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隨著現代汽車性能的不斷提升，新的控制功能不斷增加，如中央門鎖、燈光控制、玻璃升降、后視鏡調節、天窗控制、座椅調節和點火延時控制等。傳統的控制系統多采用繼電器和獨立模式控制，使得車內線束過多且布線復雜，從而造成了嚴重的電磁干擾，導致系統的可靠性下降。目前，很多汽車采用CAN總線將整個汽車控制系統聯系起來統一管理，實現數據共享和相互之間協同工作，使車內線束布線方便可靠，提高了汽車整體的安全性和性價比，增強了自身的競爭力。而各個控制單元對系統的響應時間要求不一樣，如防抱死制動系統（ABS）、驅動防滑系統（ASR）、電控行駛平穩系統（ESP）、安全氣囊（SRS）等對系統實時性要求較高；照明控制、空調控制等對系統的響應時間要求則相對較低。 由于計算機控制單元越來越多，采用單網絡CAN總線負荷越來越重，通過以DSP作為系統主控制器并兼作網關（對CAN總線間待傳數據信息作智能化處理，確保只有某類特定的信息才能在網絡間傳輸），對實時性要求較高的控制單元采用高速CAN網絡傳輸，對實時性要求相對較低的控制單元采用低速CAN網絡傳輸，不僅可以提高系統抗電磁干擾性，而且還可以簡化傳輸線束，提高傳輸可靠性。 1. 基于DSP的汽車計算機控制系統 1.1 TMS320LF2407A功能簡介 選用TI公司的16位定點DSP TMS320LF2407A作為主控制器并兼作網關。該型DSP系統時鐘可達40M，運算速度為40MIPS, 片內有高達32K字FLASH程序存儲器，高達1.5K字的數據/程序RAM以及2K字的SARAM和544字的DARAM，內嵌16通道10位的A/D轉換器、SPI/SCI/CAN2.0B模塊以及看門狗定時器模塊，資源豐富，接口方便，特別適合于象汽車計算機控制等實時性和可靠性要求很高、電磁干擾嚴重的場合。 1.2 系統實現 汽車計算機控制系統已經廣泛涉及到動力、安全、環保、節能、舒適等諸多方面，各種控制系統的電控單元（ECU）相互緊密聯系，需要進行大量數據的實時通信，而且為了滿足各子系統的實時性要求必須對汽車公共數據進行共享。因此在構建CAN總線控制系統中，總是希望CAN通信控制網絡具有較高的波特率和可靠性。但若整輛汽車的所有節點都掛在一個CAN網絡上，眾多節點通過一條CAN總線進行數據通信，就很容易出現總線負載過大，導致系統實時響應速率下降。因而在對汽車各節點的實時性進行分析后，設計了基于TMS320LF2407A的高低速CAN通信網絡，將實時性要求較高的節點組成高速CAN通信網絡，將實時性要求相對較低的節點組成低速CAN通信網絡，并架設網關將這兩種速率不同的CAN通信網絡連接起來，實現全部節點之間的數據共享。整輛汽車的通信網絡拓撲結構如圖1所示。 圖1中的發動機控制、變速箱控制、ABS/ASR/ESP控制和SRS控制是現代汽車動作的核心部件，對時間響應要求嚴格，因而在本設計中采用傳輸速率為500Kbps的高速CAN通信網絡；空調管理、儀表管理、照明管理和姿態管理（如玻璃升降、后視鏡調節、天窗控制、座椅調節和雨刷管理等）的實時性要求相對較低，采用速率為125Kbps的低速CAN 通信網絡，主控制器跨接高、低速兩條總線，與各節點進行數據交換，兼起網關的作用。 1.3 控制系統的電控單元與CAN總線接口設計 根據系統設計要求，采用TMS320LF2407A作為主控制器，汽車計算機控制系統的電控單元與CAN總線連接方式如圖2所示。 通過TMS320LF2407A內嵌的CAN控制器可以很方便的實現物理層和數據鏈路層的功能。CANH和CANL是CAN總線的兩條差分接收/發送復用線路，它們的端點各接一個Ω120的總線匹配電阻。當有節點占有CAN總線時，該節點的發送端（電平為3.5V）接CANH，接收端（電平為1.5V）接CANL；當無節點占有CAN總線時，CANH和CANL上的電平均為2.5V。在TMS320LF2407A和總線收發器PCA82C250之間采用高速光電隔離器6N137，可有效防止干擾信號通過PCA82C250傳入主控制器；同時對整個系統還進行了金屬屏蔽，傳輸線采用屏蔽雙絞線，以減少電磁干擾。 2. 硬件接口電路設計 CAN通信網絡接口由TMS320LF2407A的CAN控制器、CAN總線收發器PCA82C250以及光電隔離器6N137組成。CAN節點通信接口的硬件設計電路如圖3所示。為了便于調試和演示，節點模塊都包括CAN接口、RS232接口和液晶顯示器。在調試過程中，液晶顯示器用來將本地數據和通過CAN總線接收的數據直觀地顯示出來，RS232接口在需要的情況下可用來與PC機建立通信�？偩�數據信號通過高速光電隔離器6N137隔離，PCA82C250是CAN控制器和物理層之間的接口，可以提供對總線數據的差分接收和發送能力，具有在汽車環境下抗瞬間干擾、保護總線的能力。 本系統軟件由系統主程序和高低速CAN網絡單元軟件組成，軟件流程如圖4和5所示。 高速CAN通信網絡負責對實時性要求較高的控制單元動作的采集、處理和傳送，一旦系統檢測到有動作信號，將開放中斷，調用相應的中斷子程序，經DSP處理后通過高速CAN網絡傳送到相應控制單元的ECU，由控制單元ECU對控制對象進行控制。如果沒有檢測到高速CAN網絡忙，就檢測低速CAN網絡，在沒有高速CAN網絡中斷的前提下調用相應的子程序響應相應的動作。低速CAN網絡單元軟件流程與低速CAN網絡單元類似，主要區別是低速CAN網絡單元采用查詢方式，數據廣播用于實現控制系統中的數據共享。 4. 結論 CAN 總線作為一種可靠的汽車計算機網絡總線已在許多先進汽車上得到應用,使得各汽車計算機控制單元能夠通過CAN 總線共享所有信息和資源,達到簡化布線、減少傳感器數量、避免控制功能重復、提高系統可靠性、降低成本、更好地匹配和協調各個控制系統的目的。本設計采用了數字信號處理器TMS320LF2407A 作主控制器兼作網關, 可在不同節點間實現高效數據傳輸，提高了系統的實時性和可靠性，采用高低速CAN總線網絡通信控制方式，可以較大提高總線的利用率和系統的響應速度，基本達到預期的目標。 |
