基于CAN／LIN息线的汽车混合网关设计

2．1 主控制器的选择

　　实现数据的高效率、高质量的存储转发是网关的重要目标，而主控制器是网关的核心器件，它的性能好坏直接决定了网关的效率高低。主控器对接收到的数据进行缓存，因此主控制器需要有较高的存储容量。主控器还要对它所接收与转发的数据进行协议转换等数据处理，因此还要有较强的运算能力。

　　本设计选用了Atml公司的AT91SAM7A3作为网关的核心控制器。这是一颗基于ARM7TDMI内核的32位RISC处理器，具有执行速度快、效率高的特点，能够满足网关的数据处理要求。该芯片内置32 KB的SRAM和256 KB的高速Flash存储器，存储能力强，能够满足网关对数据存储的要求。另外，该芯片内部集成有2个功能强大的CAN2．OB的控制器，可以处理所有类型的帧结构(数据帧、远程帧、错误帧及过载帧)，每个控制器有16个独立的缓存区(mailbox)，十分有利于实现网关高速、大容量的数据处理。集成的 CAN控制器还能够减少器件数目和PCB布线数量，有利于提高系统的抗干扰性能。

　　2. 2 CAN节点设计

　　常用的CAN节点电路如图3所示，它主要由MCU、CAN控制器及CAN收发器组成。为了增强电路的抗干扰性，还需要在控制器与收发器之间增加一个隔离电路。

本网关中的CAN节点共有2个：高速CAN节点和低速CAN节点。由于在汽车中电磁干扰现象非常严重，仅靠单个的CAN收发器难以满足通信品质的要求，需要加上适当的隔离电路以提高电路的抗干扰性。

　　2个节点的MCU的功能由主控制芯片AT91SAM7A3实现，且AT91SAM7A3中集成了两个高性能的CAN控制器，可以分别作为高低速CAN节点的控制器。

　　常用的隔离电路采用高速光耦6N137实现CAN节点之间的信号隔离，并且采用电源隔离模块实现高速光耦的两个电源的隔离。但是这种设计无疑增加了PCB的走线，使电路的没计变得复杂，同时隔离电路的隔离效果也受到影响。

　　本设计采用广州致远电子有限公司生产的CTM系列的CTM1050和CTM1054，分别作为高低速CAN收发器。CTM系列的CAN收发器集成了CAN 收发器以及必需的隔离，即在一块芯片上实现了隔离电路和CAN收发器的功能。这样就不必单独设计隔离电路，提高了集成度，使得抗干扰性得到增强。

　　高速CAN收发器CTM1050，最高速率可达1 Mb／s，完全符合ISO11898-2标准的高速CAN通信，用它作为高速CAN网络接口的收发器(电路连接方法见图2)。容错CAN收发器 CTM1054，最高通信速率可达125 kb／s，完全符合ISO11898-3标准，用它作为低速CAN网络接口的收发器(电路连接方法见图2)。需要注意的是，在CTM1054的连接中，有 2个电阻R1和R2的阻值要根据低速CAN网络中节点的个数来确定。具体值的算法见CTM1054使用手册。

　　2．3 LIN接口设计

　　LIN总线是一主多从的总线连接方式，节点有主从之分。在本设计中，将LIN节点设计为主节点。LIN是一个基于单线串行的通信协议，对于硬件的要求比较简单。通常一个有SCI/UART接口的单片机和一个LIN收发器就可组成LIN节点。本设计利用AT91SAM7A3的UART口和LIN收发器 TJA1020组成一个LIN主节点。

　　TJA1020使用的波特率可从2．4～20 kb／s，有较好的保护功能：总线终端和电池引脚可防止汽车环境下的瞬变、总线终端对电池和地的短路保护以及过热保护等，可以作为汽车通信中的LIN通信接口(具体电路连接见图2)。

3 网关软件设计

　　网关的软件系统主要包括主监控程序、数据的发送、数据的接收、数据的处理(包括协议转换和缓冲区内数据的读写处理)等几部分。