车辆控制系统设计与开发中CAN总线通信实施方法

陈诗桓

（湖南远望新材料科技有限公司，长沙 410205）

改革开放以来，我国社会经济获得飞速发展，人们的收入水平在新的社会背景下得以迅速提升。道路上的车辆数量增多是时代发展的必然结果，随着新技术的进步，车辆上安装的电子系统数量越来越多，所以在车辆控制系统优化期间，合理选择与使用网络通信技术已经成为必然趋势[1]。随着现代汽车制造业发展水平日渐提升，相关配件的研究力度也逐步加大，但配件兼容性不强已经成为行业发展的主要问题之一，不同厂家生产的配件由于不兼容而导致各种故障频繁发生。在传统的处理方式下，利用线束展开点对点连接处理已无法满足汽车技术优化需求，因此控制器局域网络（Controller Area Network，CAN）总线应运而生。

1 CAN总线概述

1.1 概念

CAN中文名称为控制器局域网络，其实质是一种支持分布式控制或实时控制的通信网络系统，具有良好的串行能力，同时安全性很高，多集中应用在嵌入式控制器通信系统及智能装置开放式通信系统中。在20世纪80年代，德国博世（BOSCH）公司针对当时的技术发展现状和行业发展前景展开综合分析，提出CAN串行通信系统，旨在为汽车电子装置实现互联提供技术支撑[2]。自此汽车上的电子系统开始逐渐普及应用，控制单元在车辆上的应用数量日渐增加。当前，汽车工业及控制领域已经广泛应用CAN技术，同时已经逐渐形成美国机动车工程师学会（Society of Automotive Engineers，SAE）标准和国际标准化组织（International Organization for Standardization，ISO）标准。

1.2 特点

位于总线上的所有节点通过物理层实现数据传输，主要包括介质连接、数据的解码和编码、线路电气特性、位定时和同步的实施。BOSCH CAN基本上没有对物理层作出定义，但是以ISO标准为依据，物理层要有明确的定义。在CAN总线网络设计期间，物理层选择余地较大，但要充分确保CAN协议中媒体访问层非破坏性位仲裁的要求。这就要求在CAN总线中，物理层要具有显性位和隐性位等状态特征[3]。在没有发送显性位和的总线处于空闲状态情况下，CAN总线要始终保持隐性状态；若是有总线上的节点发送显性位，隐性位会被覆盖，保持CAN总线处于显性状态。

从结构上，物理层可以划分为物理信号层、物理介质附件层、介质接口层3层。CAN控制器实现物理信号层和数据链路层功能，CAN收发器实现物理介质附件层功能，连接器和电缆的特性由介质接口层实现。

1.3 通信协议

CAN总线通信协议的选择需科学合理，CAN 总线本身可划分成为扩展信息帧和标准信息帧两种。通信方式可选取信息帧格式，扩展帧的辨识码可实现地址空间定义扩展，各位域的定义如下。

第一，SOF。SOF位域的主要作用是标志总线中止空闲状态，同时保证所有站点都保持同步性。

第二，仲裁域。在通信方式中，前11位要对地址作出识别，同时对标识码作出定义，RTR位的实质是远程传输请求位，其作用是对数据信息提出要求，此外，IDE可作为拓展信息位。

第三，控制域。控制域共计6位，后期的数据域长度值由DLC得知。

第四，数据域。数据域共计0位到64位，字节数共计8个，其中包含有需要进行传输的数据信息。

第五，校验域。校验域共计16位，其中包含有1个检测字，其主要作用是对传输错误展开自动检测。

第六，应答域。应答域共计2位，若是其他节点能够正确接收时，可以在最短时间内发出信号。

第七，EOF。EOF域为结束帧，共计7位，其作用是表示为结束通信。

2 汽车发动机CAN通信设计

2.1 车辆控制系统CAN通信原理

常见车辆的控制系统大体上划分成为仪表盘控制系统、发动机控制系统、变速器控制系统及制动器控制系统等部分。通过应用CAN总线通信可完成不同控制系统之间的数据传输与交换，以此以保证数据信息共享，提升不同控制系统的控制性能[4]。

2.2 CAN通信软件设计

基于CAN通信原理，倘若汽车发动机在运行期间微处理器尚未集成CAN控制器，此时要根据实际情况适当添加CAN控制器芯片，同时需要完成CAN驱动器安装。

以MC68376 32位高智能微处理器为例，对CAN控制器发动机电控系统CAN通信设计成果展开分析。CAN通信协议功能实现，TouCAN模块是极为重要的通信控制器。TouCAN控制器为CAN控制器，TouCAN模块报文缓冲器数量为16个，所有的缓冲器不仅可以作为发送缓冲器，还可以作为接收缓冲器。另外，为了降低重复请求微处理器的次数，要求所有的报文缓冲器均按照规定获得具有独立性的中断标志位，其主要目的是对成功完成的接收和发送作出指示[5]。

CAN协议要求位定时参数设置时，可选择TouCAN模块，利用该模块能够协调3个8位寄存器，分别是预分频寄存器、控制寄存器1和控制寄存器2。在系统中，16个报文寄存器可以对16个数据帧展开合理化处理。在发动机控制设备过程中，每间隔一段时间要将部分数据信息传输到总线上。总线上的各个节点可以根据实际情况获取所需要的数据信息，同时需要将其他控制器传输的数据信息作出处理。就信息类数据和命令类数据而言，相应的部件会缩短刷新时间[6]。控制器需要对数据实时重新发送，保证以前的一帧数据信息被即时刷新。就接收数据而言，在系统中多采取中断的方式，若是数据信息在传输期间发生中断现象，那么便需要在相应的报文寄存器中自动载入接收的数据。与此同时，要求应用滤波屏蔽的方式，通过应用屏蔽滤波寄存器，将事先初始化接收缓冲器时设定的标识符和接收的报文标识符号作出对比，将相符合的报文传输进入接收缓冲器，以降低微处理器在对报文实施处理时的负担[7]。在不同的报文寄存器中放入不同的数据信息能够比较简单地判断接收中断服务程序时造成中断的报文。

2.3 CAN通信硬件接口设计

车身控制系统CAN总线节点设计中，独立CAN通信控制器为SJA1000，CAN总线通信接口收发器为飞利浦公司的82C250。硬件电路包含的零部件设备有微控制器、CAN总线收发器、独立CAN通信控制器、高速光电耦合器以及CAN总线收发器。微处理器的主要目的是通过对独立CAN通信控制器展开初始化处理，完成数据信息的发送和接收等各类通信任务[8]。

3 系统配置与实施方法

3.1 系统功能分析

DeviceNet定义了两种类型的报文：I/O报文和显示报文。I/O端子信号输出具有很高的实时性要求，所以适合应用I/O报文。一般情况下，I/O报文使用高优先权的连接标识符，交换信息数据时利用广播方式或点对点方式完成。连接标识符可以持续提供I/O报文信息，在I/O报文应用连接标识符将信息传输出去之前，必须要先设定接收设备和发送设备。显示报文是一种比较具有特点的请求-响应式通信模式，多被应用在两个不同设备多个不同用途点之间的报文传输活动，最为常见的是配置节点和诊断问题。显示报文的主要作用集中体现在较低优先权连接标识符的使用方面，同时显示报文数据帧数据场应包含于报文相关信息中。此外，在报文相关信息中需存在相关对象地址、属性和执行的服务[9]。

3.2 系统运行检验

基于软件编写和硬件电路连接完成车身控制系统模型构建，应为系统充电以后实现模型正常运转作出保证，实现设计的全部功能。在测试时，从后右模块、左后模块、右前模块、左前模块以及中央控制模块5个部分完成车身控制系统功能测试。第一，右后模块测试对象包含有车身右侧尾灯、车身右侧转向灯、雾灯、车身右侧倒车灯、刹车灯，检测结果显示正常。第二，左后模块测试对象包含车身左侧尾灯、车身左侧转向灯、雾灯、车身左侧倒车灯、刹车灯，检测结果显示正常。第三，右前模块检测对象包含有车身右侧小灯、车身右侧大灯、雾灯、停车灯、转向灯，检测结果显示正常。第四，左前模块的测试对象包含有车身左侧小灯、车身左侧大灯、雾灯、停车灯、转向灯，检测结果显示正常。第五，中央控制模块测试对象包含门锁、雨刷和车窗，检测结果显示正常。

4 结语

通信技术在现代科学技术的支撑下获得快速发展，无线通信技术是当前通信领域中最具发展价值的新型技术，其未来发展前景广阔。有机结合无线技术和有线通信技术而形成CAN总线，可以拓展其应用范围。本文从CAN总线技术和通信协议为基础，分析CAN总线组成网络，探究汽车电子控制器之间的信息传输，通过简单分析CAN总线原理和应用，系统地认识可靠运行协议，并且从软件和硬件展开分析，得知系统的可拓展性强，且分析应用CAN总线通信方法可提升设计与开发车辆控制系统的质量。