CAN總線在汽車電子控制單元中的應(yīng)用

摘 要：隨著汽車電子的不斷發(fā)展，汽車已進(jìn)入電子控制時代，其標(biāo)志為電子控制單元（ElectricControlUnit，ECU）的廣泛應(yīng)用。現(xiàn)如今，車輛上電控單元數(shù)量不斷增加，功能越發(fā)復(fù)雜，多個處理器之間相互連接、協(xié)調(diào)工作并共享信息構(gòu)成了汽車車載互聯(lián)通信網(wǎng)絡(luò)。其中控制器局域網(wǎng)絡(luò)（ControllerAreaNetwork，CAN）是汽車中應(yīng)用較多的現(xiàn)場總線。其良好的實時性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性能很好地滿足汽車ECU之間數(shù)據(jù)通信的需要，已成為最有發(fā)展前景的現(xiàn)場總線之一。因此，帶CAN總線功能的ECU測試也將變得更加復(fù)雜。ECU功能測試屬應(yīng)用層功能測試范疇，是為了檢測ECU是否符合給定的協(xié)議規(guī)范，能否進(jìn)行正常的控制工作。這種測試在系統(tǒng)級開發(fā)中占據(jù)了很大的比重，成為應(yīng)用層測試中最為關(guān)鍵的部分。

關(guān)鍵詞：控制器局域網(wǎng)絡(luò);電子控制單元;批量測試

1 CAN總線介紹

（1）CAN總線為多主方式工作，網(wǎng)絡(luò)上任一節(jié)點均可在任意時刻主動向網(wǎng)絡(luò)上的其它節(jié)點發(fā)送信息，而不分主從，通信靈活，且無需站地址等節(jié)點信息。

（2）CAN總線采用非破壞性總線仲裁技術(shù)，當(dāng)多個節(jié)點同時向總線發(fā)送信息時，優(yōu)先級低的節(jié)點會主動退出發(fā)送，而最高優(yōu)先級的節(jié)點可不受影響地繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)，從而大大節(jié)省了總線仲裁時間，滿足實時性要求。

（3）CAN總線具有點對點、一點對多點及全局廣播傳送數(shù)據(jù)的功能。

（4）CAN總線短幀結(jié)構(gòu)，傳輸時間短，受干擾概率低，具有極好的抗干擾效果。CAN的每幀信息都有CRC校驗及其它校驗措施，保證了數(shù)據(jù)未檢出的出錯率極低。萬一某一節(jié)點出現(xiàn)嚴(yán)重錯誤，可自動脫離總線，總線上的其它操作不受影響。

（5）CAN總線只有兩根導(dǎo)線，系統(tǒng)擴(kuò)充時，可直接將新節(jié)點掛在總線上即可，因此走線少，系統(tǒng)擴(kuò)充容易，改型靈活。

（6）CAN總線的直接通信距離最遠(yuǎn)可達(dá)10km（速率小于5Kbps）;通信速率最高可達(dá)1Mb/s（此時傳輸距離小于40m）。同時，半導(dǎo)體集成電路方面當(dāng)前已經(jīng)有眾多IC供應(yīng)商可以提供高品質(zhì)汽車級的具有CAN硬件接口的單片機(jī)。如英特爾、飛思卡爾、菲利普、Microchip、西門子等。成熟的集成電路制造技術(shù)與工藝也是通訊正常工作的基礎(chǔ)。

2 總體方案設(shè)計

2.1 汽車內(nèi)部的CAN設(shè)計

正是由于CAN總線具有這些其他通信方式無法比擬的優(yōu)點，使之成為汽車控制系統(tǒng)的理想總線。并架設(shè)網(wǎng)關(guān)將這2個速率不同的2個通信網(wǎng)絡(luò)連接起來，實現(xiàn)全部節(jié)點之間的數(shù)據(jù)共享。整個汽車的CAN通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.2 CAN節(jié)點的硬件電路設(shè)計

節(jié)點的微處理器采用Atmel89S52單片機(jī)，主要負(fù)責(zé)CAN控制器的初始化，完成數(shù)據(jù)的處理及監(jiān)控數(shù)據(jù)的傳送。圖2中PCA82C250是CAN控制器與物理層總線之間的接口。PCA82C250是專門用于CAN總線收發(fā)驅(qū)動的8腳芯片，TXD、RXD引腳分別接收和發(fā)送經(jīng)驅(qū)動后的信號;雙絞線（同軸電纜）傳輸介質(zhì)分別接至CANH、CANL引腳，需要注意的是CANH、CANL之間要加上120Ω的終端匹配電阻。該器件可以提供對總線的差分發(fā)送能力和差分接收能力，具有抗汽車環(huán)境下的瞬間干擾、保護(hù)總線的功能，提高了數(shù)據(jù)的驅(qū)動能力。6N317是高速光耦實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送的光電隔離，可提高系統(tǒng)的可靠性。

2.3 CAN網(wǎng)關(guān)的硬件電路設(shè)計

網(wǎng)關(guān)的主要作用是協(xié)調(diào)各個網(wǎng)絡(luò)之間數(shù)據(jù)的共享，負(fù)責(zé)各節(jié)點之間的數(shù)據(jù)通信，其硬件結(jié)構(gòu)與CAN節(jié)點相似。由于它負(fù)責(zé)高速與低速網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)共享，所以，必須同時跨接在兩個網(wǎng)絡(luò)上。

微處理器MC9S12DP256具有5個CAN模塊。這里使用其中的2個CAN模塊：一個通過MC68376與低速網(wǎng)相連，實現(xiàn)與低速網(wǎng)的通信;另一個通過MC68376與高速網(wǎng)相連，實現(xiàn)高、低速網(wǎng)之間的通信以及對絡(luò)的管理。

3 總結(jié)

CAN總線作為汽車專用通訊網(wǎng)絡(luò)，在實時性和可靠性方面有很大的優(yōu)勢，國外幾大著名汽車生產(chǎn)廠商都采用了CAN總線技術(shù)，CAN總線正受到越來越多汽車廠商的關(guān)注。國內(nèi)汽車網(wǎng)絡(luò)的研究正處于起步發(fā)展階段，雖也有少數(shù)汽車生產(chǎn)廠商采用了CAN總線技術(shù)，但大都是引進(jìn)國外的技術(shù)，對CAN總線技術(shù)的研究和掌握和國外相比還有很大的差距。隨著CAN總線的廣泛應(yīng)用，對其研究和掌握程度逐漸加深，在不久的將來，國內(nèi)汽車必將擁有自己的CAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

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作者簡介：唐華（1991-），男，廣西桂林人，本科，試驗工程師，研究方向：汽車電子電器。