CAN/GPRS無線車載網關的設計與實現

1 引言
隨著汽車電子技術的不斷發展，車上的電子裝置越來越多，并與傳感器和執行器一起共同組成了許多復雜的電子控制系統。結果連接這些電子裝置的電子線路迅速膨脹，布線變得越來越困難，導致了車身重量明顯增加，車輛運行的可靠性降低。傳統點對點的連接方式已經無法滿足現代汽車電子技術發展的要求，多路傳輸的車載網絡技術成為解決這些問題的必然選擇。德國BOSCH 公司[1]推出的控制局域網CAN(Controller Area Network)依靠其穩定的性能、低廉的價格和很高的可靠性和實時性，現在已經被廣泛地應用于汽車內部網絡。CAN總線的采用使汽車內部的信息數據共享成為現實。然而，現在信息數據的共享不僅僅局限于汽車內部，許多數據信息需要與外界進行交換。這些信息主要用于汽車導航、汽車GPS 定位、汽車防盜、汽車遠程監控、汽車遠程調度和收費等方面。由于汽車可移動性的特點，很多與外界交互的信息需要通過無線傳輸，所以我們選擇具有覆蓋面廣、接入速度快、按流量計費等優點的通用分組無線業務GPRS(General Packet Radio Service)來承載無線數據通信。GPRS 是在GSM 基礎上發展起來的一種無線分組交換技術[2]，被稱為2.5G，最高帶寬可達171.2Kb/s，可較好的滿足無線通信的要求。
2 總體網絡拓撲
總體網絡拓撲如圖 1 所示，汽車內部的電子控制單元都掛接到CAN 網上，汽車的內部數據信息通過CAN 總線進行傳遞，而需要與外界交互的數據則通過CAN/GPRS 無線車載網關進行收發。

數據經過基站收發信機 BTS(Base Transceiver Station)、基站控制器BSC(Base Station Controller)和GPRS 服務支持節點SGSN(Serving GPRS Support Node)進入GPRS 骨干網；然后再通過GPRS 網關支持節點GGSN(Gateway GPRS Support Node)，進入Internet 互聯網；并可以通過TCP 或UDP 協議把數據傳送到Internet 遠程服務器。
3 CAN/GPRS 無線車載網關硬件實現
因為整個汽車內部CAN網與外界交互的數據都需要通過CAN/GPRS無線車載網關進行收發，所以網關需要配備一個性能較高的微處理器。我們選擇具有較高性價比的一款三星公司的32 位ARM9 微處理器S3C2410X 來作為網關的主控制器。S3C2410X 包含ARM920T核，最高處理速度為203MHz[6]，豐富的外圍設備包括3 通道的UART、4 通道的DMA、2個SPI 接口、117 個通用I/O 口和24 個外部中斷源等。采用一片三星的K9F1208 NAND Flash芯片(64M *8Bit)來儲存網關軟件系統的Bootloader，Linux 內核，根文件系統和網關程序。由兩片HYNIX 的HY57V561620 DRAM 芯片(4Banks*4M*16Bit)構成64M 的SDRAM，用于加載Linux 操作系統和運行程序。采用12MHz 的有源晶振。設計了一個20 針JTAG 接口，用來燒寫Bootloader。使用1 片MAX3232 構成UART 調試接口。因為整個系統的輸入電壓為5V，所以需使用AMS1117-3.3 和AMS1117-1.8 分別得到穩定的3.3V 和1.8V 電壓。
CAN 控制器選擇Microchip 的MCP2510，CAN 收發器選擇Philips 的TJA1050 以組成網關的CAN 通信模塊。MCP2510 支持CAN 總線V2.0A 和V2.0B 技術規范，通信數率可達1Mb/s，擁有3 個發送緩沖器、2 個接收緩沖器，高速SPI 接口支持0,0 和1,1SPI 模式。TJA1050具有對總線差分信號的收發功能和抗汽車環境下的瞬間干擾等能力。網關的GPRS 接口采用SIMCOM 公司的SIM300 GSM/GPRS 模塊，該模塊可為GSM 語音、短消息和GPRS 上網等業務提供無線接口。采用6 腳SIM 卡座來連接SIM 卡。網關的硬件結構如圖2 所示。

在實際硬件連接時，S3C2410 的SPI 接口與MCP2510 的SPI 接口直接相連。MCP2510的TXCAN、RXCAN 引腳分別與TJA1050 的TXD、RXD 引腳相連，而TJA1050 的CANH和CANL 引腳分別接到CAN 總線的CANH 線和CANL 線上。因為S3C2410 的UART 口并沒有引出DCD、 DTR、DSR 和RI 信號引腳，要通過SIM300 無線聯網，最好使用全部的信號引腳，所以我們使用PHILIPS 的SC16C550 從S3C2410 上擴展出標準的UART 接口與
SIM300 的UART 接口進行連接。CAN/GPRS 網關主要通信模塊的硬件電路原理圖如圖3 所示。

4 CAN/GPRS 無線車載網關軟件實現
4.1 ARM-Linux 操作系統移植.