摘要：研究汽車局域網(wǎng)CAN總線在汽車中的具體應(yīng)用，實現(xiàn)采用Motorola公司16位單片機MC9S12DP256為核心的CAN節(jié)點設(shè)計。根據(jù)汽車內(nèi)部CAN網(wǎng)絡(luò)速率的不同，給出不同速率網(wǎng)絡(luò)之間實現(xiàn)通信的網(wǎng)關(guān)軟硬件設(shè)計。該系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高等特點，具有廣闊的應(yīng)用前景。

       關(guān)鍵詞：汽車內(nèi)部網(wǎng)絡(luò) CAN總線 MC9S12DP256

引 言

　　隨著車用電氣設(shè)備越來越多，從發(fā)動機控制到傳動系統(tǒng)控制，從行駛、制動、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制到安全保證系統(tǒng)及儀表報警系統(tǒng)，從電源管理到為提高舒適性而作的各種努力，使汽車電氣系統(tǒng)形成一個復(fù)雜的大系統(tǒng)，而且這一系統(tǒng)都集中在駕駛室控制。另外，隨著近年來ITS的發(fā)展，以3G（GPS、GIS和GSM）為代表的新型電子通信產(chǎn)品的出現(xiàn)，對汽車的綜合布線和信息的共享交互提出了更高的要求。

　　從布線角度分析，傳統(tǒng)的電氣系統(tǒng)大多采用點對點的單一通信方式，相互之間少有聯(lián)系，這樣必然需要龐大的布線系統(tǒng)。據(jù)統(tǒng)計，一輛采用傳統(tǒng)布線方法的高檔汽車中，其導(dǎo)線長度可達(dá)2 000 m，電氣節(jié)點達(dá)1 500個，而且根據(jù)統(tǒng)計，該數(shù)字大約每10年增長1倍，從而加劇了粗大的線束與汽車有限的可用空間之間的矛盾。無論從材料成本還是工作效率看，傳統(tǒng)布線方法都將不能適應(yīng)汽車的發(fā)展。

　　從信息共享角度分析，現(xiàn)代典型的控制單元有電控燃油噴射系統(tǒng)、電控傳動系統(tǒng)、防抱死制動系統(tǒng)（ABS）、防滑控制系統(tǒng)（ASR）、廢氣再循環(huán)控制、巡航系統(tǒng)和空調(diào)系統(tǒng)。為了滿足各子系統(tǒng)的實時性要求，有必要對汽車公共數(shù)據(jù)實行共享，如發(fā)動機轉(zhuǎn)速、車輪轉(zhuǎn)速、油門踏板位置等,但每個控制單元對實時性的要求是因數(shù)據(jù)的更新速率和控制周期不同而不同的。這就要求其數(shù)據(jù)交換網(wǎng)是基于優(yōu)先權(quán)競爭的模式，且本身具有較高的通信速率。CAN總線正是為滿足這些要求而設(shè)計的。

1 CAN簡介

　　德國Bosch 公司為解決現(xiàn)代車輛中眾多的控制和數(shù)據(jù)交換問題,開發(fā)出一種CAN(Controller Area Network)現(xiàn)場總線通信結(jié)構(gòu)。CAN總線硬件連接簡單,有良好的可靠性、實時性和性能價格比。CAN總線能夠滿足現(xiàn)代自動化通信的需要，已成為工業(yè)數(shù)據(jù)總線通信領(lǐng)域中最為活躍的一支。其主要特點
是：

　�、� CAN總線為多主站總線，各節(jié)點均可在任意時刻主動向網(wǎng)絡(luò)上的其他節(jié)點發(fā)送信息，不分主
從，通信靈活；

　�、� CAN總線采用獨特的非破壞性總線仲裁技術(shù)，優(yōu)先級高的節(jié)點優(yōu)先傳送數(shù)據(jù)，能滿足實時性要求；

　�、� 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；

　�、� CAN總線上每幀有效字節(jié)數(shù)最多為8個，并有CRC及其他校驗措施，數(shù)據(jù)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，總線上的其他操作不受影響；

　�、� 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；

　�、� CAN總線傳輸速度快，在傳輸距離小于40 m時，最大傳輸速率可達(dá)1 Mb/s；

　�、� CAN總線上的節(jié)點數(shù)主要取決于總線驅(qū)動電路,在CAN2.0B標(biāo)準(zhǔn)中,其報文標(biāo)識符幾乎不受限
制。

　　總之,CAN總線具有實時性強、可靠性高、通信速率快、結(jié)構(gòu)簡單、互操作性好、總線協(xié)議具有完善的錯誤處理機制、靈活性高和價格低廉等特點。

2 總體方案設(shè)計

　　2.1 汽車內(nèi)部CAN網(wǎng)絡(luò)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，使之成為電動汽車控制系統(tǒng)的理想
總線。

　　現(xiàn)代汽車典型的電控單元主要有主控制器、發(fā)動機控制系統(tǒng)、懸架控制系統(tǒng)、制動防抱死控制系統(tǒng)(ABS)、牽引力控制系統(tǒng)、ASR控制系統(tǒng)、儀表管理系統(tǒng)、故障診斷系統(tǒng)、中央門鎖系統(tǒng)、座椅調(diào)節(jié)系統(tǒng)、車燈控制系統(tǒng)等。所有這些子控制系統(tǒng)連接起來構(gòu)成一個實時控制系統(tǒng)——指令發(fā)出去之后，必須保證在一定時間內(nèi)得到響應(yīng)，否則，就有可能發(fā)生重大事故。這就要求汽車上的CAN通信網(wǎng)絡(luò)有較高的波特率設(shè)置。另外，汽車在實際運行過程中，眾多節(jié)點之間需要進(jìn)行大量的實時數(shù)據(jù)交換。若整個汽車的所有節(jié)點都掛在一個CAN網(wǎng)絡(luò)上，眾多節(jié)點通過一條CAN總線進(jìn)行通信，信息管理配置稍有不當(dāng)，就很容易出現(xiàn)總線負(fù)荷過大，導(dǎo)致系統(tǒng)實時響應(yīng)速度下降的情況。這在實時系統(tǒng)中是不允許的，因此在對汽車上各節(jié)點的實時性進(jìn)行了分析之后，根據(jù)各節(jié)點對實時性的要求，設(shè)計了高、中、低速三個速率不同的CAN通信網(wǎng)絡(luò)，將實時性要求嚴(yán)格的節(jié)點組成高速CAN通信網(wǎng)絡(luò)，將其他實時性要求相對較低的節(jié)點組成中速CAN通信網(wǎng)絡(luò)，將剩下實時性要求不是很嚴(yán)格的節(jié)點組成低速CAN通信網(wǎng)絡(luò)。并架設(shè)網(wǎng)關(guān)將這三個速率不同的三個通信網(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。