低速車身控制系統(tǒng)實(shí)施高速的CAN協(xié)議

1、低速車身控制系統(tǒng)實(shí)施高速的CAN協(xié)議1低速低速車身控制系統(tǒng)的含義低速(小于125kbit/s)車身控制系統(tǒng)主要指汽車燈光、刮水器、電動窗、后視鏡、中央門鎖、加熱-通風(fēng)-空調(diào)以及其他低速數(shù)據(jù)的通信系統(tǒng)。低優(yōu)先級和低通信量的低速車身控制信息，若采用高速數(shù)據(jù)總線結(jié)構(gòu)，那是不合理的，尤其是生產(chǎn)成本和維修費(fèi)用令人難以接受。近年來，各種有專利權(quán)的協(xié)議已經(jīng)用于車身控制系統(tǒng)。這些協(xié)議是不通用的，而且有一定的局限性。ISO提出了CAN作為汽車高速數(shù)據(jù)總線的標(biāo)準(zhǔn)，目前CAN芯片的制造廠商有英特爾、摩托羅拉、NEC、飛利浦、西門子和國家半導(dǎo)體等公司，在市場上很容易購到，因?yàn)镃AN技術(shù)除了在汽車上，在飛機(jī)、輪船以及工

2、業(yè)控制中都得到了廣泛的應(yīng)用。 CAN雖然是國際標(biāo)準(zhǔn)化組織推薦的汽車高速網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)然也可將其用于低速的車身控制系統(tǒng)。從工程的觀點(diǎn)出發(fā)，如果選用同類的CAN協(xié)議，則很容易從高速到低速網(wǎng)絡(luò)或從低速到高速網(wǎng)絡(luò)橋接數(shù)據(jù)。然而，當(dāng)CAN系統(tǒng)被配置于低速應(yīng)用，若CAN的芯片仍然與高速應(yīng)用的芯片相同，這是不經(jīng)濟(jì)的。由沃威克大學(xué)先迸技術(shù)中心與飛利浦公司開發(fā)的串行鏈路輸入/輸出控制器區(qū)域網(wǎng)(SLIO CAN)發(fā)展和改進(jìn)了CAN技術(shù)，能以低成本的造價滿足低速車身控制系統(tǒng)的應(yīng)用。2.什么是串行鏈路輸入/輸出控制器區(qū)域網(wǎng)（SLIO CAN） SLIO CAN是一種用來完成簡單輸入/輸出功能的低智能CAN芯片。SLIO

3、 CAN的最簡單結(jié)構(gòu)可以看作帶有內(nèi)部CAN控制器的I/O端口，它具有CAN協(xié)議規(guī)定的全部特征和能力以及符合CAN2.Oa和CAN2.Ob(無源)規(guī)格。它具有11位CAN標(biāo)識符和29位忽略標(biāo)識符，不會便總線出錯。 SLIO CAN若擴(kuò)展到低速應(yīng)用，采用它的內(nèi)部振蕩器，可達(dá)到125kbit/s的速率;如果采用外部晶體振蕩器，它也可以操作在250kbit/s的速率。一般情況下，推薦它操作于無外部晶體時鐘的條件，目的是便SLIO接口簡單而便宜。 標(biāo)準(zhǔn)的CAN與SLIO CAN對比，前者的所有微控制器通過物理層連接到一根雙絞總線上;而后者是用低智能的只帶有內(nèi)部CAN控制器的I/O端口SLIO CAN代替

4、微控制器，也就是說，SLIO CAN系統(tǒng)中只用了唯一的一個微控制器。由于SLIO CAN是一種低智能裝置，它要靠1個智能主節(jié)點(diǎn)編程和控制。智能主節(jié)點(diǎn)是1種含有微控制器的CAN節(jié)點(diǎn)。全部16個SLIO都受控于SLIO CAN總線上的一一個主節(jié)點(diǎn)。由于各個SLIO中有4個標(biāo)識位，產(chǎn)生-16個不同的標(biāo)識符(表3-5-l的P0、 P1、P2和P3)?？紤]合并兩個不同制造廠有不同標(biāo)識符設(shè)定(如各不相同的IDI)的SLIO，將會給出32個SLIO節(jié)點(diǎn)(如飛利浦和國家半導(dǎo)體公司各16個)。11位CAN標(biāo)識符中的IDO指示的數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆较蛴袃煞N情況:當(dāng)IDO為“0”時，信息方向從主控制器傳送至SLIO，而當(dāng)T

5、OO為“1”時，信息方向剛好相反。在SLIO CAN系統(tǒng)中，主控制器也能使用遙控幀輪詢它的SuIe)從節(jié)點(diǎn)。另外，SLIO CAN系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)字節(jié)，一直被制造廠固定為2個或3個字節(jié)。在數(shù)據(jù)字段 (主存儲器中保存數(shù)據(jù)記錄的一個區(qū)域)中，第一數(shù)據(jù)字節(jié)起到命令寄存器和狀態(tài)寄存器一樣的功用，而其余的數(shù)據(jù)字節(jié)將與SLIO的輸入/輸出引腳相適配(8位或16位)。各個SLIO端口的引腳可以單獨(dú)編程。表1 與CAN 11位標(biāo)識符相關(guān)的SLIO標(biāo)識符11位CAN標(biāo)符ID+0ID9ID8ID7ID6ID5ID4ID3ID2ID1ID0SLIO標(biāo)識符01P310P2P1P010DirDir:SLIO CAN信息的方

6、向位；P0P3：SLIO標(biāo)識符設(shè)定點(diǎn)。3.SLIO的物理尋址方法 由于SLIO標(biāo)識符為4位，SLIO CAN繼承了由一特定標(biāo)識符指定每個SLIO CAN節(jié)點(diǎn)的物理尋址方法。一般情況下，不再采用CAN系統(tǒng)的功能尋址方法。例如，在車內(nèi)的某一個SLIO CAN系統(tǒng)中，為了接通右轉(zhuǎn)向信號燈，兩個數(shù)據(jù)幀必須送到汽車的前、后SLIO分支點(diǎn)，如果采用了功能尋址，那么，被調(diào)作“轉(zhuǎn)向信號”的功能幀將在網(wǎng)絡(luò)上廣播，這樣，全部對應(yīng)的接收器將會接收和處理"轉(zhuǎn)向"的信息，結(jié)果導(dǎo)致數(shù)據(jù)混亂。除此之外，SLIO還按虛擬主-從結(jié)構(gòu)操作至一定的級別，SLIO主節(jié)點(diǎn)的相關(guān)情況如圖1所示。圖1 在同一總線上包括

7、有其他CAN節(jié)點(diǎn)的SLIO前述提到，在一根CAN總線上的全部16個SLIO，只須由1個主節(jié)點(diǎn)控制，在某些情況下它們可以分為組并受幾個主控制器的控制。不管怎么說，同一總線上的SLIO的總數(shù)不能超過16(或32)個。而在多主機(jī)的條件下，僅需對一個主機(jī)定標(biāo)。從圖1中可看出，由于CAN的廣播方法，所有的其他CAN節(jié)點(diǎn)（主節(jié)點(diǎn)和SLIO節(jié)點(diǎn)）也能接收SLIO發(fā)送的信息，因此，SLIO的物理尋址方法最重要的是確保其他智能節(jié)點(diǎn) (專用的主節(jié)點(diǎn)除外)不能對數(shù)據(jù)起作用，否則將導(dǎo)致數(shù)據(jù)混亂和差錯。4SLIO CAN的信息發(fā)送方式為了讓SLIO的內(nèi)部振蕩器同步以供總線定時，主控制器須每隔3 800位時間發(fā)送l條標(biāo)定

8、幀，只需要標(biāo)定了SLIO節(jié)點(diǎn)就能 發(fā)送l條CAN信息。SLIO的傳輸是由內(nèi)部CAN控制器硬件邏輯自動完成的。在初始化過程中，SLIO安排完成一定的功能，例如事件捕獲輸入、輸出或模/數(shù)轉(zhuǎn)換。初始化是通過編程的SLIO節(jié)點(diǎn)，經(jīng)CAN總線然后置微控制器主節(jié)點(diǎn)于啟動狀態(tài)。同樣也只需標(biāo)定SLIO節(jié)點(diǎn)就能傳送一條CAN信息。在接收端，SLIO具有只有該節(jié)點(diǎn)才有的標(biāo)識符，將自動應(yīng)答內(nèi)部CAN控制器邏輯。例如，ID644被主節(jié)點(diǎn)送至SLI0節(jié)點(diǎn)，如果信息已被校正接收，則SLIO用ID645響應(yīng)。應(yīng)答幀由SLIO寄存器的現(xiàn)狀態(tài)和現(xiàn)值組成，這將對主控制器發(fā)送的信息和SLIO的現(xiàn)狀態(tài)作一次校核。此外，SLIO使用C

9、AN中的應(yīng)答時隙(空位)，只響應(yīng)標(biāo)定幀，不發(fā)送應(yīng)答幀。 如果新的SLIO節(jié)點(diǎn)添加到SLIO CAN網(wǎng)絡(luò)中，該新節(jié)點(diǎn)將會按自身對主控制器的已知量，在8000位時間內(nèi)至少能檢測3個幀。這種檢驗(yàn)新節(jié)點(diǎn)存在的信息，可能會對總線或某一監(jiān)視幀起到一些作用。新的SLIO將用一條有標(biāo)記的信息應(yīng)答主機(jī)，表明自己的存在，唯一的準(zhǔn)則就是新的SLIO節(jié)點(diǎn)必須具有與現(xiàn)存的CAN節(jié)點(diǎn)不同的標(biāo)識符。5.SLIO CAN的總線長度較CAN縮短了多少 由于SLIO CAN缺少石英振蕩器的精度，所以SLIO的內(nèi)部位計時邏輯是以最大的振蕩器容限作為最佳選擇條件，這就要求縮短CAN系統(tǒng)的總線有效長度，作為抽樣點(diǎn)的位時間必須盡量提前，

10、進(jìn)而限制傳輸線上允許的傳播延遲時間。總的說來，應(yīng)該采用較短的總線長度。表2對比了SLI0 CAN與CAN系統(tǒng)的總線長度，表中所用的P82C15O和P8XC592等8位單片機(jī)均由飛利浦半導(dǎo)體公司制造?？煽闯鯯LIO CAN的總線長度較CAN系統(tǒng)縮短了數(shù)百甚至數(shù)千米。從另一個角度來看，SLIO CAN中兩個外主節(jié)點(diǎn)間的最大容許距離較短，但是，即使是最短的80m，相應(yīng)的總線長度也足以滿足小型汽車的應(yīng)用。 表2 在SLIO CAN和CAN中兩個外主節(jié)點(diǎn)之間的最大容許距離位速率（kbit/s）P82C150(SLIO CAN)P8XC592PCA82C200(CAN)位速率（kbit/s）P82C150

11、(SLIO CAN)P8XC592PCA82C200(CAN)12510080 m120 m530 m620 m5020300 m850 m1 300 m3 300 m6.SLIO CAN車身控制系統(tǒng)的布局 SLIO CAN技術(shù)應(yīng)用于汽車車身控制系統(tǒng)一般可在40kbit/s位速率下操作，該位速率大于表1中A級與B級66項(xiàng)傳輸速率之和，需要增速時也可擴(kuò)展至125kbit/s。除了每隔3800位時間標(biāo)定恒定傳輸?shù)南⑼?，所有的CAN傳輸都屬于事件驅(qū)動(狀態(tài)變化)?？偩€負(fù)載是相當(dāng)?shù)偷?，通過使用CAN總線分析器，在改進(jìn)的系統(tǒng)申記錄下的最大總線負(fù)載才6.4%，其中包括轉(zhuǎn)向信號燈接通、重復(fù)壓按座椅位置開關(guān)

12、和大燈遠(yuǎn)光開關(guān)。SLIO的標(biāo)定幀總數(shù)是總線負(fù)載的1.8%。SLIO CAN系統(tǒng)中的這種 “附加開銷”與智能的CAN網(wǎng)絡(luò)相比差別很大。系統(tǒng)布局如圖2所示。其中中央控制器P8XC592是飛利浦公司的產(chǎn)品，屬8051系列，其基本性能如下:RAM 256,ROM 16k，引腳68,I/O引腳48，全雙工異步收發(fā)器UART，定時/計數(shù)器3,CAN總線，10位A/D轉(zhuǎn)換。其中最主要的性能特點(diǎn)是具有多機(jī)通信和網(wǎng)絡(luò)接口功能，即有控制器區(qū)城網(wǎng)CAN總線接口。圖2 SLIO CAN基本的車身控制系統(tǒng)除了電動座椅和裝在翼子板上的后視鏡需作模/數(shù)轉(zhuǎn)換外，大多數(shù)車身電控裝置只需作數(shù)字通/斷。另外，由于SLIO備有內(nèi)部模

13、-數(shù)轉(zhuǎn)換器，將用數(shù)字記錄電位差計的讀數(shù)，故操作速度會增加一些。7.SLIO CAN網(wǎng)絡(luò)出了故障的“對抗措施” 就總線故障而論，SLIO CAN與智能的CAN節(jié)點(diǎn)有相同的結(jié)果。一旦CAN總線出現(xiàn)故障，各自獨(dú)立的節(jié)點(diǎn)不能再與它的主機(jī)或其他節(jié)點(diǎn)相通信，在這種情況下，系統(tǒng)會按照預(yù)定義參數(shù)迸人低效運(yùn)行方式或緩復(fù)位。 由于SLIO物理尋址的能力，無大型軟件輔助也能很容易地檢測出故障部位。監(jiān)視計時器可以周期地檢查所有節(jié)點(diǎn)的狀況，確保系統(tǒng)的完好性。一旦某個節(jié)點(diǎn)發(fā)生了故障，系統(tǒng)將采取妥當(dāng)?shù)摹皩勾胧?。SLIO CAN總線網(wǎng)絡(luò)最大的特點(diǎn)之一是有較佳的靈活性相適應(yīng)性。在汽車設(shè)計和改裝中，并不需要過多地改變原車身的

14、主要線束，這對汽車制造廠和維修企業(yè)來說，是很有吸引力的。由于SLIO CAN系統(tǒng)內(nèi)的微控制器已作了定時和延遲，因此，不存在繼電器或定時器的磨損問題。高側(cè)開關(guān)靈敏半導(dǎo)體裝置作為電源轉(zhuǎn)換，這些裝置與傳統(tǒng)的熔斷器相比，提供了更佳的回路保護(hù)，另外還具有在零點(diǎn)兒秒之內(nèi)檢測各種開路或短路的能力。這些故障狀況可以反饋至中央控制器P8XC592進(jìn)一步對錯誤報警和采取妥當(dāng)?shù)?quot;對抗措施"。"對抗措施"包括接通制動燈作為后轉(zhuǎn)向信號燈發(fā)生故障時的后備保險，或是接通后霧燈作為制動燈發(fā)生故障時的后備保險等。SLIO曲N網(wǎng)絡(luò)采取"對抗措施"形成的"燈光混

15、亂"，實(shí)際上是中央控制器對故障報警和對回路補(bǔ)償?shù)陌踩胧┲弧．?dāng)與安全行車有緊密關(guān)系的制動燈或轉(zhuǎn)向燈電路發(fā)生短路或開路時，不是像傳統(tǒng)汽車那樣以"熄燈"告終，而是讓另外的某種燈 "發(fā)亮"，對前方或后方的人和車作出"本車正在轉(zhuǎn)彎或制動"的"補(bǔ)償警示"，以減少行車事故。與此同時，警告驅(qū)動器驅(qū)動液晶顯示器，提醒司機(jī)盡快維修車輛。至于網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障后的維修思路與傳統(tǒng)汽車不大相同，由于不存在維修繼電器、定時器等，故需采用外接儀器進(jìn)行診斷。SLIO CAN系統(tǒng)很容易將故障診斷儀連接到數(shù)據(jù)總線上獲取全部信息，也可補(bǔ)充使用數(shù)據(jù)登錄器對汽車的非五常工況進(jìn)行觀測。另外，與診斷軟件有關(guān)的知識也能進(jìn)一步增強(qiáng)對汽車故障的診斷能力。8何謂 "即插即用"的SUIO CAN車身控制系統(tǒng)目前的SLIO CAN車身控制系統(tǒng)如圖3所示。由于帶有較多的圖3 SLIO