[摘要]本文介紹了汽車電子控制系統(tǒng)單元的控制模塊、CAN 通信模塊的硬件設(shè)計(jì)及軟件分析，給出了帶ARM7 內(nèi)核的實(shí)例。 [關(guān)鍵詞] ARM CAN 汽車總線 Abstract: The system control unit of the car electric is introduced， including the design of control module and communication module. An application with ARM7 unit is given. Key words: ARM CAN Car-Bus 隨著電子控制系統(tǒng)單元（ECU）在汽車上的廣泛應(yīng)用，汽車電子化程度越來越高。電控系統(tǒng)的增加雖然提高了汽車的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和舒適性，但隨之增加的復(fù)雜電路，必然導(dǎo)致車身布線龐大而且復(fù)雜，安裝空間短缺。同時(shí)，為了提高電控單元信息利用率，要求大批的數(shù)據(jù)信息能在不同的電子單元間共享，汽車綜合控制系統(tǒng)中大量的控制信號(hào)也需要實(shí)時(shí)交換，不同功能電子控制系統(tǒng)單元間的數(shù)據(jù)通信變得越來越重要。因此對(duì)電子控制系統(tǒng)單元的設(shè)計(jì)提出了越來越高的要求，不僅要求通信網(wǎng)絡(luò)應(yīng)具有通信速率高、準(zhǔn)確、可靠性高的特點(diǎn)，同時(shí)要求控制模塊上應(yīng)具有控制實(shí)效性高、空間小等優(yōu)點(diǎn)。 本文基于CAN 總線技術(shù)，研制了應(yīng)用于汽車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的電子控制系統(tǒng)單元。 1 電子控制系統(tǒng)單元CAN 通信模塊的設(shè)計(jì) 根據(jù)CAN 通信原理，電子控制系統(tǒng)單元CAN 通信模塊硬件主要由CAN 控制器、CAN驅(qū)動(dòng)器及中心微處理器構(gòu)成。傳統(tǒng)的CAN 通信模塊采用51 系列的單片機(jī)作為中心處理器，SJA1000 作為CAN 控制器，PCA82C250 作為CAN 驅(qū)動(dòng)器。這種方案選用硅片多，所占空間大，外圍接口擴(kuò)展局限，同時(shí)功耗高。為此，在本設(shè)計(jì)中，我們采用內(nèi)嵌有CAN 控制器的LPC2119 和TJA1050 總線驅(qū)動(dòng)器構(gòu)成電子控制系統(tǒng)單元的CAN 通信模塊。CAN 通信模塊硬件圖如圖1 所示。 LPC2119 內(nèi)帶有ARM7 內(nèi)核，具有封裝小、功耗低、多個(gè)32 位定時(shí)器、4 路10 位ADC、2 路CAN 以及多達(dá)9 個(gè)外部中斷等優(yōu)點(diǎn)。TJA1050 是Philips 公司生產(chǎn)的，用以替代PCA82C250 的高速CAN 總線驅(qū)動(dòng)器。該器件提供了CAN 控制器與物理總線之間的接口以及對(duì)CAN 總線的差動(dòng)發(fā)送和接收功能。對(duì)于由“弱”終端構(gòu)成的端節(jié)點(diǎn)，TJA1050 外圍的電阻和電容能改善系統(tǒng)的EMC 性能。實(shí)踐證明，采用LPC2119 和TJA1050 構(gòu)造CAN 通信模塊，外圍擴(kuò)展能力強(qiáng)，空間小，同時(shí)改進(jìn)電磁輻射（EME）性能和抗電磁干擾（EMI）性能。 2 電子控制系統(tǒng)單元控制模塊的設(shè)計(jì) 傳統(tǒng)的“蜘蛛網(wǎng)式”控制模塊，電路復(fù)雜，維修難度高。本設(shè)計(jì)中，我們采用功率模塊、人機(jī)通信模塊、狀態(tài)量輸入模塊的結(jié)合，構(gòu)造出電子控制系統(tǒng)單元控制模塊，提高了整個(gè)系統(tǒng)的可觀性和實(shí)效性?？刂颇K硬件圖如圖2 所示。 2.1 功率模塊 考慮到汽車功率負(fù)載大及LPC2119 的I/O 口驅(qū)動(dòng)的局限，系統(tǒng)中采用功率模塊作為中心微處理器與功率負(fù)載之間的橋梁。 設(shè)計(jì)中，我們采用摩托羅拉公司生產(chǎn)的MC33888 功率器件控制遠(yuǎn)光燈、近光燈、倒車燈、剎車燈。MC33888 內(nèi)部集成有四路高端燈驅(qū)動(dòng)器和8 路繼電器或發(fā)光二極管驅(qū)動(dòng)器，是一個(gè)可控制網(wǎng)絡(luò)，具有在板診斷、與微控制器通信報(bào)錯(cuò)能力及故障軟化等優(yōu)點(diǎn)?？紤]到車內(nèi)燈和示廊燈的功率相對(duì)比較大，我們采用MC33487 功率器件進(jìn)行控制。MC33487 內(nèi)部集成兩路帶有電流感應(yīng)的20 毫歐姆高端驅(qū)動(dòng)器，電流輸出4.5A。 感性負(fù)載以及大電流的短路保護(hù)是整個(gè)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)。MC33887 具有功耗低、等待模式下電流25 微安、輸出電流超過8 安的短路關(guān)斷等優(yōu)點(diǎn)，所以系統(tǒng)采用MC33887 功率器件對(duì)電機(jī)、鎖、天線、洗滌泵進(jìn)行控制。 2.2 人機(jī)通信模塊 為了提高駕駛員和乘客的舒適性、安全性，整個(gè)系統(tǒng)必須在人和機(jī)器之間建立良好的人機(jī)通信模塊。BC7281、鍵盤模塊及外圍的LED 之間的結(jié)合，構(gòu)造出人機(jī)通信模塊。BC7281是比高公司推出的16 位數(shù)碼管顯示及鍵盤接口專用芯片。該芯片通過外接移位寄存器（74HC164、74LS595 等）可控制16 位數(shù)碼管或者128 只獨(dú)立的LED。BC7281 的驅(qū)動(dòng)輸出極性及輸出時(shí)序均可通過軟件進(jìn)行控制，從而和各種驅(qū)動(dòng)電路配合，適合任何尺寸的數(shù)碼管。 通過人機(jī)通信模塊，人的意識(shí)能夠?yàn)闄C(jī)器所識(shí)別，同時(shí)機(jī)器也可以將一些相應(yīng)的狀態(tài)信息反饋到LED 或者LCD 上，達(dá)到人機(jī)通信的可視化效果。 2 3 狀態(tài)量輸入模塊 狀態(tài)量輸入模塊主要是將一些人為操作的效果（如大燈開關(guān)、轉(zhuǎn)向燈開關(guān)）、車身狀態(tài)（如車門、窗的開關(guān)）及內(nèi)部狀態(tài)信息（如油量、水溫）反饋給中心處理器。中心處理器對(duì)反饋信息進(jìn)行分析處理，就可以準(zhǔn)確判斷本車所處的狀況，并做出相應(yīng)的操作。 外部狀態(tài)信息可以分為開關(guān)量和模擬量。通過一系列外圍電路（如整形防顫電路），我們將開關(guān)量轉(zhuǎn)換成CPU 可識(shí)別的0V 和+5V 高低電平。在模擬量處理上，先經(jīng)過歸一化處理電路，將水溫、油量、氣壓、室溫的變化轉(zhuǎn)化為0V 到5V 之間電信號(hào)，然后通過LPC2119內(nèi)嵌的4 路10 位AD 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字量。利用現(xiàn)有的CAN 通信模塊將這些數(shù)字量傳輸?shù)今{駛員附近的電子控制系統(tǒng)單元，再經(jīng)過D/A 轉(zhuǎn)換器，反應(yīng)在儀器儀表上。 3 電子控制系統(tǒng)單元軟件設(shè)計(jì) 對(duì)于LPC2119 微處理器來說，CAN 控制器完全是基于事件觸發(fā)的，即在本身狀態(tài)發(fā)生改變時(shí)，CAN 控制器會(huì)將狀態(tài)變化的結(jié)果告訴微處理器。因此中心微處理器可以采用中斷的方式或者輪詢的方式對(duì)CAN 控制器作出相應(yīng)的處理。完整的CAN 固件編程層次結(jié)構(gòu)圖如圖3 所示。 各電子控制系統(tǒng)單元按規(guī)定格式和周期發(fā)送數(shù)據(jù)到總線上，同時(shí)根據(jù)需要各取所需的報(bào)文。對(duì)于接收數(shù)據(jù)，本系統(tǒng)采用中斷的方式實(shí)現(xiàn)，一旦中斷發(fā)生，即將接收的數(shù)據(jù)自動(dòng)裝載到相應(yīng)的報(bào)文寄存器中。此時(shí)利用屏蔽濾波寄存器對(duì)接收?qǐng)?bào)文的標(biāo)識(shí)符和預(yù)先在接收緩沖器初始化時(shí)設(shè)定的標(biāo)識(shí)符進(jìn)行有選擇地逐位比較，只有標(biāo)識(shí)符匹配的報(bào)文才能進(jìn)入接收緩沖器，那些不符合要求的報(bào)文將被屏蔽于接收緩沖器外，從而減輕CPU 處理報(bào)文的負(fù)擔(dān)。 各電子控制系統(tǒng)單元的應(yīng)用層程序都不一樣，但是通信模塊的應(yīng)用程序基本上一致，可分為CAN 初始化、發(fā)送數(shù)據(jù)、接收數(shù)據(jù)。 3.1 CAN 初始化程序 CAN 初始化程序主要用來實(shí)現(xiàn)CAN 工作時(shí)的參數(shù)設(shè)置，其初始化主要內(nèi)容包括：硬件使能CAN、設(shè)置CAN 報(bào)警界限、設(shè)置總線波特率、設(shè)置中斷工作方式、設(shè)置CAN 驗(yàn)收濾波器的工作方式、設(shè)置CAN 控制器的工作模式等。 3. 2 發(fā)送數(shù)據(jù)程序 對(duì)CAN 模塊初始化成功后，就可以用它來傳送報(bào)文。節(jié)點(diǎn)向總線上發(fā)送報(bào)文的過程是：LPC2119 將待發(fā)送的數(shù)據(jù)按CAN 格式組成一幀報(bào)文，寫入CAN 模塊發(fā)送緩沖區(qū)，然后啟動(dòng)發(fā)送命令，將報(bào)文發(fā)送到總線上。在使用發(fā)送函數(shù)時(shí)有一點(diǎn)必須注意，因?yàn)樵趩?dòng)發(fā)送數(shù)據(jù)的命令后，CAN 控制器要將緩沖區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)發(fā)送完畢后，才會(huì)將該幀數(shù)據(jù)是否發(fā)送成功的狀態(tài)返回。這樣如果在函數(shù)里一直等待數(shù)據(jù)發(fā)送完畢，會(huì)使整個(gè)微處理器的性能下降。為了避免這種情況，該函數(shù)在啟動(dòng)發(fā)送后便立即返回，通過發(fā)送中斷或者利用查詢TCS 狀態(tài)位判斷是否發(fā)送成功。 3.3 接收數(shù)據(jù)程序 本設(shè)計(jì)中，我們采用中斷的方式進(jìn)行CAN 總線上的數(shù)據(jù)接收。當(dāng)LPC2119 的CAN 控制器出現(xiàn)內(nèi)部中斷時(shí)，我們先識(shí)別中斷寄存器的RI 位，判斷是否為接收中斷，然后讀取接收緩沖區(qū)的內(nèi)容。 4 結(jié)論 實(shí)踐證明，基于CAN 總線技術(shù)，帶ARM7 內(nèi)核的汽車電子控制系統(tǒng)單元空間小，實(shí)效性高。特別是它的數(shù)據(jù)通信具有很強(qiáng)的實(shí)時(shí)性、更高的可靠性和更好的抗干擾能力，即使在重負(fù)荷下也不會(huì)出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)癱瘓的情況，但投入實(shí)用化仍需要進(jìn)一步的研究和改進(jìn)，且程序的通信處理能力、糾錯(cuò)和容錯(cuò)能力有待進(jìn)一步的提高。 參考文獻(xiàn) 1 鄔寬明.CAN 總線原理和應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì).北京:北京航空航天大學(xué)出版社，1996 2 周立功.增強(qiáng)型80C51 單片機(jī)速成與實(shí)踐. 北京:北京航空航天大學(xué)出版社.2003 3 葛林.CAN 通信網(wǎng)絡(luò)在汽車中的應(yīng)用研究. 汽車技術(shù) 2000；（11）；1-4