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客车网络控制中CAN-CAN网桥设计


客车网络控制中 CAN/CAN 网桥设计 1 引言 控制器局部网[1][2](ControllerAreaNetwork)是德国 RobertBosch 公司在 20 世纪 80 年代初为汽车业开发的一种 车载专用串行数据通信总线,经过多年的发展,现在越来越 多的被众多汽车厂商所认可, 并在包括 BMW 、 Benz 、 VOLVO 等汽车上使用。CAN 由于其独特的特性,不仅在汽车领域, 而且在工业控制领域也得到了广泛的运用,如工业现场控制、 小区安防、环境监控等。由于在具体工程运用中,往往需要 连接两路 CAN 子网,因此 CAN/CAN 是必不可少的,是组网 的关键设备之一。本文在将控制系统划分为底盘和车身的两 个网络控制子系统的基础上,利用 Philips 公司的微控制器, 从硬件和软件上设计了一个 CAN/CAN 网桥。 2 客车网络控制中的 CAN/CAN 网桥 由于目前汽车电子应用的日益广泛,CAN 在轿车上应用 日益广泛,但是在国内的应用还不是很多,只有在某些高档 豪华的车型上才会采用,CAN 在国内客车上的应用也仅限于 由国外公司帮助实施单总线局部联网。汽车电子技术的网络 化是我国汽车电子研究与应用的必然趋势,CAN 作为标准车 载网络技术,其在汽车网络化应用的进程中将起着桥梁和纽 带的作用。由于客车中底盘部分涉及到整车行使的安全性,

实时性要求和通信的信息量都明显高于车身部分,因此本文 在将客车网络控制系统划分为两个子系统 (底盘 CAN 和车身 CAN)的基础上,设计了连接两路 CAN 的网桥。整个系统框 架如图 1 所示。

该网桥具有实现不同速率的 CAN 网段连接、 不同网段的 CAN 报文过滤和转发的功能。 使用 CAN/CAN 网桥的优点[1]主要表现在以下几方面: (1)过滤通信量。网桥接收一个子网的报文,只有当报文 是发送给网桥所连的另一个子网时才转发,否则不转发; (2)扩大了通信距离; (3)提高了通信的最大节点数; (4)各网段可使用不同的通信速率; (5)提高了系统可靠性。当网络出现故障时,一般只影响 个别网段; (6)整个网络性能得到改善。

当然,使用网桥也有一定的缺点,如: (1)由于网桥对接收的帧要先存储后转发,增加了延时; (2)CAN 总线的 MAC 子层并没有流量控制功能。当网络上 的负荷很重时,可能因网桥中缓冲区的存储空间不够而发生 溢出,产生帧丢失的现象; (3)网桥若出现故障,对相邻两个子网的工作都将产生影 响。 3CAN/CAN 网桥的硬件设计 3.1LPC2119 CAN/CAN 网桥是以 ARM 微控制器 LPC2119[3][5]为核 心的软硬件系统。 LPC2119 是 Philips 公司生产的一款基于支 持实时仿真和跟踪的 16/32 位 ARM7TDMI-SMCU,带有 128KB 嵌入的高速 Flash 存储器。 独特的加速结构使 32 位代 码能够在最大时钟速率下运行。对代码规模有严格控制的应 用可使用 16 位 Thumb 模式将代码规模降低超过 30%,而 性能的损失却很小。 LPC2119 内部集成 2 个 CAN 控制器, 为设计 CAN/CAN 网桥提供了可能。它的主要特性有:单个 总线上的数据传输速率高达 1Mb/s; 32 位寄存器和 RAM 访 问;兼容 CAN2.0B ;全局验收滤波器可以识别所有的 11 位 和 29 位 Rx 标识符;验收滤波器为选择的标准标识符提供 FullCANstyle 自动接收。

LPC2119 内部集成的 CAN 控制器与 Philips 公司的 SJA1000CAN 控制器相比较大致相同,只是在验收滤波这一 环略有不同,这为习惯 SJA1000 的开发人员采用 LPC2119 提供了方便。在传统的 SJA1000 中,接收过滤只能满足一些 规律性较高的 ID 筛选过滤, 或个数较少的 ID (一般小于 10~ 15 个)进行任意筛选过滤,难以实现更复杂的任意 ID 进行 筛选过滤,这无疑增加了系统软件设计及运行时负担。 LPC2000 系列 32 位 ARM 微控制器中为所有 CAN 控制器提 供了全局的接收标识符查询功能。它包含一个 512× 32( 2k 字节)的 RAM,通过软件处理,可在 RAM 中存放 1~ 5 个标 识符表格。整个 AFRAM 可容纳 1024 个标准标识符或 512 个扩展标识符,或两种类型混合的标识符。由于允许的表格 范围有 2k 字节,所以能容易地满足设计复杂的 ID 接收过滤 要求。 全局接收过滤的工作流程: 当 CAN 控制器的接收端已接 收到一个完整的标识符,它将通知接收过滤器。接收过滤器 响应这个信号,并读出控制器编号、标识符尺寸(11bit 或 29bit) , 然后, 接收过滤器搜索 AFRAM 中的表格进行匹配, 以决定接收或放弃这一帧信息。


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