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客车网络控制中CAN/CAN网桥设计

作者:时间:2009-11-05来源:网络收藏

1 引言
器局部网[1][2](Controller Area Network)是德国Robert Bosch公司在20世纪80年代初为汽车业开发的一种车载专用串行数据通信总线,经过多年的发展,现在越来越多的被众多汽车厂商所认可,并在包括BMW、Benz、VOLVO等汽车上使用。 由于其独特的特性,不仅在汽车领域,而且在工业领域也得到了广泛的运用,如工业现场、小区安防、环境监控等。由于在具体工程运用中,往往需要连接两路子网,因此是必不可少的,是组网的关键设备之一。本文在将控制系统划分为底盘和车身的两个控制子系统的基础上,利用Philips公司的LPC2119微控制器,从硬件和软件上了一个
2 控制中的
由于目前汽车电子应用的日益广泛,CAN在轿车上应用日益广泛,但是在国内的应用还不是很多,只有在某些高档豪华的车型上才会采用,CAN在国内上的应用也仅限于由国外公司帮助实施单总线局部联网。汽车电子技术的网络化是我国汽车电子研究与应用的必然趋势,CAN作为标准车载网络技术,其在汽车网络化应用的进程中将起着桥梁和纽带的作用。由于客车中底盘部分涉及到整车行使的安全性,实时性要求和通信的信息量都明显高于车身部分,因此本文在将客车网络控制系统划分为两个子系统(底盘CAN和车身CAN)的基础上,了连接两路CAN的网桥。整个系统框架如图1所示。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/163504.htm

该网桥具有实现不同速率的CAN网段连接、不同网段的CAN报文过滤和转发的功能。
使用CAN/CAN网桥的优点[1]主要表现在以下几方面:
(1)过滤通信量。网桥接收一个子网的报文,只有当报文是发送给网桥所连的另一个子网时才转发,否则不转发;
(2)扩大了通信距离;
(3)提高了通信的最大节点数;
(4)各网段可使用不同的通信速率;
(5)提高了系统可靠性。当网络出现故障时,一般只影响个别网段;
(6)整个网络性能得到改善。
当然,使用网桥也有一定的缺点,如:
(1)由于网桥对接收的帧要先存储后转发,增加了延时;
(2)CAN总线的MAC子层并没有流量控制功能。当网络上的负荷很重时,可能因网桥中缓冲区的存储空间不够而发生溢出,产生帧丢失的现象;
(3)网桥若出现故障,对相邻两个子网的工作都将产生影响。

3 CAN/CAN网桥的硬件
3.1 LPC2119
CAN/CAN网桥是以ARM微控制器LPC2119[3][5]为核心的软硬件系统。LPC2119是Philips公司生产的一款基于支持实时仿真和跟踪的16/32位ARM7 TDMI-S MCU,带有128KB嵌入的高速Flash存储器。独特的加速结构使32位代码能够在最大时钟速率下运行。对代码规模有严格控制的应用可使用16位Thumb模式将代码规模降低超过30%,而性能的损失却很小。LPC2119内部集成2个CAN控制器,为设计CAN/CAN网桥提供了可能。它的主要特性有:单个总线上的数据传输速率高达1Mb/s;32位寄存器和RAM访问;兼容CAN2.0B;全局验收滤波器可以识别所有的11位和29位Rx标识符;验收滤波器为选择的标准标识符提供Full CAN style自动接收。
LPC2119内部集成的CAN控制器与Philips公司的SJA1000 CAN控制器相比较大致相同,只是在验收滤波这一环略有不同,这为习惯SJA1000的开发人员采用LPC2119提供了方便。在传统的SJA1000中,接收过滤只能满足一些规律性较高的ID筛选过滤,或个数较少的ID(一般小于10~15个)进行任意筛选过滤,难以实现更复杂的任意ID进行筛选过滤,这无疑增加了系统软件设计及运行时负担。LPC2000系列32位ARM微控制器中为所有CAN控制器提供了全局的接收标识符查询功能。它包含一个512×32(2k字节)的RAM,通过软件处理,可在RAM中存放1~5个标识符表格。整个AF RAM可容纳1024个标准标识符或512个扩展标识符,或两种类型混合的标识符。由于允许的表格范围有2k字节,所以能容易地满足设计复杂的ID接收过滤要求。
全局接收过滤的工作流程:当CAN控制器的接收端已接收到一个完整的标识符,它将通知接收过滤器。接收过滤器响应这个信号,并读出控制器编号、标识符尺寸(11bit或29bit),然后,接收过滤器搜索AF RAM中的表格进行匹配,以决定接收或放弃这一帧信息。

3.2 基于LPC2119的CAN/CAN网桥的结构设计
CAN/CAN网桥的硬件框图如图2所示。LPC2119分别通过光电耦合电路和高速CAN总线收发器TJA1050与两路总线相连。两路CAN的连接方式基本相同。CAN总线驱动器都采用带隔离的DC/DC模块单独供电。这样,不仅实现了两路CAN接口之间的电气隔离,也实现了网桥与CAN总线的隔离。虽然这在一定程度上增加了网桥硬件的复杂性和成本,但却是值得的。采取隔离措施可使故障局限在某一网段内,而不至于影响其它网段,既便于维护,又保证了系统设备的安全。采用光电耦合电路将CAN收发电路与LPC2119从物理上相隔离,避免了电气上影响LPC2119的工作。

CAN/CAN网桥除了以上主要部分以外还加了LED指示、看门狗电路和复位电路。几个LED主要指示两路CAN的工作状况以及出错报警。LPC2119内置了看门狗电路,当由于程序跑飞或者其他原因导致系统工作不正常时将自动复位。复位电路采用MAX708SD来产生稳定的复位信号。


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