一種CAN-LIN混合汽車總線結構的研究與設計

1、    一種can/lin混合汽車總線結構的研究與設計    盧軍趙熠聶向前黃海波車凱蔣偉榮摘要：該文以飛思卡爾mcu9s08dz60為主控芯片，完成多路can/lin節(jié)點之間的相互通信。系統(tǒng)模擬了汽車上的總線通信功能。例如，發(fā)動機轉速、油門踏板、儀表等。最后，通過對can/lin信號結果的測試和分析，驗證can/lin混合網(wǎng)絡的可行性，完成了can/lin混合網(wǎng)絡通信。關鍵詞：can總線；lin總線；混合總線結構：tp393 ：a ：1009-3044（2017）31-0020-02can是在汽車上應用最廣泛的網(wǎng)絡，而lin是近幾年出現(xiàn)的一種低成本汽車

2、網(wǎng)絡，兩者在實際應用中不是競爭關系而是互補關系，can/lin混合網(wǎng)絡能夠在不影響網(wǎng)絡性能的前提下降低網(wǎng)絡成本。因此，針對此兩類總線進行應用研究在目前有很大的意義。1 can/lin總線結構由于can和lin是不同的網(wǎng)絡協(xié)議，兩者之間的通信需要網(wǎng)關（gateway）來完成。汽車網(wǎng)關是汽車上連接異型網(wǎng)絡的接口裝置，能在osi參考模型的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應用層上對雙方不同的協(xié)議進行翻譯和解釋 。網(wǎng)關主要“處理”有關下面三部分的內容：從第一個網(wǎng)絡讀取所接收的信息，翻譯信息，向第二個網(wǎng)絡發(fā)送信息。如果有必要，這個處理過程應該是可逆的，亦即雙向的通信。can/lin網(wǎng)關的模型如圖1所示。2 can/l

3、in總線硬件設計2.1 can/lin網(wǎng)關硬件結構can/lin網(wǎng)關把can總線和lin總線連接起來，需要完成can通信、lin通信功能，是can、lin總線之間的橋梁。本設計中網(wǎng)關的硬件原理框圖如圖2所示。2.2 can總線收發(fā)器tjal050由于can控制器已經(jīng)集成在dz60芯片內部，所以can電路的設計僅需再添加一個收發(fā)器電路即可。在協(xié)議控制器中通過一條串行數(shù)據(jù)輸出線txd和一條串行數(shù)據(jù)輸入線rxd連接到收發(fā)器，而收發(fā)器則通過它的兩個有差動接收和發(fā)送能力的總線終端canh和canl連接到總線線路。can總線收發(fā)器選用philips公司的tjal050 。tjal050完全符合iso l

4、1898標準，支持can的高速率收發(fā)，最高可達1mbit/s，電磁輻射極低，電磁抗干擾性極高，至少可連接110個節(jié)點。tjal050輸入級和3.3v以及5v的器件兼容，這一點對汽車中越來越多的低于5v的器件應用來說是相當必要的，因此，dz60與tjal050之間無須再附加電壓轉換電路，能夠直接連接。2.3 lin總線收發(fā)器tjal020lin總線收發(fā)器選用philips公司的tjal020。tjal020的波特率最高可達20kbit/s，具有低電磁輻射的高電磁抗干擾的特性，可連接16個lin節(jié)點。tjal020輸入級電平和3.3v以及5v的器件兼容，因此dz60與tjal020之間無須再附加電

5、壓轉換電路，能夠直接連接 。lin總線另外需要一個12v的電壓（圖3-5中的v?bat）作為lin總線電平信號電源。tjal020的工作模式分為睡眠、待機、正常斜率模式和低斜率模式四種，可以達到節(jié)電或減少電磁輻射干擾的目的。3 can/lin總線軟件設計和測試下面分別對can發(fā)送函數(shù)和lin發(fā)送函數(shù)進行設計分析。3.1 can發(fā)送函數(shù)發(fā)送函數(shù)cansenddata（ecannum cannum，int32u cmd，stcrxbuf+rxbuf）與接收函數(shù)正好相反，簡單地說就是向發(fā)送寄存器寫入要發(fā)送的數(shù)據(jù)，然后啟動發(fā)送。can中為了提高大量數(shù)據(jù)發(fā)送的效率，每個can控制器配有三個獨立的發(fā)送緩沖

6、寄存器，發(fā)送時要根據(jù)實際情況判斷哪個緩沖是空閑的，再把數(shù)據(jù)寫入。can在啟動發(fā)送前需要指定具體的發(fā)送緩沖和發(fā)送命令字。發(fā)送流程如圖3所示。3.2 lin發(fā)送函數(shù)發(fā)送函數(shù)根據(jù)情況發(fā)送報文頭到總線上，然后根據(jù)需要發(fā)送0、2、4、8字節(jié)數(shù)據(jù)到總線上。其處理的流程如圖4所示。3.3 波形測試can和lin的波形如圖5所示，圖5（a）是can波形圖，圖5（b）圖是lin波形圖。通過對通信網(wǎng)絡的測試與開發(fā)，為了實現(xiàn)通信網(wǎng)絡的穩(wěn)定傳輸必須注意以下幾項：（1） can總線上所有的節(jié)點的幀類型，位速率必須設置一致。（2） can總線報文信息只有在can節(jié)點連接到can總線網(wǎng)絡上，才能發(fā)送出去，否則將產(chǎn)生錯誤中斷

7、，但與網(wǎng)絡中是否有符合的標識符id節(jié)點無關。（3） can總線兩端應該接有兩個120歐的電阻，這對于匹配總線阻抗起著相當重要的作用，忽略掉它們會使數(shù)據(jù)通信的抗干擾性及可靠性大大降低，甚至無法通信。（4） lin收發(fā)器tja1020做主機應用時，必須通過串聯(lián)的外部電阻和二極管將引腳inh或引腳bat與引腳lin進行連接，主機端電阻為1k。從測試結果看，在長時間的通訊中，網(wǎng)絡的通信都能保證100%的正確率?？梢则炞Ccan/l工n網(wǎng)關通信的可靠性較高。而數(shù)據(jù)傳輸時間的測量結果，證明通信網(wǎng)絡的實時性是符合系統(tǒng)要求的。這說明，本課題構建的can/lin混合通信網(wǎng)絡在電梯系統(tǒng)的應用是合理和成功的。4 總結

8、由于汽車上各種電子單元千差萬別，目前還不能出現(xiàn)一個單一的網(wǎng)絡將所有的汽車電子單元連接起來。本課題研究的是汽車上中低端的控制網(wǎng)絡can和lin的組網(wǎng)技術，目的是在汽車上組建一個實用的can/lin混合網(wǎng)絡，以便將來在其上方便的開發(fā)眾多的電子控制單元。在課題研究期間，還針對兩個具體的項目進行了can，lin混合網(wǎng)絡應用方面的研發(fā)，進一步完善了對can，lin混合網(wǎng)絡組網(wǎng)技術的研究。對汽車上總線通信進行研究，以及對基于總線的電子控制單元的研究，無疑對中國汽車工業(yè)是有一定促進意義的。參考文獻：1 楊建軍. can總線技術在汽車中的應用j.上海汽車， 2007（6）：32-34.2 劉立峰，廖力清，凌玉華. 高低速 can 總線在汽車控制系統(tǒng)中的研究與應用j. 上海汽車，2005（9）：26-32.3 南金瑞，劉波瀾.汽車單片機及車載總線技術m.北京，北京理工大