【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 期階段中早期的汽車網(wǎng)絡(luò)中，各個(gè)廠商都用自己的標(biāo)準(zhǔn)， 大基于 CAN 總線的汽車車燈控制網(wǎng)絡(luò)的軟件設(shè)計(jì) 2 家都想在這個(gè)領(lǐng)域稱雄稱霸 軍閥割據(jù)，導(dǎo)致沒(méi)有一 個(gè) 大家都認(rèn)同的 標(biāo)準(zhǔn)出現(xiàn)。這給用戶帶來(lái)了很大的麻煩。每個(gè)用戶都要自己定義 繁瑣的 通信協(xié)議 用來(lái) 串行通信的發(fā)送和接收器。沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。汽車網(wǎng)路急需建立相互之間的聯(lián)系。因?yàn)檎麄€(gè)行業(yè)的發(fā)展需要大家聯(lián)合，協(xié)助建立一個(gè)被大家接收的協(xié)議。 汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展歷史 汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研究與應(yīng)用的初期輝煌在 1990，當(dāng)時(shí)各個(gè) 有實(shí)力重視研發(fā)的 汽車 生產(chǎn) 商就花費(fèi)很大的投資在研究中。 其中應(yīng)用 作為汽車動(dòng)力系統(tǒng)和車身電子系統(tǒng)最主要的應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)，現(xiàn)場(chǎng)總線已經(jīng)被歐洲汽車制造商廣泛接受，同時(shí)它也正在為美國(guó)和遠(yuǎn)東的各汽車制造商所接受，用來(lái)構(gòu)建汽 車網(wǎng)絡(luò)。雖然以往美國(guó)汽車制造商廣泛使用J1850 來(lái)構(gòu)建車身網(wǎng)絡(luò)，但目前 DaimlerChrVsler、 Ford 和 General Motors(GM)等汽車制造商已經(jīng)投入到現(xiàn)場(chǎng)總線總線的開(kāi)發(fā)之中，而 J1 850 也正被現(xiàn)場(chǎng)總線所逐步取代。在遠(yuǎn)東， Toyota 已經(jīng)在其汽車十采用現(xiàn)場(chǎng)總線總線連網(wǎng)，而其他的日本和韓國(guó)汽車制造商也正在積極跟進(jìn)。 現(xiàn)場(chǎng)總線總線的基本特點(diǎn) 汽車上使用的高速網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的總線標(biāo)準(zhǔn)，特別是廣泛使用的 iso11898 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。該屏蔽或非屏蔽雙絞線總線接口可以再極其嚴(yán)峻的環(huán)境中安全可靠正常的工 作。在iso11898 標(biāo)準(zhǔn)建議，即使在雙絞線電路兩根線短路或地面，還要求汽車能夠正常安全的工作?，F(xiàn)場(chǎng)總線的數(shù)據(jù)傳送方式位串行數(shù)據(jù)通信，通信速率在正常工作情況下 1 Mb／ s為其最大。由位速率決定系統(tǒng)內(nèi)現(xiàn)場(chǎng)總線其中任意兩節(jié)點(diǎn)間的能正常傳輸?shù)木嚯x。在大部分實(shí)時(shí)控制現(xiàn)場(chǎng) 1 Mb／ s 傳輸速率是遠(yuǎn)遠(yuǎn)足夠的。因?yàn)閷?shí)際操作中傳輸距離小于四十米。 現(xiàn)場(chǎng)總線總線以，實(shí)時(shí)監(jiān)視、檢查報(bào)文格式、填充循環(huán)冗余校驗(yàn)位，還有和高效檢測(cè)錯(cuò)誤的功能?？梢赃_(dá)到誤碼概率小于 。 實(shí)現(xiàn)永久性故障的自動(dòng)識(shí)別和干擾的短暫能力是運(yùn)用了 故障界定技術(shù)。關(guān)閉模式的現(xiàn)場(chǎng)總線是由于受到連續(xù)干擾。更重要的是接入現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)時(shí)，脫離硬件或軟件的與節(jié)點(diǎn)應(yīng)用層修改。 現(xiàn)場(chǎng)總線有如下基本特點(diǎn)： 總線訪問(wèn)采用基于優(yōu)先權(quán)的多主方式 通過(guò)標(biāo)識(shí)符（ ID）標(biāo)識(shí)的信息內(nèi)容，遍歷網(wǎng)絡(luò)全部過(guò)程中，沒(méi)有重復(fù)或相同的被標(biāo)示的符號(hào)。 報(bào)文傳輸 過(guò)程中，每當(dāng)接收一條信息后，就是通過(guò)標(biāo)示符來(lái)判斷這些信基于 CAN 總線的汽車車燈控制網(wǎng)絡(luò)的軟件設(shè)計(jì) 3 息是否與自己有關(guān)。如果有關(guān)的信息，它會(huì)被處理，否則忽略。這就是所謂的主模式。它的主要特點(diǎn)是下在理論上不受限制的網(wǎng)絡(luò)號(hào)（其實(shí)是在限制電力負(fù)荷）中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，在傳輸相同的數(shù)據(jù)信息是可 以被不同的節(jié)點(diǎn)采納。 ID 數(shù)值越小，其優(yōu)先權(quán)反而越高。優(yōu)先權(quán)是由標(biāo)識(shí)符決定的。節(jié)點(diǎn)每當(dāng)總線空閑時(shí)，信息將被重新自動(dòng)傳輸。那個(gè)節(jié)點(diǎn)獲得最高優(yōu)先權(quán)，總線使用權(quán)將被這個(gè)節(jié)點(diǎn)獲得。為保障這個(gè)節(jié)點(diǎn)傳輸，除了這個(gè)節(jié)點(diǎn)其他節(jié)點(diǎn)將被迫停止傳輸。 非破壞性的基于線路競(jìng)爭(zhēng)的仲裁機(jī)制 總線上任一個(gè)潛在的沖突根據(jù)無(wú)破壞性機(jī)制進(jìn)行總線仲裁。固定格式的幀是現(xiàn)場(chǎng)總線上主要的的信息傳送方式，此幀在長(zhǎng)度都為固定值。 如果大于一個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)開(kāi)始傳輸幀， 并且總線的狀態(tài)是空閑， 由此引起的總線訪問(wèn)沖突是利用基于線路競(jìng)爭(zhēng)的仲裁對(duì)標(biāo)識(shí)符 進(jìn)行判別來(lái)解決的。仲裁機(jī)制可以保證既不會(huì)丟失信息，也不會(huì)浪費(fèi)時(shí)間。優(yōu)先權(quán)最高的幀的傳輸器將獲得訪問(wèn)總線的權(quán)利。 利用接收濾波對(duì)幀實(shí)現(xiàn)了多點(diǎn)傳送 所有節(jié)點(diǎn)都不用設(shè)置地址信息。幀接收濾波處理方法是接收器對(duì)信息的拒收或接受的處理方。信息被接收是否和接收器有聯(lián)系用這個(gè)處理方法可以識(shí)別出來(lái)，所以接收器沒(méi)何必要辨別出準(zhǔn)是信息的傳輸器，反過(guò)來(lái)也是如此。 支持遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)請(qǐng)求 通過(guò)傳輸一個(gè)遠(yuǎn)程幀，請(qǐng)求另一節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)幀可以滿足數(shù)據(jù)需要，數(shù)據(jù)幀標(biāo)識(shí)符指定相應(yīng)的遠(yuǎn)程幀標(biāo)識(shí)符為。 數(shù)據(jù)一致性存在在 全部過(guò)程里 數(shù)據(jù)在全部過(guò)程里具相同特性。同時(shí)可以通過(guò)任意節(jié)點(diǎn)接收，也可以任何節(jié)點(diǎn)接收，可以實(shí)現(xiàn)在現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)。因此，系統(tǒng)與數(shù)據(jù)相同特性功能，這個(gè)功能是使用處理故障方法與組播理論獲得。 ．仲裁失敗、或傳輸期間被故障損壞了的幀能自動(dòng)重發(fā) 任何正在傳輸節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)和任何正在正常 (或錯(cuò)誤激活狀態(tài)下 )接收數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)都能對(duì)出現(xiàn)了錯(cuò)誤的幀作出標(biāo)記，并進(jìn)行出錯(cuò)通報(bào)。這些幀會(huì)立即被放棄，此后，遵循系統(tǒng)所采取的恢復(fù)計(jì)時(shí)機(jī)制，它們將被適時(shí)重發(fā)。從檢測(cè)出錯(cuò)誤開(kāi)始、到可以著手傳輸下一個(gè)幀為止的這段時(shí)間稱為恢復(fù)時(shí)間，此后如果再未 出錯(cuò)的話，恢復(fù)時(shí)間占17~23 個(gè)位時(shí)間（在總線遭受嚴(yán)重干擾的場(chǎng)合，最多占 29個(gè)位時(shí)間）。 所有接收器都會(huì)校驗(yàn)所接收幀的一致性，然后對(duì)具有一致性的幀做出應(yīng)答、對(duì)不具有一致性的幀做出標(biāo)記。 仲裁失敗或在傳輸過(guò)程中被錯(cuò)誤干擾了的幀將會(huì)在下次總線空閑期間被自動(dòng)重基于 CAN 總線的汽車車燈控制網(wǎng)絡(luò)的軟件設(shè)計(jì) 4 發(fā)。要被重發(fā)的幀處理起來(lái)與別的幀完全一樣。這意味著，為了獲得對(duì)總線進(jìn)行訪問(wèn)的權(quán)利，它還是要參與仲裁過(guò)程。 汽車網(wǎng)拓?fù)浣j(luò)結(jié)構(gòu) 總線拓?fù)? 總線型結(jié)構(gòu)，是由一根總線連通個(gè)個(gè)節(jié)點(diǎn)。以廣播方式發(fā)送信息，當(dāng)節(jié)點(diǎn) A 發(fā)送信息，其余 BCD 節(jié)點(diǎn)均能接受信 息。缺點(diǎn)如果總線發(fā)生故障，其他節(jié)點(diǎn)均癱瘓。如圖 31。 圖 21 總線型拓?fù)? 星型拓?fù)? 每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有其自己的溝通渠道，更容易添加新的節(jié)點(diǎn)，作為網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，總線型訪問(wèn)方式不被需要，所以使用的拓?fù)湫徒Y(jié)構(gòu)通信規(guī)定可以被簡(jiǎn)明；傳輸介質(zhì)運(yùn)用光纖材質(zhì) ，網(wǎng)絡(luò)實(shí)施更簡(jiǎn)潔。但它的缺點(diǎn)是：較長(zhǎng)的連接線 ，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)都依靠中樞 。如圖 32。 基于 CAN 總線的汽車車燈控制網(wǎng)絡(luò)的軟件設(shè)計(jì) 5 圖 22 星型線型拓?fù)? 環(huán)型拓?fù)? 所有的節(jié)點(diǎn)相互連接 使整個(gè)網(wǎng)絡(luò)形成一個(gè)閉環(huán) 。 數(shù)據(jù)從一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)出沿著網(wǎng)絡(luò)單向傳輸。因?yàn)樗奶厥饨Y(jié)構(gòu)，造就了它需要一個(gè)適應(yīng)自身的協(xié)議。來(lái)進(jìn)行信息的接收環(huán)形令牌解決了這個(gè)問(wèn)題。那個(gè)節(jié)點(diǎn)拿到了令牌，它就 具有了發(fā)送信息的優(yōu)先權(quán) 如圖33。 圖 23 環(huán)型線型拓?fù)? 我國(guó)汽車網(wǎng)絡(luò)及車燈控制系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r 汽車行業(yè)將來(lái)的發(fā)展的必然走向是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，重點(diǎn)是在網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的規(guī)則，可是關(guān)鍵的汽車總線應(yīng)用產(chǎn)品的核心技術(shù)都被國(guó)外企業(yè)掌握，我國(guó)短期缺少成熟的汽車總線協(xié)議和相關(guān)產(chǎn)品。 中國(guó)的本土汽車品牌也加強(qiáng)與大中專院校合作 ,努力培 養(yǎng)相關(guān)的汽車網(wǎng)絡(luò)人才 ,建立了許多實(shí)驗(yàn)室 ,同時(shí)舉辦各類比賽。爭(zhēng)取在相關(guān)領(lǐng)域取得突破。 目前處于前期發(fā)展的汽車網(wǎng)絡(luò)水平，相比應(yīng)用早期的布線技術(shù)控制車燈功能，直接導(dǎo)致汽車線路復(fù)雜成本過(guò)高，安全性極大程度的影響汽車質(zhì)量。 汽車行業(yè)也面臨著各式各樣的貿(mào)易壁壘 ,要想在未來(lái) 國(guó)際化的市場(chǎng)份額中分的一份蛋糕，掌握汽車電子技術(shù)未來(lái)發(fā)展的方向。加大 研究和開(kāi)發(fā) 投資，早期擁 有中國(guó)特色的自 主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及應(yīng)用系統(tǒng)刻不容緩。 位數(shù)值表示 基于 CAN 總線的汽車車燈控制網(wǎng)絡(luò)的軟件設(shè)計(jì) 6 在總線上若既有顯性又有隱形時(shí)，最后顯示顯性。如圖 24。 圖 24 3 車燈控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 在研究了現(xiàn)場(chǎng)總線總線協(xié)議 的 通信 協(xié)議 的基礎(chǔ)上， 首先進(jìn)行電路圖設(shè)計(jì)，再用仿真軟件模擬電路圖，待仿真合格后，進(jìn)行硬件焊接 。 車燈總成控制系統(tǒng)的功能描述 兩個(gè)節(jié) 點(diǎn)通過(guò)總線現(xiàn)場(chǎng)總線總線收發(fā)器連接到現(xiàn)場(chǎng)總線總線上。車燈控制 中斷 開(kāi)關(guān)設(shè)，當(dāng)操作控制開(kāi)關(guān)時(shí)，中央節(jié)點(diǎn)將相應(yīng)的控制指令和數(shù)據(jù)傳輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)總線 ，汽車燈控制網(wǎng)絡(luò)總體框圖如圖 31。 圖 31 車燈控制網(wǎng)絡(luò)總體框圖 車燈控制按鍵 MCU Can 總線發(fā)送器 Can 總線接收器 車燈 1 車燈 2 V C A N H V C A N L 隱性位 隱性位 顯性位 基于 CAN 總線的汽車車燈控制網(wǎng)絡(luò)的軟件設(shè)計(jì) 7 MCU 的選擇 車燈控制系統(tǒng)微控制器 (MCU)采用 ATMEL 公司的 89C51 單片機(jī)， 一般每片 單片機(jī)可重復(fù)燒錄 100 多次 。 采用超強(qiáng)密度的生產(chǎn)的器件 。由于單個(gè)芯片 中采用很多方式 8位 CPU 和 快速存儲(chǔ)方式 ， ATMEL 生產(chǎn) 的 89C51 是一種 高性價(jià)比 控制器， 89C51單片機(jī)擁有較 多 應(yīng)用 控制系統(tǒng) 是 一種 方便控制 且 物美價(jià)廉 的 辦法 。 89C51 的主要特性如下： 與 MCS51 兼容 可編程 容量為 4K 字節(jié) 壽命： 一千次 寫 /擦循環(huán) 數(shù)據(jù)保留時(shí)間： 10 年 全靜態(tài)工作： 0Hz24Hz 三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定 1288 位內(nèi)部 RAM 32 可編程 I/O 線 兩個(gè) 16位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 有 5個(gè) 的 中斷源 可編 序 程 的 串行 的 通道 低 能 耗的 空 閑置 與 掉 了 電 的 模式 芯 片內(nèi) 部 振蕩器 件與帶 時(shí)鐘 的 電路 89C51 的各個(gè)引腳的功能如下表 32 所示。 表 32 89C51 單片機(jī)各引腳及功能說(shuō)明 序號(hào) 引腳名稱 引腳序號(hào) 功能說(shuō)明 1 P0 口 3239 8 位并行雙向 I/O 口，訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)， 可作為低 8 位地址線 /數(shù)據(jù)總線復(fù)用 2 P1 口 18 通用 I/O 口， 8 位準(zhǔn)雙向，編程和校驗(yàn)時(shí)作為低 8位地址線， 和 另有第二功能 基于 CAN 總線的汽車車燈控制網(wǎng)絡(luò)的軟件設(shè)計(jì) 8 3 P2 口 2128 通用 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口，訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，可作為高 8 位地址線 4 P3 口 1017 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口，提供部分第二功能 5 RST 9 復(fù)位信號(hào)輸入端，高電平有效 6 EA/Vpp 31 訪問(wèn)芯片內(nèi)部和外部程序存儲(chǔ)器的選擇信號(hào) /編程電壓 7 PSEN 29 外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)，低電平有效 8 ALE/PROG 30 低 8 位 地址鎖存信號(hào) /編程脈沖輸入 在 89C51 的所有 I/O 口中， P3 口集中了其中很多的第二功能，介紹了 各個(gè)管腳的第二功能 ，如下表 33。 表 33 單片機(jī) P3 口的第二功能 引腳 第二功能 說(shuō)明 RXD 串行數(shù)據(jù)接收 TXD 串行數(shù)據(jù)傳輸 外部中斷 0 請(qǐng)求 外部中斷 1 請(qǐng)求 T0 定時(shí)器 0 外部事件計(jì)數(shù)輸入 T1 定時(shí)器 1 外部事件計(jì)數(shù)輸入 外部 RAM 寫選通 單片機(jī)最小系統(tǒng)，單片機(jī)管腳連接圖如圖 34所示 。 基于 CAN 總線的汽車車燈控制網(wǎng)絡(luò)的軟件設(shè)計(jì) 9 圖 34 由 R1/C3 組成 ,在復(fù)位在上電瞬間， RC電路充電，由于電容上電壓不能突變，所以 RST 引腳出現(xiàn)高電平。 RST 引腳出現(xiàn)的高電平會(huì)隨著對(duì)電容 C 的充電過(guò)程而逐漸回落，為了保證 RST 引腳出現(xiàn)的高電平持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上的時(shí)間，參照教材， C 取10u,R 取 。 現(xiàn)場(chǎng)總線通訊控制器 本設(shè)計(jì)中現(xiàn)場(chǎng)總線控制器采用 PHILIPS公司的 SJA1000芯片，現(xiàn)場(chǎng)總線控制器（ 基礎(chǔ) 現(xiàn)場(chǎng)總線）的 衍生 產(chǎn)品， 并且附加了另一類工作方式 —— 增強(qiáng)型 現(xiàn)場(chǎng)總線， 主要滿足 現(xiàn)場(chǎng)總線 協(xié)議。 該協(xié)議添加了一些便于 操作的新功能。 SJA1000 的基本特征如下 表 31：