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(zhuǎn)速、油門踏板、儀表等。最后，通過對CAN/LIN信號結(jié)果的測試和分析，驗證CAN/LIN混合網(wǎng)絡(luò)的可行性，完成了CAN/LIN混合網(wǎng)絡(luò)通信。

關(guān)鍵詞：CAN總線；LIN總線；混合總線結(jié)構(gòu)

中圖分類號：TP393 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2017）31-0020-02

CAN是在汽車上應(yīng)用最廣泛的網(wǎng)絡(luò)，而LIN是近幾年出現(xiàn)的一種低成本汽車網(wǎng)絡(luò)，兩者在實際應(yīng)用中不是競爭關(guān)系而是互補關(guān)系，CAN/LIN混合網(wǎng)絡(luò)能夠在不影響網(wǎng)絡(luò)性能的前提下降低網(wǎng)絡(luò)成本。因此，針對此兩類總線進行應(yīng)用研究在目前有很大的意義。

1 CAN/LIN總線結(jié)構(gòu)

由于CAN和LIN是不同的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，兩者之間的通信需要網(wǎng)關(guān)（gateway）來完成。汽車網(wǎng)關(guān)是汽車上連接異型網(wǎng)絡(luò)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(yīng)用層上對雙方不同的協(xié)議進行翻譯和解釋 。網(wǎng)關(guān)主要“處理”有關(guān)下面三部分的內(nèi)容：從第一個網(wǎng)絡(luò)讀取所接收的信息，翻譯信息，向第二個網(wǎng)絡(luò)發(fā)送信息。如果有必要，這個處理過程應(yīng)該是可逆的，亦即雙向的通信。CAN/LIN網(wǎng)關(guān)的模型如圖1所示。

2 CAN/LIN總線硬件設(shè)計

2.1 CAN/LIN網(wǎng)關(guān)硬件結(jié)構(gòu)

CAN/LIN網(wǎng)關(guān)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(shè)計中網(wǎng)關(guān)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(nèi)部，所以CAN電路的設(shè)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 1898標(biāo)準(zhǔn)，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(yīng)用來說是相當(dāng)必要的，因此，DZ60與TJAl050之間無須再附加電壓轉(zhuǎn)換電路，能夠直接連接。

2.3 LIN總線收發(fā)器TJAl020

LIN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之間無須再附加電壓轉(zhuǎn)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(shè)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(shè)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(luò)的測試與開發(fā)，為了實現(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)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(shè)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(luò)上，才能發(fā)送出去，否則將產(chǎn)生錯誤中斷，但與網(wǎng)絡(luò)中是否有符合的標(biāo)識符ID節(jié)點無關(guān)。

（3） CAN總線兩端應(yīng)該接有兩個120歐的電阻，這對于匹配總線阻抗起著相當(dāng)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(yīng)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(jié)果看，在長時間的通訊中，網(wǎng)絡(luò)的通信都能保證100%的正確率。

可以驗證CAN/L工N網(wǎng)關(guān)通信的可靠性較高。而數(shù)據(jù)傳輸時間的測量結(jié)果，證明通信網(wǎng)絡(luò)的實時性是符合系統(tǒng)要求的。這說明，本課題構(gòu)建的CAN/LIN混合通信網(wǎng)絡(luò)在電梯系統(tǒng)的應(yīng)用是合理和成功的。

4 總結(jié)

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(luò)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(luò)CAN和LIN的組網(wǎng)技術(shù)，目的是在汽車上組建一個實用的CAN/LIN混合網(wǎng)絡(luò)，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(luò)應(yīng)用方面的研發(fā)，進一步完善了對CAN，LIN混合網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)技術(shù)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(shù)在汽車中的應(yīng)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(yīng)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(shù)[M].北京，北京理工大學(xué)出版社，2005.

[4] 趙雙，孫天健.LIN 總線技術(shù)及其在汽車電子中的應(yīng)用[M].北京汽車， 2007（3）：44-46.

[5] 黃曲菜，唐厚君，孟祥群.基于CAN總線/LIN總線的車身控制系統(tǒng)[J].工業(yè)控制計算機， 2004，17（10）.