嵌入式系统/ARM技术中的基于单片机的某车型CAN总线系统设计
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2020-12-06
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嵌入式系统嵌入式系统/ARM技术中的基于单片机的某车型技术中的基于单片机的某车型CAN总线系统总线系统
设计设计
摘要：简要介绍了AT90CAN 28的功能特点，讲述了AT90CAN128中CAN控制器的原理及使用方法，针对所设
计车型CAN总线控制系统的构成特点，制定了通信协议，并以联合制动单元为具体实例，对其设计过程进行了
详细的描述，使读者能更加深刻地体会到这款单片机的特别之处。 关键词：AT90CAN128；单片机；CAN
总线；联合制动；通讯协议 引言 现场总线技术[1]是目前自动化控制领域发展比较迅速的一门技术，其中
CAN（Controller Area Network）总线[2]是在国际上应用最广泛的现场总线之一。近几年随着汽车电子行业的发
展，现代汽车中CAN总线已经成为必须采用的装
摘要：简要介绍了AT90CAN 28的功能特点，讲述了AT90CAN128中CAN控制器的原理及使用方法，针对所设计车型
CAN总线控制系统的构成特点，制定了通信协议，并以联合制动单元为具体实例，对其设计过程进行了详细的描述，使读者
能更加深刻地体会到这款单片机的特别之处。
关键词：AT90CAN128；单片机；CAN总线；联合制动；通讯协议
引言
现场总线技术
[1]
是目前自动化控制领域发展比较迅速的一门技术，其中CAN（Controller Area Network）总线
[2]
是在国际
上应用最广泛的现场总线之一。近几年随着汽车电子行业的发展，现代汽车中CAN总线已经成为必须采用的装置之一。本文
以ATMEL公司新近生产的一款内置CAN控制器的单片机——AT90CAN128为基础，设计了一款车载CAN总线系统，通过CAN
智能测控仪表对车中部分单元参数量进行实时监控，使各单元之间协调运转。另外，传输线束大大简化，可靠性得到了极大的
提高，有效节约了线束安装空间和系统成本。
1 AT90CAN128特性概述
1．1 基本特性
AT90CAN128
[3]
是基于AVR RISC结构的8位低功耗CMOS微处理器，它采用了先进的指令集以及单周期指令执行时间，
其数据吞吐率高达1 MIPS/MHz，其内核具有丰富的指令集和32个通用工作寄存器。所有寄存器都直接与ALU相连接。通过将
8位RISC CPU与系统内可编程的Flash集成在一个芯片内，为许多嵌入式控制应用提供了灵活而低成本的方案。
1．2 内置CAN控制器概述
AT90CAN128内置有完全符合CAN2.0A和2.0B标准协议的CAN控制器。采用MOb（消息对象）方式进行数据的发送和接
收，共有15个MOb，它们具有相同的属性：有11位标识符（2.0A协议），也可扩展至29位（2.0B议）；8位数据缓冲（静态
分配）；Tx，Rx帧
缓冲或自动响应配置；时间标识。
MOb是一个CAN消息帧的描述符。它包括处理一个CAN消息帧的所有信息。这意味着一个MOb可以看成一个对象，来描
述一条CAN消息。MOb的数目是从0到14。它们相互独立，但在多重比较的时候，低位的MOb会获得优先权。每个MOb都被
安置在一个页中来保存。页的序号就是MOb的序号。
2 车载CAN总线控制系统
[4]
的设计
由于对实时性要求比较高，所以采用高速CAN总线，信息传输速度为500kbps，连接的主要对象有：驾驶员计算机、发动
机、自动变速器、安全气囊、仪表信号采集系统、联合制动系统等。由于各个节点作用不同，所以在硬件搭建和软件设计以及
通信协议的制定上都采用了相应的方案。下面以联合制动单元为例，做具体分析。
联合制动单元接收由驾驶员计算机终端发送的CAN总线消息命令，根据对液力制动扭矩、机械制动扭矩、合成扭矩等参
数进行检测的状态，经过电液控制算法计算，实现前驱、后驱制动控制。对正常制动回路油位、紧急制动回路油位的报警等信
息，通过CAN总线反馈给驾驶员计算机终端。
2．1 联合制动单元硬件电路组成
以AT90CAN128单片机作为控制系统核心，外围设有8路光隔模拟量输入、4路模拟量输出、多路光隔开关量输入、输
出、LED报警及CAN总线收发器，总线的接口芯片选用的是Philips公司的PCA82C250。
2．2 通信协议制定
2．2．1 各终端消息标识符的定义
采用CAN扩展帧的29位标识符进行定义，其中P为3位优先级；R为保留扩展位；8位的BW为报文类型代码；8位的BD为
目标地址或报文类型扩展码；8位的BY为发送报文源地址。部分设备节点名称和分配地址如下：主驾驶员终端地址10、副驾驶
员终端地址20、联合制动单元地址30。
2．2．2 各消息类型和命令值内容的定义
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