摘  要： 隨著CAN/LIN網(wǎng)絡(luò)在汽車車身控制系統(tǒng)中廣泛的應(yīng)用,，為了滿足國產(chǎn)汽車車身控制總線的迫切需求，設(shè)計了一種基于CAN/LIN總線的整車管理系統(tǒng)的硬件方案,。方案完成了CAN/LIN網(wǎng)關(guān)接口驅(qū)動電路設(shè)計及CAN/LIN網(wǎng)關(guān)的硬件電路設(shè)計,。對車身網(wǎng)絡(luò)控制節(jié)點軟件進行了設(shè)計,，該車身網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)通信中充分實現(xiàn)了數(shù)據(jù)共享。
關(guān)鍵詞： 總線協(xié)議,；CAN/LIN網(wǎng)關(guān),；接口電路

　　隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，消費者和政府相關(guān)部門對于安全,、舒適,、節(jié)能、環(huán)保等方面的需求促使電子控制單元和系統(tǒng)廣泛地應(yīng)用在汽車中,，而汽車也隨之日益向電子化,、智能化方向發(fā)展[1]。但是日益增多的電子系統(tǒng)也帶來了新的問題,，越來越多的電子控制單元與傳感器必然會需要越來越多的連線,，除了增加成本、增加車身自重,，更重要的是給布線帶來了巨大的困難,，同時還增加了安全隱患，降低了整車可靠性,。因此,，提高電控單元間互相通信性能和降低導線成本已成為迫切需要解決的問題。  
    目前,，車內(nèi)的電子控制系統(tǒng)主要由CAN/LIN網(wǎng)絡(luò)組成,，發(fā)展中的汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)還有高速容錯網(wǎng)絡(luò)FlexRay、用于多媒體和導航的MOST,，以及藍牙,、無線局域網(wǎng)等無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。LIN是一種輔助的總線網(wǎng)絡(luò),，在不需要CAN總線的場合使用LIN總線可大大降低系統(tǒng)成本,。汽車大量應(yīng)用電子技術(shù)提高汽車性能水平已是不爭的事實，CAN總線的應(yīng)用也被人們所認同,，而CAN,、LIN混合網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用也將使汽車網(wǎng)絡(luò)的可靠性能和經(jīng)濟性得到很大提高[1]。
1  CAN/LIN總線概述
1.1  CAN總線協(xié)議
　　CAN(Controller Area Network)總線是一種有效支持分布式控制和實時控制的串行通信網(wǎng)絡(luò),，目前已經(jīng)在國外汽車的電器網(wǎng)絡(luò)中得到了廣泛的應(yīng)用,。CAN總線采用了許多新技術(shù)及獨特的設(shè)計，與一般的通信總線相比,，CAN總線的數(shù)據(jù)通信具有突出的可靠性,、實時性和靈活性。CAN總線是目前唯一有國際標準的現(xiàn)場總線,，它為多主方式工作,，網(wǎng)絡(luò)上任一節(jié)點均可在任意時刻主動地向網(wǎng)絡(luò)上其他節(jié)點發(fā)送信息,，而不分主從；在報文標識符上,，CAN上的節(jié)點分成不同的的優(yōu)先級,，可滿足不同的實時要求，優(yōu)先級高的數(shù)據(jù)最多可在134 μs內(nèi)得到傳輸,；CAN總線采用非破壞總線仲裁技術(shù),；CAN節(jié)點只需要通過對報文的標識符濾波即可實現(xiàn)點對點、1點對多點及全局廣播等幾種方式傳送接收數(shù)據(jù),；CAN的直接通信距離最遠可達10 km(速率在5 Kb/s以下),，通信速率最高可達1 Mb/s(此時通信距離最長為40 m)；報文采用短幀結(jié)構(gòu),，傳輸時間短,，受干擾概率低，保證了數(shù)據(jù)出錯率極低,；CAN的每幀信息都有CRC校驗及其他檢錯措施，具有極好的檢錯效果,；CAN總線的通信介質(zhì)可為雙絞線,、同軸電纜或光纖，選擇靈活,；CAN節(jié)點在錯誤嚴重的情況下具有自動關(guān)閉輸出功能,，以使總線上其他節(jié)點的操作不受影響[1-2]。

1.2 LIN總線協(xié)議
　　LIN是由BMW,、AUDI等7家公司聯(lián)合發(fā)起的1個專門用于汽車控制網(wǎng)絡(luò)的低成本的串行通信協(xié)議,。LIN總線是一種輔助的總線網(wǎng)絡(luò)，在不需要CAN總線的帶寬和多功能場合,，如智能傳感器和抽動裝置之間的通信,，使用LIN總線可大大節(jié)省成本。LIN總線為單主節(jié)點/多從節(jié)點模式,，即沒有總線仲裁,；能保證信號傳輸?shù)难舆t時間；它是帶時間同步的多點廣播接收,，從節(jié)點無需石英或陶瓷諧振器,；基于UART接口，幾乎所有的單片機都具備LIN必需的硬件,；極少的信號線即可實現(xiàn)國際標準ISO9141規(guī)定,；不需要改變LIN從節(jié)點的硬件和軟件就可以在網(wǎng)上增加節(jié)點；通常1個LIN網(wǎng)絡(luò)上節(jié)點數(shù)目小于12個,，共有64個標志符,。每個報文幀包括報頭和響應(yīng)兩部分,，報頭由主節(jié)點發(fā)送，內(nèi)有同步間歇信號,、同步字段信號和標識字段信號,；而響應(yīng)部分可能由主節(jié)點或者從節(jié)點發(fā)送，包含報文長度1~8個字節(jié)的有效載荷和1個校驗字節(jié),。對于從節(jié)點,，它需要檢測報頭數(shù)據(jù)，并根據(jù)報頭內(nèi)容決定是否接收后續(xù)數(shù)據(jù)內(nèi)容或者發(fā)送數(shù)據(jù)到總線上[1],。

2 網(wǎng)關(guān)硬件實現(xiàn)
　　1個車身控制網(wǎng)絡(luò)有很多CAN和LIN節(jié)點,，如天窗、雨刮,、座椅,、車燈及組合開關(guān)等，這些模塊節(jié)點可通過網(wǎng)關(guān)實現(xiàn)數(shù)據(jù)的相互通信,。圖1為網(wǎng)關(guān)的結(jié)構(gòu)拓撲圖,，CAN節(jié)點信號通過CAN驅(qū)動接口傳送到MCU，并經(jīng)MCU處理后把CAN信號轉(zhuǎn)換成LIN信號,，通過LIN驅(qū)動接口把信號發(fā)送到LIN總線,，控制相應(yīng)的LIN模塊動作；同樣的LIN信號經(jīng)MCU后可轉(zhuǎn)換為CAN信號,，實現(xiàn)相應(yīng)控制功能,。

2.1 中央控制器電路實現(xiàn)
　　中央控制模塊的核心是80C51單片機，在CAN通信接口中CAN控制器選用SAJ1000,，如圖2所示,。微處理器負責SJA1000的初始化，并負責整個網(wǎng)關(guān)的監(jiān)控任務(wù)及CAN總線與LIN總線的通信任務(wù),。SJA1000是一種獨立的CAN控制器,，主要用于移動目標和一般工業(yè)環(huán)境中的區(qū)域網(wǎng)絡(luò)控制，它是Philips半導體公司PCA82C200 CAN 控制器的替代產(chǎn)品,，而且還增加了1種新的操作模式—PeliCAN,，這種模式支持CAN2.0B協(xié)議。在邊線上,，SAJ1000的AD0～AD7連接到80C51的P0口,，CS連接到80C51的P2.7口。P2.7為0時,，CPU片外存儲器地址可選中SJA1000,，CPU通過這些地址可對SJA1000執(zhí)行相應(yīng)的讀/寫操作。SJA1000的RD、WR,、ALE分別與80C51單片機的對應(yīng)引腳相連,。INT引腳接80C51單片機的INT0，可通過中斷方式訪問SJA1000,。80C51單片機的10和11管腳連到LIN接口電路,，實現(xiàn)與LIN總線的通信[3]。

2.2 CAN接口驅(qū)動電路
　　CAN控制器和系統(tǒng)物理總線之間的接口采用Philips公司的CAN收發(fā)器TJA1050,，它具有對CAN總線的差動發(fā)送和接收功能,。TJA1050總線收發(fā)器與ISO11898標準完全兼容，優(yōu)化了CANH與CANL之間的耦合,，因此大大降低了信號的電磁輻射,，具有強電磁干擾下寬共模范圍的輸送接收能力，適用于汽車和工業(yè)應(yīng)用[2],。為了增強CAN通信的可靠性,，CAN總線網(wǎng)絡(luò)的2個端點通常均接有抑制反射的終端匹配電阻，如圖3所示,。匹配電阻連接在CAN-H和CAN-L之間,，終端匹配電阻的大小由傳輸電纜的特性阻抗所決定。例如雙絞線的特性阻抗為120 Ω,，則總線上的2個端點應(yīng)集成120 Ω終端電阻,。

2.3 LIN接口驅(qū)動電路
　　LIN總線接口驅(qū)動電路如圖4所示。TJA1020是1個物理媒體連接,，它是LIN主機/從機協(xié)議控制器和LIN傳輸媒體之間的接口，通過在LIN和BAT引腳之間串聯(lián)反向電流二極管和電阻實現(xiàn)主機應(yīng)用,，如圖4所示,。協(xié)議控制器輸入引腳TXD的發(fā)送數(shù)據(jù)流被LIN收發(fā)器轉(zhuǎn)換為總線信號，而且電平翻轉(zhuǎn)速率和波形都受到限制,，以減少電磁輻射,。TJ1020的接收器檢測到LIN總線上的數(shù)據(jù)流并通過RXD引腳將它傳送到協(xié)議控制器。收發(fā)器有低功耗管理模式,，它在睡眠模式中幾乎不消耗電流,，并在錯誤模式中減少功率消耗[4]。

3 系統(tǒng)軟件實現(xiàn)
　　CAN/LIN網(wǎng)關(guān)軟件主要實現(xiàn)CAN與LIN總線之間的協(xié)議轉(zhuǎn)換,，即將接收到的CAN格式報文用LIN協(xié)議進行封裝并發(fā)送到相應(yīng)的控制節(jié)點,，同時把接收到的LIN格式的報文用CAN協(xié)議進行封裝并發(fā)送到相應(yīng)節(jié)點及車身BCM模塊等完成相應(yīng)的動作，從而實現(xiàn)CAN與LIN節(jié)點的一致,、透明通信傳輸[4],。

　　為了實現(xiàn)上述通信任務(wù)，其軟件設(shè)計主要包括以下幾個部分：主監(jiān)控程序,、CAN和LIN接口芯片的初始化,、CAN報文的接收和發(fā)送及LIN報文的接收和發(fā)送,。主監(jiān)控程序負責對CAN和LIN報文的接收緩沖區(qū)進行監(jiān)視，若某一路緩沖區(qū)非空,，則向另一路轉(zhuǎn)發(fā),。程序開始時即進入程序初始化，進入初始化程序有3種方式:硬件復位,、軟件復位,、上電復位。初始化程序?qū)λ械膱笪膶ο筮M行初始化操作,。初始化后,，中央控制器采取查詢與中斷方式監(jiān)控整個系統(tǒng)，實現(xiàn)報文協(xié)議轉(zhuǎn)換,、接收與發(fā)送,。

　　基于CAN/LIN網(wǎng)關(guān)的汽車CAN、LIN混合網(wǎng)絡(luò),，不僅可以有效地降低汽車整車成本,，而且可減小總線的使用率，并可實現(xiàn)整個網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信的一致性,、透明性,。隨著汽車電子技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展趨勢，低成本的CAN/LIN混合網(wǎng)絡(luò)將會得到越來越廣泛的應(yīng)用,。
參考文獻
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