CAN總線在混和動力汽車電機控制系統中的應用

2 CAN控制器

TMS320F241是美國TI公司TMS320系列定點數字信號處理器產品之一，專為數字電機控制而設計，其指令執行速度是20MIPS，幾乎所有指令都可以在一個50ns的單周期內執行完畢。同時TMS320F241芯片內嵌了CAN模塊，因此該芯片是設計基于CAN總線的數字式電機控制系統的優選芯片。TMS320F241的CAN模塊是FullCAN控制器，包括報文處理器（負責接收和發送管理以及幀存儲），需要的CPU開銷比 BasicCAN控制器少，并且適應技術規范CAN2.0B，因此可以發送和接收標準幀（11-bit標識符）和擴展幀（29-bit標識符）。同時，CAN模式包括6個信箱（Mailbox）以及15個不同的16-bit寄存器，這些寄存器分別是控制寄存器、狀態寄存器、中斷寄存器和接收屏蔽寄存器。

3 CAN總線在HEV電機控制系統中的應用

3.1 硬件設計

TMS320F241 芯片與CAN總線接口的總線收發器采用Philips公司的PCA82C250芯片。82C250可以提供對CAN總線的差動發送能力及對CAN控制器的差動接收能力。通信介質采用雙絞線，信號差動發送和差動接收的最高通信速率可達1Mbps。為了增強抗干擾能力，在TMS320F241與82C250之間采用高速光耦6N137進行隔離。

TMS320F241與CAN總線的接口電路如圖1所示。

3.2 幀結構

電機控制單元（MCU）與整車控制單元（VCU）之間的報文傳送由兩種類型的幀表示和控制：數據幀攜帶數據由發送器到接收器；遠程幀通過總線單元發送，以請求發送具有相同標識符的數據幀。數據幀和遠程幀借助幀空間與當前幀分開。

3.2.1 數據幀

CAN 技術規范2.0B中存在兩種不同的幀格式，其主要區別在于標識符的長度，具有11位標識符的幀稱為標準帖，而29位標識符的幀稱為擴展幀。本系統中數據幀采用標準帖。數據幀由7個不同的位段組成，包括幀起始（SOF）、仲裁段、控制段、數據段、循環冗余檢查段（CRC）、應答段（ACK）以及幀結束（EOF）。其中仲裁段由標識符和遠程發送請求位（RTR）組成；控制段由數據長度碼（DLC）和兩個保留位r0、r1組成；數據段由數據幀中被發送的數據組成，它包括0～8個字節，每個字節8位。

VCU向MCU發送的數據幀包括：MCU初始化、檢測MCU、VCU發生不可恢復錯誤、VCU的工作狀態、控制電機轉速、控制電機轉矩、請求返回電機的錯誤狀態等請求或命令。

MCU向VCU發送的數據幀包括：返回MCU當前狀態、送回電機轉速、送回電機轉矩、電機或MCU出錯、電機工作正常等信息。

為了區別VCU發出的不同請求和命令，采用了Universal Serial No字節。該字節位于數據段的首字節，表示請求或命令和編號。

3.2.2 遠程幀

遠程幀與數據幀的結構相同，只是不包括數據段。遠程幀的遠程請求發送位為1。遠程幀用于請求信息。TMS320F241的CAN模塊可以自動回復遠程帖，即節點收到遠程幀。如果該節點中有和遠程幀的標識符相同的報文，則該節點就將相應的數據幀發送到總線上。本系統中遠程幀和數據幀一樣，采用標準格式。

VCU的MCU發送的遠程幀包括：請求返回電機狀態、請求返回電機轉速、請求返回電機轉矩等。

3.3 通信中斷服務程序

VCU的指令通過CAN部到達MCU之后，采用中斷的形式（如IRQ5），使MCU轉入通信中斷服務子程序。以保證VCU的指令可以及時發送到MCU。通信中斷服務子程序流程圖如圖2所示。