嵌入式系统/ARM技术中的基于CAN/LIN总线的车身网络控制系统
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2020-11-18
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嵌入式系统嵌入式系统/ARM技术中的基于技术中的基于CAN/LIN总线的车身网络控制总线的车身网络控制
系统系统
[摘要]对CAN(Controller Area Network)/LIN(Local Interconnect Network)总线做了详细介绍，设计了汽车CAN节
点、LIN节点硬件电路，完成了CAN/LIN网关的硬件设计，LIN设计目标作为CAN的下层网络，同CAN相结合构
成汽车分层通信网络结构。对车身网络控制节点软件进行了设计，该车身网络控制系统在网络通信中充分实现
了数据共享。 1 前言 随着汽车电子技术及网络技术的不断发展，人们对汽车安全性、可靠性的要求也越来
越高，为了解决由汽车电子元器件的增加而带来的通信问题，这就要求采用一种高速、多路、共享的汽车通信
网络。 目前，
[摘要]对CAN(Controller Area Network)/LIN(Local Interconnect Network)总线做了详细介绍，设计了汽车CAN节点、LIN
节点硬件电路，完成了CAN/LIN网关的硬件设计，LIN设计目标作为CAN的下层网络，同CAN相结合构成汽车分层通信网络结
构。对车身网络控制节点软件进行了设计，该车身网络控制系统在网络通信中充分实现了数据共享。
1 前言
随着汽车电子技术及网络技术的不断发展，人们对汽车安全性、可靠性的要求也越来越高，为了解决由汽车电子元器件的
增加而带来的通信问题，这就要求采用一种高速、多路、共享的汽车通信网络。
目前，已经开发出多种总线，如CAN（Controller Area Network）控制器局域网[1]，LIN（Local Interconnect Network）
局域互联网[2]，FlexRay，Most等。但CAN和LIN构成目前汽车上最广泛的总线形式。
2 CAN总线介绍
20世纪80年代末，德国博世公司为解决现代汽车中众多控制单元、测试仪器之间的实时数据交换而开发了一种串行通信
协议CAN[1]，并使其成为国际标准（ISO11898）。到目前为止，世界上已拥有20多家CAN总线控制器芯片生产商，110多种
CAN总线协议控制器芯片和集成CAN总线协议控制器的微控制器芯片。
CAN总线由于采用了独特的设计和新的技术，与一般的通信总线相比，它具有突出的可靠性、实时性和灵活性。CAN采
用多主工作方式，成本低，且具有极高的总线利用率；CAN总线具有可靠的错误处理和检错机制，采用短帧结构，传输时间
短，受干扰的概率低；采用非破坏性总线仲裁技术，节点在错误严重的情况下具有自动退出功能。
3 LIN总线介绍
1998年，Audi、Motorola、BMW、DaimlerChrysler 、VCT、Volvo和Volkswagen七家公司联合提出了新型A类总线[3-5]
——LIN（Local Interconnect Network）。LIN是一种低成本短距离的低速网络，它旨在传送开关设置和传感器输入等状态的
变化，并对这种变化做出响应，因此它只适用于对传送时间要求不高的低速事件，并不适用于发动机控制等高速事件。
LIN总线有其独特的特点，它成本低，基于通用的UART/SCI接口；LIN的传输速率可高达20Kb/s，总线长度最大可以达到
40m；采用单主多从模式，不需要总线仲裁；在从节点中不需要晶体振荡器和陶瓷振荡器时钟就能实现自同步：可预先计算确
定性信号的传播时间；无需改变LIN从节点的硬件和软件就可以在网络上增加或删除节点等。
3整车系统通信网络设计
整车系统通信网络以CAN总线为主，LIN总线为辅，CAN和LIN在汽车通信网络中相互结合应用共同构架汽车整车系统通
信网络。汽车上各个控制系统对网络信息的传输延迟比较敏感，如发动机控制、变速箱控制、安全气囊控制、ASR/ABS/ESP
控制、牵引力控制等对网络信息传输的实时性要求较高，需要采用高速CAN总线，其传输速率高达500kbps～1Mbps；空调控
制、仪表控制、雨刷控制、照明控制、门窗控制等需要采用低速LIN总线，其传输速率为20kbps。低速LIN总线对信息传输的
实时性要求不高，但子系统数量较多，将这些低速子系统与高速子系统分开，有利于保证高速子系统的实时性，同时还可以降
低成本。基于上述考虑，汽车整车CAN/LIN总线网络拓扑结构图如图1所示。
CAN和LIN总线相互独立，通过主控制器（CAN/LIN网关）进行数据共享和数据交换。主控制器也是整车管理系统的核
心，它的主要功能就是分析处理各种信息并发出指令，还起到协调汽车各个控制单元及电器设备工作的作用。
4 系统软硬件设计
4.1 CAN/LIN接口设计
CAN/LIN网络中有很多的CAN节点和LIN节点，它们通过一个CAN/LIN接口网关实现CAN/LIN网络之间的数据通信。
CAN/LIN总线接口设计如图2所示，通过CAN/LIN总线的接口，CAN、LIN数据通过中央控制器可以相互转换，当LIN数据帧需
要传输到CAN网络时，控制器网关收到LIN总线数据帧后就会将LIN标志符转换成CAN标志符，这样数据就从LIN总线传输到了
CAN总线，反之数据也可以从CAN总线传输到LIN总线。
4.2 CAN通信网络硬件设计
为CAN总线通信接口卡电路原理图，系统采用P87C591芯片作为主控制器。电控单元的微控制器（P87C591）通过数据
总线经过光电隔离器（6N137）与CAN总线控制器（SJA1000）直接相连。CAN总线控制器带有一个接收缓冲器和一个发送
缓冲器，CAN总线控制器的发送端口Tx0，接受端口Rx0、Rx1分别与CAN总线发送接收器的TxD、RxD、Vref端口直接相
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