摘要：隨著汽車電子技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，汽車上的電子設(shè)備越來(lái)越多，人們對(duì)汽車安全性、可靠性的要求也越來(lái)越高，為解決由汽車電子元器件的增加而帶來(lái)的通信問(wèn)題，要求采用一種高速、多路、共享的汽車通信網(wǎng)絡(luò)，文章主要從車身網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)方面介紹了CAN總線的應(yīng)用。
　　關(guān)鍵詞：CAN/LIN總線；總線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)；CAN/LIN總線軟硬件設(shè)計(jì)
　　
　　一、CAN/LIN總線介紹
　　1.CAN總線
　　20世紀(jì)80年代末，德國(guó)BOSCH（博世）公司為解決現(xiàn)代汽車中眾多控制單元、測(cè)試儀器之間的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換，提出最初用于汽車電子裝置互聯(lián)的控制器局域網(wǎng)——CAN串行通信總線系統(tǒng)，之后被汽車行業(yè)和控制領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，已成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)（ISO11898）。到目前為止，世界上已擁有20多家CAN總線控制器芯片生產(chǎn)商，110多種CAN總線協(xié)議控制器芯片和集成CAN總線協(xié)議控制器的微控制器芯片。
　　CAN總線由于采用了獨(dú)特的設(shè)計(jì)和新的技術(shù)，與一般的通信總線相比，具有突出的可靠性、實(shí)時(shí)性和靈活性。CAN采用多主工作方式，成本低，且具有極高的總線利用率；CAN總線具有可靠的錯(cuò)誤處理和檢錯(cuò)機(jī)制，采用短幀結(jié)構(gòu)，傳輸時(shí)間短，受干擾的概率低；采用非破壞性總線仲裁技術(shù)，節(jié)點(diǎn)在錯(cuò)誤嚴(yán)重的情況下具有自動(dòng)退出功能。
　　2.LIN總線
　　1998年，Audi、Motorola、BMW、DaimlerChrysler、VCT、Volvo和Volkswagen七家公司聯(lián)合提出了新型A類總線——LIN（Local Interconnect Network）。LIN是一種低成本短距離的低速網(wǎng)絡(luò)，旨在傳送開(kāi)關(guān)設(shè)置和傳感器輸入等狀態(tài)的變化，并對(duì)這種變化做出響應(yīng)，因此它只適用于對(duì)傳送時(shí)間要求不高的低速事件，并不適用于發(fā)動(dòng)機(jī)控制等高速事件。
　　LIN總線成本低，基于通用的UART/SCI接口，LIN的傳輸速率可高達(dá)20Kb/s，總線長(zhǎng)度最大可以達(dá)到40m；采用單主多從模式，不需要總線仲裁；在從節(jié)點(diǎn)中不需要晶體振蕩器和陶瓷振蕩器時(shí)鐘就能實(shí)現(xiàn)自同步；可預(yù)先計(jì)算確定性信號(hào)的傳播時(shí)間；無(wú)需改變LIN從節(jié)點(diǎn)的硬件和軟件就可以在網(wǎng)絡(luò)上增加或刪除節(jié)點(diǎn)等等。
　　二、整車系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)
　　因汽車上各種電器對(duì)網(wǎng)絡(luò)信息傳輸延遲敏感性差別很大，整車系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)以CAN總線為主，LIN總線為輔，其中發(fā)動(dòng)機(jī)控制器、自動(dòng)變速器控制器、ABS控制器、安全氣囊控制器等之間協(xié)調(diào)關(guān)系所要求實(shí)時(shí)性很強(qiáng)，需要采用高速CAN總線，其傳輸速率高達(dá)500kbps～1Mbps；而空調(diào)控制、儀表控制、雨刷控制、門窗控制、前后車燈開(kāi)關(guān)、車門開(kāi)閉、座位調(diào)節(jié)等簡(jiǎn)單事件對(duì)信息傳輸延遲要求要寬松得多（傳輸延遲允10ms-100ms），可采用低速LIN總線，其傳輸速率為20kbps。
　　低速LIN總線對(duì)信息傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性要求不高，但子系統(tǒng)數(shù)量較多，將這些低速子系統(tǒng)與高速子系統(tǒng)分開(kāi)，有利于保證高速子系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，同時(shí)還可以降低成本。因?yàn)镃AN和LIN總線相互獨(dú)立，通過(guò)主控制器（CAN/LIN網(wǎng)關(guān)）即可進(jìn)行數(shù)據(jù)共享和數(shù)據(jù)交換。主控制器也是整車管理系統(tǒng)的核心，它的主要功能就是分析處理各種信息并發(fā)出指令，還起到協(xié)調(diào)汽車各個(gè)控制單元及電器設(shè)備工作的作用。
　　三、CAN/LIN總線硬件設(shè)計(jì)
　　1.CAN/LIN總線接口設(shè)計(jì)
　　CAN網(wǎng)絡(luò)中有很多的CAN節(jié)點(diǎn)，CAN節(jié)點(diǎn)就是車上的各種控制器單元（ECU），它們通過(guò)一個(gè)CAN接口網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)CAN網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)通信。通過(guò)CAN/LIN總線的接口，CAN、LIN數(shù)據(jù)通過(guò)中央控制器可以相互轉(zhuǎn)換，當(dāng)LIN數(shù)據(jù)幀需要傳輸?shù)紺AN網(wǎng)絡(luò)時(shí)，控制器網(wǎng)關(guān)收到LIN總線數(shù)據(jù)幀后就會(huì)將LIN標(biāo)志符轉(zhuǎn)換成CAN標(biāo)志符，這樣數(shù)據(jù)就從LIN總線傳輸?shù)搅薈AN總線，反之?dāng)?shù)據(jù)也可以從CAN總線傳輸?shù)絃IN總線。CAN/LIN總線接口設(shè)計(jì)如下圖所示：
　　目前的發(fā)展趨勢(shì)是把CAN接口、發(fā)送/接收器與微控制器集成到一個(gè)芯片上，也就是單芯片CAN節(jié)點(diǎn)。例如：一個(gè)芯片加上一點(diǎn)輔助電路構(gòu)成的控制單元，這種結(jié)構(gòu)比較適合功能較簡(jiǎn)單的控制單元。
　　2.CAN通信網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)計(jì)
　　圖3為CAN總線通信接口卡電路原理圖，系統(tǒng)采用P87C591芯片作為主控制器。電控單元的微控制器（P87C591）通過(guò)數(shù)據(jù)總線經(jīng)過(guò)光電隔離器（6N137）與CAN總線控制器（SJA1000）直接相連。CAN總線控制器帶有一個(gè)接收緩沖器和一個(gè)發(fā)送緩沖器，CAN總線控制器的發(fā)送端口Tx0，接受端口Rx0、Rx1分別與CAN總線發(fā)送接收器的TxD、RxD、Vref端口直接相連，CAN總線的兩條差分接收發(fā)送線CAN_L和CAN_H各接一個(gè)120Ω的總線匹配電阻。當(dāng)CAN總線被某個(gè)節(jié)點(diǎn)占用的時(shí)候，該節(jié)點(diǎn)的發(fā)送端接CAN_H，電平為3.5V，接收端接CAN_L，電平為1.5V，當(dāng)CAN總線空閑時(shí)，CAN_H和CAN_L上的電平均為2.5V。
　　四、CAN/LIN總線軟件設(shè)計(jì)
　　CAN通信接口模塊程序主要包括三部分：初始化子程序、發(fā)送子程序（包括中斷服務(wù)程序）和接收子程序。程序開(kāi)始時(shí)即進(jìn)入程序初始化，進(jìn)入初始化程序有三種方式：一是硬件復(fù)位，二是軟件復(fù)位，三是上電復(fù)位。初始化程序會(huì)對(duì)所有的報(bào)文對(duì)象進(jìn)行初始化操作（所有值設(shè)置為0）。初始化結(jié)束之后，程序開(kāi)始讀取開(kāi)關(guān)狀態(tài)，進(jìn)入CAN發(fā)送子程序，在CAN發(fā)送子程序中，只有當(dāng)發(fā)送緩沖器為空時(shí)才可以發(fā)送數(shù)據(jù)，否則，將會(huì)等待直到發(fā)送緩沖器為空。接收子程序從接收緩沖器中讀取接收數(shù)據(jù)，經(jīng)程序處理后即可接收。
　　LIN通信接口模塊程序也主要包括三部分：LIN初始化子程序、發(fā)送子程序（包括中斷服務(wù)程序）和接收子程序。在初始化階段，對(duì)LIN收發(fā)器進(jìn)行配置并將協(xié)議處理其變量賦初值。同CAN主節(jié)點(diǎn)軟件發(fā)送子程序一樣，只有在發(fā)送緩沖器為空時(shí)才可以發(fā)送數(shù)據(jù)。中央控制器節(jié)點(diǎn)是LIN總線的主節(jié)點(diǎn)，其他的都為從節(jié)點(diǎn)，所有的LIN幀都由主節(jié)點(diǎn)發(fā)送，且主節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)LIN節(jié)點(diǎn)的監(jiān)控和管理。
　　五、結(jié)論
　　目前，CAN總線作為一種可靠的汽車計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)總線已經(jīng)在許多汽車上得到應(yīng)用，并且我國(guó)許多的學(xué)者和廠家也都在研究開(kāi)發(fā)國(guó)產(chǎn)的CAN總線。與CAN相比，LIN的成本較低，可作為低速CAN總線的替代產(chǎn)品，在汽車總線控制中也得到了應(yīng)用。
　　參考文獻(xiàn)：
　　［1］ 袁文燕，遲瑞娟.基于CAN-LIN總線的汽車車身網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)［J］.拖拉機(jī)與農(nóng)用運(yùn)輸車，2006，33（6）.
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