低速车身控制系统实施高速的CAN协议

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1、低速车身控制系统实施高速的CAN协议1低速低速车身控制系统的含义低速(小于125kbit/s)车身控制系统主要指汽车灯光、刮水器、电动窗、后视镜、中央门锁、加热-通风-空调以及其他低速数据的通信系统。低优先级和低通信量的低速车身控制信息，若采用高速数据总线结构，那是不合理的，尤其是生产成本和维修费用令人难以接受。近年来，各种有专利权的协议已经用于车身控制系统。这些协议是不通用的，而且有一定的局限性。ISO提出了CAN作为汽车高速数据总线的标准，目前CAN芯片的制造厂商有英特尔、摩托罗拉、NEC、飞利浦、西门子和国家半导体等公司，在市场上很容易购到，因为CAN技术除了在汽车上，在飞机、轮船以及工

2、业控制中都得到了广泛的应用。 CAN虽然是国际标准化组织推荐的汽车高速网络标准，当然也可将其用于低速的车身控制系统。从工程的观点出发，如果选用同类的CAN协议，则很容易从高速到低速网络或从低速到高速网络桥接数据。然而，当CAN系统被配置于低速应用，若CAN的芯片仍然与高速应用的芯片相同，这是不经济的。由沃威克大学先迸技术中心与飞利浦公司开发的串行链路输入/输出控制器区域网(SLIO CAN)发展和改进了CAN技术，能以低成本的造价满足低速车身控制系统的应用。2.什么是串行链路输入/输出控制器区域网（SLIO CAN） SLIO CAN是一种用来完成简单输入/输出功能的低智能CAN芯片。SLIO

3、 CAN的最简单结构可以看作带有内部CAN控制器的I/O端口，它具有CAN协议规定的全部特征和能力以及符合CAN2.Oa和CAN2.Ob(无源)规格。它具有11位CAN标识符和29位忽略标识符，不会便总线出错。 SLIO CAN若扩展到低速应用，采用它的内部振荡器，可达到125kbit/s的速率;如果采用外部晶体振荡器，它也可以操作在250kbit/s的速率。一般情况下，推荐它操作于无外部晶体时钟的条件，目的是便SLIO接口简单而便宜。 标准的CAN与SLIO CAN对比，前者的所有微控制器通过物理层连接到一根双绞总线上;而后者是用低智能的只带有内部CAN控制器的I/O端口SLIO CAN代替

4、微控制器，也就是说，SLIO CAN系统中只用了唯一的一个微控制器。由于SLIO CAN是一种低智能装置，它要靠1个智能主节点编程和控制。智能主节点是1种含有微控制器的CAN节点。全部16个SLIO都受控于SLIO CAN总线上的一一个主节点。由于各个SLIO中有4个标识位，产生-16个不同的标识符(表3-5-l的P0、 P1、P2和P3)。考虑合并两个不同制造厂有不同标识符设定(如各不相同的IDI)的SLIO，将会给出32个SLIO节点(如飞利浦和国家半导体公司各16个)。11位CAN标识符中的IDO指示的数据传输的方向有两种情况:当IDO为“0”时，信息方向从主控制器传送至SLIO，而当T

5、OO为“1”时，信息方向刚好相反。在SLIO CAN系统中，主控制器也能使用遥控帧轮询它的SuIe)从节点。另外，SLIO CAN系统中的数据字节，一直被制造厂固定为2个或3个字节。在数据字段 (主存储器中保存数据记录的一个区域)中，第一数据字节起到命令寄存器和状态寄存器一样的功用，而其余的数据字节将与SLIO的输入/输出引脚相适配(8位或16位)。各个SLIO端口的引脚可以单独编程。表1 与CAN 11位标识符相关的SLIO标识符11位CAN标符ID+0ID9ID8ID7ID6ID5ID4ID3ID2ID1ID0SLIO标识符01P310P2P1P010DirDir:SLIO CAN信息的方

6、向位；P0P3：SLIO标识符设定点。3.SLIO的物理寻址方法 由于SLIO标识符为4位，SLIO CAN继承了由一特定标识符指定每个SLIO CAN节点的物理寻址方法。一般情况下，不再采用CAN系统的功能寻址方法。例如，在车内的某一个SLIO CAN系统中，为了接通右转向信号灯，两个数据帧必须送到汽车的前、后SLIO分支点，如果采用了功能寻址，那么，被调作“转向信号”的功能帧将在网络上广播，这样，全部对应的接收器将会接收和处理转向的信息，结果导致数据混乱。除此之外，SLIO还按虚拟主-从结构操作至一定的级别，SLIO主节点的相关情况如图1所示。图1 在同一总线上包括有其他CAN节点的SLI

7、O前述提到，在一根CAN总线上的全部16个SLIO，只须由1个主节点控制，在某些情况下它们可以分为组并受几个主控制器的控制。不管怎么说，同一总线上的SLIO的总数不能超过16(或32)个。而在多主机的条件下，仅需对一个主机定标。从图1中可看出，由于CAN的广播方法，所有的其他CAN节点（主节点和SLIO节点）也能接收SLIO发送的信息，因此，SLIO的物理寻址方法最重要的是确保其他智能节点 (专用的主节点除外)不能对数据起作用，否则将导致数据混乱和差错。4SLIO CAN的信息发送方式为了让SLIO的内部振荡器同步以供总线定时，主控制器须每隔3 800位时间发送l条标定帧，只需要标定了SLIO

8、节点就能 发送l条CAN信息。SLIO的传输是由内部CAN控制器硬件逻辑自动完成的。在初始化过程中，SLIO安排完成一定的功能，例如事件捕获输入、输出或模/数转换。初始化是通过编程的SLIO节点，经CAN总线然后置微控制器主节点于启动状态。同样也只需标定SLIO节点就能传送一条CAN信息。在接收端，SLIO具有只有该节点才有的标识符，将自动应答内部CAN控制器逻辑。例如，ID644被主节点送至SLI0节点，如果信息已被校正接收，则SLIO用ID645响应。应答帧由SLIO寄存器的现状态和现值组成，这将对主控制器发送的信息和SLIO的现状态作一次校核。此外，SLIO使用CAN中的应答时隙(空位)

9、，只响应标定帧，不发送应答帧。 如果新的SLIO节点添加到SLIO CAN网络中，该新节点将会按自身对主控制器的已知量，在8000位时间内至少能检测3个帧。这种检验新节点存在的信息，可能会对总线或某一监视帧起到一些作用。新的SLIO将用一条有标记的信息应答主机，表明自己的存在，唯一的准则就是新的SLIO节点必须具有与现存的CAN节点不同的标识符。5.SLIO CAN的总线长度较CAN缩短了多少 由于SLIO CAN缺少石英振荡器的精度，所以SLIO的内部位计时逻辑是以最大的振荡器容限作为最佳选择条件，这就要求缩短CAN系统的总线有效长度，作为抽样点的位时间必须尽量提前，进而限制传输线上允许的传

10、播延迟时间。总的说来，应该采用较短的总线长度。表2对比了SLI0 CAN与CAN系统的总线长度，表中所用的P82C15O和P8XC592等8位单片机均由飞利浦半导体公司制造。可看出SLIO CAN的总线长度较CAN系统缩短了数百甚至数千米。从另一个角度来看，SLIO CAN中两个外主节点间的最大容许距离较短，但是，即使是最短的80m，相应的总线长度也足以满足小型汽车的应用。 表2 在SLIO CAN和CAN中两个外主节点之间的最大容许距离位速率（kbit/s）P82C150(SLIO CAN)P8XC592PCA82C200(CAN)位速率（kbit/s）P82C150(SLIO CAN)P8

11、XC592PCA82C200(CAN)12510080 m120 m530 m620 m5020300 m850 m1 300 m3 300 m6.SLIO CAN车身控制系统的布局 SLIO CAN技术应用于汽车车身控制系统一般可在40kbit/s位速率下操作，该位速率大于表1中A级与B级66项传输速率之和，需要增速时也可扩展至125kbit/s。除了每隔3800位时间标定恒定传输的消息外，所有的CAN传输都属于事件驱动(状态变化)。总线负载是相当低的，通过使用CAN总线分析器，在改进的系统申记录下的最大总线负载才6.4%，其中包括转向信号灯接通、重复压按座椅位置开关和大灯远光开关。SLIO

12、的标定帧总数是总线负载的1.8%。SLIO CAN系统中的这种 “附加开销”与智能的CAN网络相比差别很大。系统布局如图2所示。其中中央控制器P8XC592是飞利浦公司的产品，属8051系列，其基本性能如下:RAM 256,ROM 16k，引脚68,I/O引脚48，全双工异步收发器UART，定时/计数器3,CAN总线，10位A/D转换。其中最主要的性能特点是具有多机通信和网络接口功能，即有控制器区城网CAN总线接口。图2 SLIO CAN基本的车身控制系统除了电动座椅和装在翼子板上的后视镜需作模/数转换外，大多数车身电控装置只需作数字通/断。另外，由于SLIO备有内部模-数转换器，将用数字记录

13、电位差计的读数，故操作速度会增加一些。7.SLIO CAN网络出了故障的“对抗措施” 就总线故障而论，SLIO CAN与智能的CAN节点有相同的结果。一旦CAN总线出现故障，各自独立的节点不能再与它的主机或其他节点相通信，在这种情况下，系统会按照预定义参数迸人低效运行方式或缓复位。 由于SLIO物理寻址的能力，无大型软件辅助也能很容易地检测出故障部位。监视计时器可以周期地检查所有节点的状况，确保系统的完好性。一旦某个节点发生了故障，系统将采取妥当的“对抗措施”。SLIO CAN总线网络最大的特点之一是有较佳的灵活性相适应性。在汽车设计和改装中，并不需要过多地改变原车身的主要线束，这对汽车制造厂

14、和维修企业来说，是很有吸引力的。由于SLIO CAN系统内的微控制器已作了定时和延迟，因此，不存在继电器或定时器的磨损问题。高侧开关灵敏半导体装置作为电源转换，这些装置与传统的熔断器相比，提供了更佳的回路保护，另外还具有在零点儿秒之内检测各种开路或短路的能力。这些故障状况可以反馈至中央控制器P8XC592进一步对错误报警和采取妥当的对抗措施。对抗措施包括接通制动灯作为后转向信号灯发生故障时的后备保险，或是接通后雾灯作为制动灯发生故障时的后备保险等。SLIO曲N网络采取对抗措施形成的灯光混乱，实际上是中央控制器对故障报警和对回路补偿的安全措施之一。当与安全行车有紧密关系的制动灯或转向灯电路发生短

15、路或开路时，不是像传统汽车那样以熄灯告终，而是让另外的某种灯 发亮，对前方或后方的人和车作出本车正在转弯或制动的补偿警示，以减少行车事故。与此同时，警告驱动器驱动液晶显示器，提醒司机尽快维修车辆。至于网络出现故障后的维修思路与传统汽车不大相同，由于不存在维修继电器、定时器等，故需采用外接仪器进行诊断。SLIO CAN系统很容易将故障诊断仪连接到数据总线上获取全部信息，也可补充使用数据登录器对汽车的非五常工况进行观测。另外，与诊断软件有关的知识也能进一步增强对汽车故障的诊断能力。8何谓 即插即用的SUIO CAN车身控制系统目前的SLIO CAN车身控制系统如图3所示。由于带有较多的图3 SLIO CAN车身控制系统局部线束，整个系统的工作可靠性和电磁兼容性还并非最佳。因此，将灯群集器上的SLIO、功率驱动器以及传感器或使动器 (灯、螺线管、电机等)组合制成单个的即插即用的标准组件(如图4图4 改进后的车身控制系统右图)，采用这种模化方法，再将各个标准组件按图4左边的5个框图那样直接连通CAN总线，这样可省去图3中的局部线束，还能提高整个系统的工作可靠性和改善电磁兼容性。从制造和维修角度出发，模块化设置对增加产品数量、提高产品质量和维修方便性极为有利。