CAN總線在汽車控制系統中的研究與應用

（二）系統實現

目前，汽車計算機控制已經涉及到動力性、經濟性、安全性、可靠性、凈化性和舒適性等諸多方面，具體包括發動機控制，變速器控制、巡行控制，制動控制，照明控制，空調控制，雨刷控制，儀表管理系統等，而且各種控制系統的電控單元（ECU）相互聯系緊密，需要隨時進行實時數據通信，CAN總線作為一種極具應用潛力的控制器局域網總線，近年來在汽車計算機控制系統中得到越來越廣泛的應用，并已成為歐洲汽車制造業主體行業標準，代表著汽車電子控制網絡的主流發展趨勢。

汽車計算機控制系統中的所有這些子控制系統通過CAN,0.線構成一個實時控制系統網絡，各控制單元的指令發出去之后，必須保證在一定時間內得到響應，要不然就有可能發生重大事故，這就要求汽車上的CAN通信網絡有較高的波特率設置和可靠性。而且，汽車在實際運行過程中，眾多節點之間需要進行大量的實時數據交換。若整輛汽車的所有節點都掛在一個CAN網絡上，這么多節點通過一條CAN總線進行通信，信息管理配置稍有不當，就很容易出現總線負荷過大，將導致系統實時響應速度下降，這在實時系統中是不允許的。因此我們在對汽車上各節點的實時性進行了分析之后，根據各節點對實時性的要求，設計了高、低速兩個速率不同的CAN通信網絡。將實時性要求嚴格、可靠性要求高的節點組成高速CAN通信網絡，將其它實時性要求相對較低的節點組成低速CAN通信網絡，并架設網關將這兩個速率不同的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、變速器控制、安全控制、防抱死制動控制（ABS）等控制單元節點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。空調控制、雨刷控制、照明控制和儀表管理控制等相對來說對實時性的要求較低，采用傳輸速率小于125 Kbps的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，實現網絡互連。

電控單元的微控制器（P8xC591 ）通過數據總線經過光電隔離器（6N137）與CAN總線控制器（SJA 1000）直接相連，由于CAN總線控制器帶有一個接收緩沖器和一個發送緩沖器，因此，CAN總線控制器的發送端口Tx0，接收端口Rx0、Rx1分別與CAN,總線發送接收器的TxD和RxD, Vref端口直接相連，CAN_L和CAN -H是CAN總線的兩條差分接收發送線。它們的端點間各接一個120Ω的總線匹配電阻，當有節點占用CAN總線時，該節點的發送端（電平為3.5 V）接CAN_H,接收端（電平為1.5V）接CAN_L;當無節點占用CAN總線時，CAN_L和CAN_H上的電平均為2.5V.