基于CAN/LIN总线的车身网络控制系统
发布时间:2008/8/22 0:00:00 访问次数:478
[摘要]对can(controller area network)/lin(local interconnect network)总线做了详细介绍，设计了汽车can节点、lin节点硬件电路，完成了can/lin网关的硬件设计，lin设计目标作为can的下层网络，同can相结合构成汽车分层通信网络结构。对车身网络控制节点软件进行了设计，该车身网络控制系统在网络通信中充分实现了数据共享。
1 前言
随着汽车电子技术及网络技术的不断发展，人们对汽车安全性、可靠性的要求也越来越高，为了解决由汽车电子元器件的增加而带来的通信问题，这就要求采用一种高速、多路、共享的汽车通信网络。
目前，已经开发出多种总线，如can（controller area network）控制器局域网[1]，lin（local interconnect network）局域互联网[2]，flexray，most等。但can和lin构成目前汽车上最广泛的总线形式。
2 can总线介绍
20世纪80年代末，德国博世公司为解决现代汽车中众多控制单元、测试仪器之间的实时数据交换而开发了一种串行通信协议can[1]，并使其成为国际标准（iso11898）。到目前为止，世界上已拥有20多家can总线控制器芯片生产商，110多种can总线协议控制器芯片和集成can总线协议控制器的微控制器芯片。
can总线由于采用了独特的设计和新的技术，与一般的通信总线相比，它具有突出的可靠性、实时性和灵活性。can采用多主工作方式，成本低，且具有极高的总线利用率；can总线具有可靠的错误处理和检错机制，采用短帧结构，传输时间短，受干扰的概率低；采用非破坏性总线仲裁技术，节点在错误严重的情况下具有自动退出功能。
3 lin总线介绍
1998年，audi、motorola、bmw、daimlerchrysler 、vct、volvo和volkswagen七家公司联合提出了新型a类总线[3-5]——lin（local interconnect network）。lin是一种低成本短距离的低速网络，它旨在传送开关设置和传感器输入等状态的变化，并对这种变化做出响应，因此它只适用于对传送时间要求不高的低速事件，并不适用于发动机控制等高速事件。
lin总线有其独特的特点，它成本低，基于通用的uart/sci接口；lin的传输速率可高达20kb/s，总线长度最大可以达到40m；采用单主多从模式，不需要总线仲裁；在从节点中不需要晶体振荡器和陶瓷振荡器时钟就能实现自同步：可预先计算确定性信号的传播时间；无需改变lin从节点的硬件和软件就可以在网络上增加或删除节点等。
3整车系统通信网络设计
整车系统通信网络以can总线为主，lin总线为辅，can和lin在汽车通信网络中相互结合应用共同构架汽车整车系统通信网络。汽车上各个控制系统对网络信息的传输延迟比较敏感，如发动机控制、变速箱控制、安全气囊控制、asr/abs/esp控制、牵引力控制等对网络信息传输的实时性要求较高，需要采用高速can总线，其传输速率高达500kbps～1mbps；空调控制、仪表控制、雨刷控制、照明控制、门窗控制等需要采用低速lin总线，其传输速率为20kbps。低速lin总线对信息传输的实时性要求不高，但子系统数量较多，将这些低速子系统与高速子系统分开，有利于保证高速子系统的实时性，同时还可以降低成本。基于上述考虑，汽车整车can/lin总线网络拓扑结构图如图1所示。
can和lin总线相互独立，通过主控制器（can/lin网关）进行数据共享和数据交换。主控制器也是整车管理系统的核心，它的主要功能就是分析处理各种信息并发出指令，还起到协调汽车各个控制单元及电器设备工作的作用。
4 系统软硬件设计
4.1 can/lin接口设计
can/lin网络中有很多的can节点和lin节点，它们通过一个can/lin接口网关实现can/lin网络之间的数据通信。can/lin总线接口设计如图2所示，通过can/lin总线的接口，can、lin数据通过中央控制器可以相互转换，当lin数据帧需要传输到can网络时，控制器网关收到lin总线数据帧后就会将lin标志符转换成can标志符，这样数据就从lin总线传输到了can总线，反之数据也可以从can总线传输到lin总线。
4.2 can通信网络硬件设计
为can总线通信接口卡电路原理图，系统采用p87c591芯片作为主控制器。电控单元的微控制器（p87c591）通过数据总线经过光电隔离器（6n137）与can总线控制器（sja1000）直接相连。can总线控制器带有一个接收缓冲器和一个发送缓冲器，can总线控制器的发送端口tx0，接受端口rx0、rx1分别与can总线发送接收器的txd、rxd、vref端口直接相连，can总线的两条差分接收发送线can_l和can_h各接一个120 的总线匹配电阻。当can总线被某个节点占用的时候，该节点的发送端接can_h，电平为3.5v，接收端接can_l，电平为1.5v，当can总线空闲时，can_h和can_l上的电平均为2.5v。
系统采用pca82c250作为can控制器p87c591和物理层总线间的接口，提供对总线发送和接收数据。使用pca82c250还可以提高系统得抗干扰能力，保护总线，降低射频干扰，实现热防护
[摘要]对can(controller area network)/lin(local interconnect network)总线做了详细介绍，设计了汽车can节点、lin节点硬件电路，完成了can/lin网关的硬件设计，lin设计目标作为can的下层网络，同can相结合构成汽车分层通信网络结构。对车身网络控制节点软件进行了设计，该车身网络控制系统在网络通信中充分实现了数据共享。
1 前言
随着汽车电子技术及网络技术的不断发展，人们对汽车安全性、可靠性的要求也越来越高，为了解决由汽车电子元器件的增加而带来的通信问题，这就要求采用一种高速、多路、共享的汽车通信网络。
目前，已经开发出多种总线，如can（controller area network）控制器局域网[1]，lin（local interconnect network）局域互联网[2]，flexray，most等。但can和lin构成目前汽车上最广泛的总线形式。
2 can总线介绍
20世纪80年代末，德国博世公司为解决现代汽车中众多控制单元、测试仪器之间的实时数据交换而开发了一种串行通信协议can[1]，并使其成为国际标准（iso11898）。到目前为止，世界上已拥有20多家can总线控制器芯片生产商，110多种can总线协议控制器芯片和集成can总线协议控制器的微控制器芯片。
can总线由于采用了独特的设计和新的技术，与一般的通信总线相比，它具有突出的可靠性、实时性和灵活性。can采用多主工作方式，成本低，且具有极高的总线利用率；can总线具有可靠的错误处理和检错机制，采用短帧结构，传输时间短，受干扰的概率低；采用非破坏性总线仲裁技术，节点在错误严重的情况下具有自动退出功能。
3 lin总线介绍
1998年，audi、motorola、bmw、daimlerchrysler 、vct、volvo和volkswagen七家公司联合提出了新型a类总线[3-5]——lin（local interconnect network）。lin是一种低成本短距离的低速网络，它旨在传送开关设置和传感器输入等状态的变化，并对这种变化做出响应，因此它只适用于对传送时间要求不高的低速事件，并不适用于发动机控制等高速事件。
lin总线有其独特的特点，它成本低，基于通用的uart/sci接口；lin的传输速率可高达20kb/s，总线长度最大可以达到40m；采用单主多从模式，不需要总线仲裁；在从节点中不需要晶体振荡器和陶瓷振荡器时钟就能实现自同步：可预先计算确定性信号的传播时间；无需改变lin从节点的硬件和软件就可以在网络上增加或删除节点等。
3整车系统通信网络设计
整车系统通信网络以can总线为主，lin总线为辅，can和lin在汽车通信网络中相互结合应用共同构架汽车整车系统通信网络。汽车上各个控制系统对网络信息的传输延迟比较敏感，如发动机控制、变速箱控制、安全气囊控制、asr/abs/esp控制、牵引力控制等对网络信息传输的实时性要求较高，需要采用高速can总线，其传输速率高达500kbps～1mbps；空调控制、仪表控制、雨刷控制、照明控制、门窗控制等需要采用低速lin总线，其传输速率为20kbps。低速lin总线对信息传输的实时性要求不高，但子系统数量较多，将这些低速子系统与高速子系统分开，有利于保证高速子系统的实时性，同时还可以降低成本。基于上述考虑，汽车整车can/lin总线网络拓扑结构图如图1所示。
can和lin总线相互独立，通过主控制器（can/lin网关）进行数据共享和数据交换。主控制器也是整车管理系统的核心，它的主要功能就是分析处理各种信息并发出指令，还起到协调汽车各个控制单元及电器设备工作的作用。
4 系统软硬件设计
4.1 can/lin接口设计
can/lin网络中有很多的can节点和lin节点，它们通过一个can/lin接口网关实现can/lin网络之间的数据通信。can/lin总线接口设计如图2所示，通过can/lin总线的接口，can、lin数据通过中央控制器可以相互转换，当lin数据帧需要传输到can网络时，控制器网关收到lin总线数据帧后就会将lin标志符转换成can标志符，这样数据就从lin总线传输到了can总线，反之数据也可以从can总线传输到lin总线。
4.2 can通信网络硬件设计
为can总线通信接口卡电路原理图，系统采用p87c591芯片作为主控制器。电控单元的微控制器（p87c591）通过数据总线经过光电隔离器（6n137）与can总线控制器（sja1000）直接相连。can总线控制器带有一个接收缓冲器和一个发送缓冲器，can总线控制器的发送端口tx0，接受端口rx0、rx1分别与can总线发送接收器的txd、rxd、vref端口直接相连，can总线的两条差分接收发送线can_l和can_h各接一个120 的总线匹配电阻。当can总线被某个节点占用的时候，该节点的发送端接can_h，电平为3.5v，接收端接can_l，电平为1.5v，当can总线空闲时，can_h和can_l上的电平均为2.5v。
系统采用pca82c250作为can控制器p87c591和物理层总线间的接口，提供对总线发送和接收数据。使用pca82c250还可以提高系统得抗干扰能力，保护总线，降低射频干扰，实现热防护
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