CAN總線在汽車控制系統中的研究與應用

一、引言

隨著汽車計算機控制技術的不斷發展，現代汽車上的計算機控制系統越來越多，聯系也越來越緊密。如發動機控制、變速控制、制動防抱死控制、安全氣囊控制、照明控制、空調控制、儀表管理等。原來的汽車上這些計算機控制單元之間往往沒有通過總線構成網絡，而是獨立進行控制，或者相關控制單元通過串行口進行聯系。現在很多汽車采用CAN（Controller Area Network）總線將它們聯系起來，但是現代汽車計算機控制單元多，各控制單元對系統響應時間的要求不一樣。有些系統對實時性要求很高，系統指令發出以后如果得不到執行器的及時響應，就可能造成嚴重后果甚至車毀人亡，如制動防抱死控制單元、安全氣囊等；而有些系統如照明控制、空調控制等對系統的響應時間要求就相對較低。

由于計算機控制單元越來越多，采用單網絡CAN總線負荷很重，筆者通過分別構造高、低速CAN網絡，對實時性要求高的計算機控制單元采用高速CAN網絡傳輸；其它采用低速CAN網絡傳輸，并采用微控制器兼作網關。使得傳輸線束大大簡化，可靠性大大提高。

二，CAN總線的技術特性

CAN（Controller Area Network）總線是一種串行多主站控制器局域網總線。它具有很高的網絡安全性、通訊可靠性和實時性，簡單實用，網絡成本低。特別適用于汽車計算機控制系統和環境溫度惡劣、電磁輻射強和振動大的工業環境。通訊媒體可以是雙絞線、同軸電纜或光導纖維，數據傳輸速率可達1 Mbits/s（此時通信距離最長為40m）。CAN總線還廣泛應用于汽車、船舶、機器人、樓宇自動化等場合。

自CAN總線問世以來，為滿足CAN總線協議的多種應用需要，相繼出現了幾種高層協議。目前大多數基于CAN總線的網絡都采用CAN總線的高層協議。CANopen, DeviceNet和SDS是通常采用的高層協議，適用于任何類型的工業控制局域網應用場合，而CAL則應用于基于標準應用層通訊協議的優化控制場合，SAEJ1939則應用于卡車和重型汽車計算機控制系統。

三，基于P87C591的汽車計算機控制

（一） P87C591

P8xC591是一個單片8位高性能微控制器，具有片內CAN控制器，從80C51微控制器家族派生而來。它采用了強大的80C51指令集并成功的包括了Philips半導體SJA1000 CAN控制器的PeliCAN功能。全靜態內核提供了擴展的節電方式。振蕩器可停止和恢復而不會丟失數據。改進的1：1內部時鐘預分頻器在12MHz外部時鐘速率時實現500ns指令周期。微控制器以先進的CMOS工藝制造，并設計用于汽車和通用的工業應用。除了80C51的標準特性之外，器件還為這些應用提供許多專用的硬件功能。P8xC591組合了P87C554（微控制器）和SJA 1000（獨立的CAN控制器）的功能，并具有下面的增強特性：增強的CAN接收中斷；擴展的驗收濾波器；驗收濾波器可“change on the fly”。