一種基于CAN總線的車輛虛擬儀表數據采集系統設計

　　頻率信號處理模塊完成對捕獲端口頻率的測量，其基本思想是：在被測信號的一個周期時間內，2次脈沖下降沿分別啟動和停止定時器T2計數，兩次計數值之差的倒數即為頻率值，本模塊只需計算差值，頻率值由上位機解算。

　　3.1 CAN控制器編程

　　本系統軟件設計的一個難點在于關于CAN的編程。本系統處理的CAN程序模塊有：CAN初始化子程序、CAN中斷程序和CAN數據收發子程序。

　　CAN 是Controller Area Network 的縮寫，是國際標準化的串行通信協議。在當前的汽車產業中，出于對安全性、舒適性、方便性、低公害、低成本的要求，各種各樣的電子控制系統被開發了出來。由于這些系統之間通信所用的數據類型及對可靠性的要求不盡相同，由多條總線構成的情況很多，線束的數量也隨之增加。為適應"減少線束的數量"、"通過多個 LAN,進行大量數據的高速通信"的需要，1986 年德國電氣商博世公司開發出面向汽車的CAN 通信協議。此后，CAN 通過ISO11898 及ISO11519 進行了標準化，現在在歐洲已是汽車網絡的標準協議。

　　CAN總線的基本特點：

　　*CAN協議廢除了傳統的站地址編碼，采用數據通信數據塊進行編程，可以多主方式工作。

　　*CAN采用非破壞性仲裁技術，當兩個節點同時向網絡上傳送數據時，優先級低的節點主動停止數據發送，而優先級高的節點可不受影響地繼續傳輸數據，有效避免了總線沖突。

　　*CAN采用短幀結構，每一幀的 有效字節為8個(CAN技術規范2.0A)，數據傳輸時間短，受干擾的概率低，重新發送的時間短。

　　*CAN的每幀數據都有CRC效驗及其他檢錯措施，保證了數據傳輸的高可靠性，適于在高干擾環境中使用。

　　*適用于現場設備與儀表之間或者與其上位設備間的通信網絡，可以統一組態，相互操作，控制功能分散到最底層。

　　*CAN節點在錯誤嚴重的情況下，具有自動關閉總線的功能，切斷它與總線的聯系，以使總線上其它操作不受影響。

　　*CAN可以點對點、一點對多點(成組)及全局廣播集中方式傳送和接受數據

　　*CAN總線直接通訊距離最遠可達10km/5Kbps,通訊速率最高可達1Mbps/40m.

　　*采用不歸零碼(NRZ-Non-Return-to-Zero)編碼/解碼方式，并采用位填充(插入)技術。

　　CAN控制器是以CPU存儲器映像外圍設備出現的。P80C592的CPU與CAN控制器之間的數據傳輸通過4個特殊功能寄存器來實現，即： CANADR、CANCON、CANSTA和CANDAT,通過這四個特殊功能寄存器，CPU可以訪問CAN控制器內部的任一寄存器(地址為0~29)和 DMA邏輯。表1給出了這四個SFR的功能簡述，其中CANCON和CANSTA的讀寫操作含義不同。

　　表1 SFR功能簡述

　　CAN控制器初始化(圖4)是CAN通信中一個非常重要的子程序，程序是否合理將直接影響整個通信過程。CAN控制器的初始化首先必須通過置位 CAN控制寄存器的"復位請求"位，置位"復位請求"并不影響正在進行的一個收發作業，特別需要注意的是，只有當復位請求被置位時，CAN內部地址為 4-8的寄存器方可被訪問，在復位操作結束后必須將該位置0以保持所進行的設置并使CAN返回工作狀態。

　　圖4 CAN通信中一個重要的子程序

　　P80C592和其在片CAN控制器都具有中斷寄存器，必須注意兩者的區別。CAN中斷子程序(圖5)首先讀CAN中斷寄存器(IR)以判斷中斷類型，據此轉入相應的操作。如果接收緩存器滿而另一個報文的首字節又需要被存儲時，數據超限位被置位，此時應清除超限并釋放接收緩存，然后重新發送數據請求。在數據接受子程序中當數據被轉入RAM區后，應及時釋放接受緩存器，以便為接收下一幀數據做好準備。

　　圖5 CAN中斷子程序

　　數據發送子程序見圖6.CAN控制器向總線發送數據時，首先將在片主RAM中數據存放的首地址寫入CANSTA,然后讀取CANSTA.6的值(讀 CANSTA的操作其實是對CAN控制器內部狀態寄存器的讀操作，CANSTA.6是錯誤顯示位，當至少有一個總線錯誤計數器計數達到CPU告警極限時，該位將被CAN控制器置位。)，若檢測出錯，則執行CAN初始化子程序，若正常，則繼續檢測接收狀態和發送緩沖器狀態，若發送條件滿足則在CANADR中寫入發送緩存器地址并置位DMA控制位，DMA傳送隨即被啟動，數據場由RAM拷貝到發送緩存器，置發送請求位后數據開始發送。

　　4 結語

　　用高性能的P80C592和AD1674A數據采集模塊組成車輛環境數據采集系統具有較高的性價比，目前該系統已投入試用階段，運行狀況良好。 CAN總線非常適合分布式控制或適時控制的串行通信網絡，本課題只涉及了數據采集，如果在此基礎上擴展車輛輔助控制和重要數據備份功能，系統將會有更廣闊的應用前景。