(xiàn)：

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