現(xiàn)代汽車典型的電控單元主要有主控制器、發(fā)動機控制系統(tǒng)、懸架控制系統(tǒng)、制動防抱死控制系統(tǒng)（ABS）、牽引力控制系統(tǒng)、ASR控制系統(tǒng)、儀表管理系統(tǒng)、故障診斷系統(tǒng)、*門鎖系統(tǒng)、座椅調(diào)節(jié)系統(tǒng)、車燈控制系統(tǒng)等。所有這些子控制系統(tǒng)連接起來構(gòu)成一個實時控制系統(tǒng)——指令發(fā)出去之后，必須保證在一定時間內(nèi)得到響應(yīng)，否則，就有可能發(fā)生重大事故。這就要求汽車上的CAN通信網(wǎng)絡(luò)有較高的波特率設(shè)置。另外，汽車在實際運行過程中，眾多節(jié)點之間需要進行大量的實時數(shù)據(jù)交換。若整個汽車的所有節(jié)點都掛在一個CAN網(wǎng)絡(luò)上，眾多節(jié)點通過一條CAN總線進行通信，信息管理配置稍有不當，就很容易出現(xiàn)總線負荷過大，導(dǎo)致系統(tǒng)實時響應(yīng)速度下降的情況。這在實時系統(tǒng)中是不允許的，因此在對汽車上各節(jié)點的實時性進行了分析之后，根據(jù)各節(jié)點對實時性的要求，設(shè)計了高、中、低速三個速率不同的CAN通信網(wǎng)絡(luò)，將實時性要求嚴格的節(jié)點組成高速CAN通信網(wǎng)絡(luò)，將其他實時性要求相對較低的節(jié)點組成中速CAN通信網(wǎng)絡(luò)，將剩下實時性要求不是很嚴格的節(jié)點組成低速CAN通信網(wǎng)絡(luò)。并架設(shè)網(wǎng)關(guān)將這三個速率不同的三個通信網(wǎng)絡(luò)連接起來，實現(xiàn)全部節(jié)點之間的數(shù)據(jù)共享。整個汽車的CAN通信網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)如圖1所示。 
 


    發(fā)動機控制系統(tǒng)、懸架控制系統(tǒng)、制動防抱死控制系統(tǒng)（ABS）、牽引力控制系統(tǒng)、ASR控制系統(tǒng)這五個節(jié)點是汽車運行的核心部件，對時間響應(yīng)要求嚴格，因此將這五個節(jié)點組成高速CAN通信網(wǎng)絡(luò)，通信波特率設(shè)為500 bps。儀表管理系統(tǒng)、故障診斷系統(tǒng)等相對來說對實時性的要求較低，因此這些節(jié)點構(gòu)成中速CAN通信網(wǎng)絡(luò)、通信波特率設(shè)為128 bps。*門鎖系統(tǒng)、座椅調(diào)節(jié)系統(tǒng)、車燈控制系統(tǒng)對實時性要求不是很嚴格，它們構(gòu)成低速通信網(wǎng)絡(luò)，通信波特率設(shè)為30 bps。兩個網(wǎng)關(guān)跨接高、中、低速三條總線，與各節(jié)點進行數(shù)據(jù)交換。網(wǎng)關(guān)通過對CAN總線間待傳數(shù)據(jù)信息的智能化處理，可以確保只有某類特定的信息才能夠在網(wǎng)絡(luò)間傳輸。 　 

2.2 器件選擇 
     汽車內(nèi)部CAN網(wǎng)絡(luò)主要由兩部分組成：面向底層ECU的CAN節(jié)點和實現(xiàn)高低速網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)共享及網(wǎng)絡(luò)管理的網(wǎng)關(guān)。為了減少開發(fā)周期，選擇Motorola公司一款帶CAN模塊的中檔微處理器MC9S12DP256；CAN收發(fā)器以及電源系統(tǒng)是用MC33989來實現(xiàn)的。 

     微控制器MC9S12DP256是基于16位HCS12 CPU及0.25 μm微電子技術(shù)的高速、高性能5.0 V Flash存儲器產(chǎn)品中的中檔芯片。其較高的性能價格比使其非常適合用于一些中汽車電子控制系統(tǒng);同時其較簡單的背景開發(fā)模式（BDM）也使開發(fā)成本進一步降低,使現(xiàn)場開發(fā)與系統(tǒng)升級變得更加方便。
 
     MC9S12DP256的主頻高達25 MHz;片上集成了許多標準模塊，包括２個異步串行通信口SCI、3個同步串行通信口SPI、8通道輸入捕捉／輸出比較定時器、2個10位8通道A/D轉(zhuǎn)換模塊、1個8通道脈寬調(diào)制模塊、49個獨立數(shù)字I/O口（其中20個具有外部中斷及喚醒功能）、兼容CAN2.0A/B協(xié)議的5個CAN模塊以及1個內(nèi)部IC總線模塊；片內(nèi)擁有256 KB的Flash EEPROM12 KB的RAM、4 KB的EEPROM。這些豐富的內(nèi)部資源和外部接口資源可以滿足各種ECU數(shù)據(jù)的處理以及發(fā)送和接收。由于有多個CAN模塊，所以非常適合做高低速網(wǎng)絡(luò)之間的網(wǎng)關(guān)。 

     Motorola公司的系統(tǒng)級芯片（SBC）MC33989具有二個電源整流器，專為MCU和外圍器件提供電源。這個智能化的半導(dǎo)體器件可以提供所有必需的系統(tǒng)電壓，內(nèi)部有一個低噪聲的200 mA整流器用來給MCU子系統(tǒng)供電。另外，還有一個控制外部導(dǎo)通晶體管的裝置用來給外圍設(shè)備供電。這個外部導(dǎo)通晶體管允許調(diào)整二次電源，使之滿足每種特殊應(yīng)用所需的功耗極限要求。二次供電電源還能根據(jù)要求切斷所選外圍設(shè)備的供電，并以此達到降低功耗的目的。
 
     除了提供系統(tǒng)電源外，SBC內(nèi)部還集成了一個1 Mb的CAN收發(fā)器。該收發(fā)器具有主控狀態(tài)超時檢測、內(nèi)部熱保護以及CAN-H和CAN-L輸入端短路保護等功能。收發(fā)器內(nèi)部還對CAN-H和CAN-L輸入端進行了跳啟、電池反接以及短接至電源或地的保護。 

     4個高壓喚醒輸入端使器件具備了強大的喚醒功能。這些喚醒輸入端的zui大耐壓能達40 V。輸入端的上拉源能在芯片上產(chǎn)生。由于只需用上拉源就能隨時檢測開關(guān)輸入的變化，因此能較好地降低功耗。該器件還具有周期性喚醒功能。另外，SBC還提供了針對MCU的復(fù)位調(diào)節(jié)與低壓檢測功能。 

 2.3 CAN節(jié)點的硬件電路設(shè)計 
    為了便于調(diào)試和演示，節(jié)點模塊都包括CAN接口、RS232接口和液晶顯示器。在調(diào)試過程中，液晶顯示器用來將本地數(shù)據(jù)和通過CAN總線接收的數(shù)據(jù)直觀地顯示出來，RS232接口在需要的情況下可用來與PC機建立通信。
 
    節(jié)點的核心芯片是微處理器MC9S12DP256，主要負責CAN的初始化，完成數(shù)據(jù)的處理及監(jiān)控數(shù)據(jù)的傳送。 

    圖2中MC33989是CAN控制器與物理層總線之間的接口。該器件可以提供對總線的差分發(fā)送能力和差分接收能力，具有抗汽車環(huán)境下的瞬間干擾、保護總線的功能。除此之外，它還為MCU和外圍器件提供電源。CAN節(jié)點原理框圖如圖2所示。



2.4 CAN網(wǎng)關(guān)的硬件電路設(shè)計 
       網(wǎng)關(guān)的主要作用是協(xié)調(diào)各個網(wǎng)絡(luò)之間數(shù)據(jù)的共享，負責各節(jié)點之間的通信，其硬件結(jié)構(gòu)與CAN節(jié)點非常相似。由于它負責高速與低速網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)共享，所以，必須同時跨接在兩個網(wǎng)絡(luò)之間。CAN總線網(wǎng)關(guān)硬件框圖如圖3所示。 


    微處理器MC9S12DP256具有5個CAN模塊，這里使用其中的兩個：一個通過MC33989與低速網(wǎng)相連，實現(xiàn)與低速網(wǎng)的通信；另一個通過MC33989與高速網(wǎng)相連，實現(xiàn)高、低速網(wǎng)之間的通信以及對網(wǎng)絡(luò)的管理。 

2.5 CAN網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)軟件設(shè)計 
    本設(shè)計所需實現(xiàn)的功能是各節(jié)點發(fā)送接收數(shù)據(jù)，網(wǎng)關(guān)能實現(xiàn)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)高、低速網(wǎng)絡(luò)之間的通信。在實驗過程中，假設(shè)速率不同的兩個網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)刷新周期分別為10 ms的低速網(wǎng)和5 ms的高速網(wǎng)。軟件設(shè)計由KEIL C編寫，主程序完成數(shù)據(jù)的處理和收發(fā)，中斷程序負責數(shù)據(jù)的采集，主程序由CAN總線 

    數(shù)據(jù)的收發(fā)、液晶顯示控制、數(shù)據(jù)幀解析三部分構(gòu)成。通過中斷判斷數(shù)據(jù)的接收或發(fā)送，根據(jù)高、低速的不同，每隔一段時間（5 ms或10 ms）發(fā)送一組新數(shù)據(jù)。通信程序流程如圖4所示。 圖4 通信程序流程結(jié)語 

結(jié)語 
    為了充分發(fā)揮ECU在汽車控制中的作用，CAN通信網(wǎng)絡(luò)為全局優(yōu)化提供了條件。通過實驗證明，CAN總線具有以下優(yōu)點：① 組網(wǎng)自由，擴展性強；② 自動錯誤界定，簡化了電控單元對通信的操作；③ 可根據(jù)數(shù)據(jù)內(nèi)容確定優(yōu)先權(quán)，解決通信的實時性問題。 

     此外，CAN網(wǎng)絡(luò)還被眾多工業(yè)控制系統(tǒng)采用，尤其是傳輸速率較高而且對實時性及可靠性要求高的場合，所以CAN總線將有廣闊的應(yīng)用前景。