CAN/GPRS无线车载网关的设计与实现

作者：时间：2009-03-25来源：网络收藏

1 引言
随着汽车电子技术的不断发展，车上的电子装置越来越多，并与传感器和执行器一起共同组成了许多复杂的电子控制系统。结果连接这些电子装置的电子线路迅速膨胀，布线变得越来越困难，导致了车身重量明显增加，车辆运行的可靠性降低。传统点对点的连接方式已经无法满足现代汽车电子技术发展的要求，多路传输的车载网络技术成为解决这些问题的必然选择。德国BOSCH 公司[1]推出的控制局域网CAN(Controller Area Network)依靠其稳定的性能、低廉的价格和很高的可靠性和实时性，现在已经被广泛地应用于汽车内部网络。CAN总线的采用使汽车内部的信息数据共享成为现实。然而，现在信息数据的共享不仅仅局限于汽车内部，许多数据信息需要与外界进行交换。这些信息主要用于汽车导航、汽车GPS 定位、汽车防盗、汽车远程监控、汽车远程调度和收费等方面。由于汽车可移动性的特点，很多与外界交互的信息需要通过无线传输，所以我们选择具有覆盖面广、接入速度快、按流量计费等优点的通用分组无线业务GPRS(General Packet Radio Service)来承载无线数据通信。GPRS 是在GSM 基础上发展起来的一种无线分组交换技术[2]，被称为2.5G，最高带宽可达171.2Kb/s，可较好的满足无线通信的要求。
2 总体网络拓扑
总体网络拓扑如图 1 所示，汽车内部的电子控制单元都挂接到CAN 网上，汽车的内部数据信息通过CAN 总线进行传递，而需要与外界交互的数据则通过CAN/GPRS 无线车载网关进行收发。

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/197886.htm

数据经过基站收发信机 BTS(Base Transceiver Station)、基站控制器BSC(Base Station Controller)和GPRS 服务支持节点SGSN(Serving GPRS Support Node)进入GPRS 骨干网；然后再通过GPRS 网关支持节点GGSN(Gateway GPRS Support Node)，进入Internet 互联网；并可以通过TCP 或UDP 协议把数据传送到Internet 远程服务器。
3 CAN/GPRS 无线车载网关硬件实现
因为整个汽车内部CAN网与外界交互的数据都需要通过CAN/GPRS无线车载网关进行收发，所以网关需要配备一个性能较高的微处理器。我们选择具有较高性价比的一款三星公司的32 位ARM9 微处理器S3C2410X 来作为网关的主控制器。S3C2410X 包含ARM920T核，最高处理速度为203MHz[6]，丰富的外围设备包括3 通道的UART、4 通道的DMA、2个SPI 接口、117 个通用I/O 口和24 个外部中断源等。采用一片三星的K9F1208 NAND Flash芯片(64M *8Bit)来储存网关软件系统的Bootloader，Linux 内核，根文件系统和网关程序。由两片HYNIX 的HY57V561620 DRAM 芯片(4Banks*4M*16Bit)构成64M 的SDRAM，用于加载Linux 操作系统和运行程序。采用12MHz 的有源晶振。设计了一个20 针JTAG 接口，用来烧写Bootloader。使用1 片MAX3232 构成UART 调试接口。因为整个系统的输入电压为5V，所以需使用AMS1117-3.3 和AMS1117-1.8 分别得到稳定的3.3V 和1.8V 电压。
CAN 控制器选择Microchip 的MCP2510，CAN 收发器选择Philips 的TJA1050 以组成网关的CAN 通信模块。MCP2510 支持CAN 总线V2.0A 和V2.0B 技术规范，通信数率可达1Mb/s，拥有3 个发送缓冲器、2 个接收缓冲器，高速SPI 接口支持0,0 和1,1SPI 模式。TJA1050具有对总线差分信号的收发功能和抗汽车环境下的瞬间干扰等能力。网关的GPRS 接口采用SIMCOM 公司的SIM300 GSM/GPRS 模块，该模块可为GSM 语音、短消息和GPRS 上网等业务提供无线接口。采用6 脚SIM 卡座来连接SIM 卡。网关的硬件结构如图2 所示。

在实际硬件连接时，S3C2410 的SPI 接口与MCP2510 的SPI 接口直接相连。MCP2510的TXCAN、RXCAN 引脚分别与TJA1050 的TXD、RXD 引脚相连，而TJA1050 的CANH和CANL 引脚分别接到CAN 总线的CANH 线和CANL 线上。因为S3C2410 的UART 口并没有引出DCD、 DTR、DSR 和RI 信号引脚，要通过SIM300 无线联网，最好使用全部的信号引脚，所以我们使用PHILIPS 的SC16C550 从S3C2410 上扩展出标准的UART 接口与
SIM300 的UART 接口进行连接。CAN/GPRS 网关主要通信模块的硬件电路原理图如图3 所示。