【2019年整理】低速車身控制系統(tǒng)實施高速的CAN協(xié)議

1、低速車身控制系統(tǒng)實施高速的 CAN協(xié)議 i.低速低速車身控制系統(tǒng)的含義 低速(小于125kbit/s)車身控制系統(tǒng)主要指汽車燈光、刮水 器、電動窗、后視鏡、中央門鎖、加熱-通風-空調(diào)以及其他低速 數(shù)據(jù)的通信系統(tǒng)。低優(yōu)先級和低通信量的低速車身控制信息，若 采用高速數(shù)據(jù)總線結(jié)構(gòu)，那是不合理的，尤其是生產(chǎn)成本和維修 費用令人難以接受。 近年來，各種有專利權(quán)的協(xié)議已經(jīng)用于車身控制系統(tǒng)。這些 協(xié)議是不通用的，而且有一定的局限性。ISO提出了 CAN作為汽 車高速數(shù)據(jù)總線的標準，目前 CAN芯片的制造廠商有英特爾、摩 托羅拉、NEC飛利浦、西門子和國家半導體等公司， 在市場上很 容易購到，因為CAN技術(shù)除

2、了在汽車上，在飛機、輪船以及工業(yè) 控制中都得到了廣泛的應用。 CAN雖然是國際標準化組織推薦的汽車高速網(wǎng)絡標準，當然 也可將其用于低速的車身控制系統(tǒng)。從工程的觀點出發(fā)，如果選 用同類的CAN協(xié)議，則很容易從高速到低速網(wǎng)絡或從低速到高速 網(wǎng)絡橋接數(shù)據(jù)。然而，當 CAN系統(tǒng)被配置于低速應用，若 CAN的 芯片仍然與高速應用的芯片相同，這是不經(jīng)濟的。由沃威克大學 先迸技術(shù)中心與飛利浦公司開發(fā)的串行鏈路輸入/輸出控制器區(qū) 域網(wǎng)(SLIO CAN)發(fā)展和改進了 CAN技術(shù)，能以低成本的造價滿足 低速車身控制系統(tǒng)的應用。 2什么是串行鏈路輸入/輸出控制器區(qū)域網(wǎng)（SLIO CAN） SLIO CAN 是一種

3、用來完成簡單輸入/輸出功能的低智能CAN 芯片oSLIO CAN的最簡單結(jié)構(gòu)可以看作帶有內(nèi)部 CAN空制器的I/O 端口，它具有CAN協(xié)議規(guī)定的全部特征和能力以及符合CAN2.Oa 和CAN2.Ob無源）規(guī)格。它具有11位CAN標識符和29位忽略標 識符，不會便總線出錯。 SLIO CAN若擴展到低速應用，采用它的內(nèi)部振蕩器，可達 到125kbit/s 的速率；如果采用外部晶體振蕩器，它也可以操作在 250kbit/s 的速率。一般情況下，推薦它操作于無外部晶體時鐘 的條件，目的是便 SLIO接口簡單而便宜。 標準的CAN與 SLIO CAN對比，前者的所有微控制器通過物 理層連接到一根雙絞總

4、線上；而后者是用低智能的只帶有內(nèi)部 CAN控制器的I/O端口一一 SLIO CAN代替微控制器，也就是說， SLIO CAN系統(tǒng)中只用了唯一的一個微控制器。 由于SLIO CAN是一種低智能裝置，它要靠 1個智能主節(jié)點 編程和控制。智能主節(jié)點是 1種含有微控制器的CAN節(jié)點。全部 16個SLIO都受控于SLIO CAN總線上的一一個主節(jié)點。由于各個 SLIO中有4個標識位，產(chǎn)生-16個不同的標識符（表3-5-1的P。、 P1、P2和P3）。考慮合并兩個不同制造廠有不同標識符設定（如各 不相同的IDI）的SLIO，將會給出32個SLIO節(jié)點（如飛利浦和國 家半導體公司各16個）。11位CAN標識

5、符中的IDO指示的數(shù)據(jù)傳 輸?shù)姆较蛴袃煞N情況:當IDO為“ 0”時，信息方向從主控制器傳 送至SLIO,而當TOO為“ 1 ”時，信息方向剛好相反。 在SLIO CAN 系統(tǒng)中，主控制器也能使用遙控幀輪詢它的 Sule）從節(jié)點。另外， SLIO CAN系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)字節(jié)，一直被制造廠固定為2個或3個字 節(jié)。在數(shù)據(jù)字段（主存儲器中保存數(shù)據(jù)記錄的一個區(qū)域 ）中，第一 數(shù)據(jù)字節(jié)起到命令寄存器和狀態(tài)寄存器一樣的功用，而其余的數(shù) 據(jù)字節(jié)將與SLIO的輸入/輸出引腳相適配（8位或16位）。各個 SLIO端口的引腳可以單獨編程。 表1 與CAN 11位標識符相關的SLIO標識符 11位 CAN 標符 ID+0

6、 ID9 ID8 ID7 ID6 ID5 ID4 ID3 ID2 ID1 ID0 SLIO 標識 符 0 1 P3 1 0 P2 P1 P0 1 0 Dir Dir:SLIO CAN信息的方向位；P0-P3: SLIO標識符設定點。 3.SLIO的物理尋址方法 由于SLIO標識符為4位，SLIO CAN繼承了由一特定標識符 指定每個SLIO CAN節(jié)點的物理尋址方法。一般情況下，不再采 用CAN系統(tǒng)的功能尋址方法。例如，在車內(nèi)的某一個SLIO CAN 系統(tǒng)中，為了接通右轉(zhuǎn)向信號燈，兩個數(shù)據(jù)幀必須送到汽車的前、 后SLIO分支點，如果采用了功能尋址，那么，被調(diào)作“轉(zhuǎn)向信號” 的功能幀將在網(wǎng)絡上廣

7、播，這樣，全部對應的接收器將會接收和 處理轉(zhuǎn)向的信息，結(jié)果導致數(shù)據(jù)混亂。除此之外，SLIO還按虛 擬主-從結(jié)構(gòu)操作至一定的級別，SLIO主節(jié)點的相關情況如圖 1 所示。 SUOSLIOSLIO ! - * 亠 1- 一一- 圖1在同一總線上包括有其他 CAN節(jié)點的SLIO 前述提到，在一根 CAN總線上的全部16個SLIO，只須由1個 主節(jié)點控制，在某些情況下它們可以分為組并受幾個主控制器的 控制。不管怎么說，同一總線上的SLIO的總數(shù)不能超過16（或32） 個。而在多主機的條件下，僅需對一個主機定標。從圖1中可看 出，由于CAN的廣播方法，所有的其他 CAN節(jié)點（主節(jié)點和SLIO 節(jié)點）也能

8、接收SLIO發(fā)送的信息，因此，SLIO的物理尋址方法 最重要的是確保其他智能節(jié)點（專用的主節(jié)點除外）不能對數(shù)據(jù) 起作用，否則將導致數(shù)據(jù)混亂和差錯。 4. SLIO CAN的信息發(fā)送方式 為了讓SLIO的內(nèi)部振蕩器同步以供總線定時，主控制器須 每隔3 800位時間發(fā)送I條標定幀，只需要標定了 SLIO節(jié)點就能 發(fā)送I條CAN信息。 SLIO的傳輸是由內(nèi)部CAN控制器硬件邏輯自動完成的。 在初 始化過程中，SLIO安排完成一定的功能，例如事件捕獲輸入、輸 出或模/數(shù)轉(zhuǎn)換。初始化是通過編程的 SLIO節(jié)點，經(jīng)CAN總線然 后置微控制器主節(jié)點于啟動狀態(tài)。同樣也只需標定SLIO節(jié)點就能 傳送一條CAN信

9、息。在接收端，SLIO具有只有該節(jié)點才有的標識 符，將自動應答內(nèi)部 CAN控制器邏輯。例如，ID644被主節(jié)點送 至SLI0節(jié)點，如果信息已被校正接收，貝USLIO用ID645響應。 應答幀由SLIO寄存器的現(xiàn)狀態(tài)和現(xiàn)值組成，這將對主控制器發(fā)送 的信息和SLIO的現(xiàn)狀態(tài)作一次校核。此外，SLIO使用CAN中的 應答時隙（空位），只響應標定幀，不發(fā)送應答幀。 如果新的SLIO節(jié)點添加到SLIO CAN網(wǎng)絡中，該新節(jié)點將 會按自身對主控制器的已知量，在8000位時間內(nèi)至少能檢測 3 個幀。這種檢驗新節(jié)點存在的信息，可能會對總線或某一監(jiān)視幀 起到一些作用。新的SLIO將用一條有標記的信息應答主機，表

10、明 自己的存在，唯一的準則就是新的SLIO節(jié)點必須具有與現(xiàn)存的 CAN節(jié)點不同的標識符。 5.SLIO CAN的總線長度較CAN縮短了多少 由于SLIO CAN缺少石英振蕩器的精度，所以 SLIO的內(nèi)部位 計時邏輯是以最大的振蕩器容限作為最佳選擇條件，這就要求縮 短CAN系統(tǒng)的總線有效長度，作為抽樣點的位時間必須盡量提前， 進而限制傳輸線上允許的傳播延遲時間?？偟恼f來，應該采用較 短的總線長度。表2對比了 SLI0 CAN與 CAN系統(tǒng)的總線長度，表 中所用的P82C15O和 P8XC592等8位單片機均由飛利浦半導體公 司制造。可看出SLIO CAN的總線長度較CAN系統(tǒng)縮短了數(shù)百甚至 數(shù)千

11、米。從另一個角度來看，SLIO CAN中兩個外主節(jié)點間的最大 容許距離較短，但是，即使是最短的 80m相應的總線長度也足 以滿足小型汽車的應用。 表2在SLIO CAN和CAN中兩個外主節(jié)點之間的最大容許距離 位速率 （kbit/s ） P82C150 (SLIO CAN) P8XC592 PCA82C200 (CAN) 位速率 （kbit/s ） P82C150 (SLIO CAN) P8XC592 PCA82C200 (CAN) 125 80 m 530 m 50 300 m 1 300 m 100 120 m 620 m 20 850 m 3 300 m 6.SLIO CAN車身控制系統(tǒng)

12、的布局 SLIO CAN 技術(shù)應用于汽車車身控制系統(tǒng)一般可在40kbit/s 位速率下操作，該位速率大于表1中A級與B級66項傳輸速率之 和，需要增速時也可擴展至 125kbit/s。除了每隔3800位時間標 定恒定傳輸?shù)南⑼?，所有的CAN傳輸都屬于事件驅(qū)動（狀態(tài)變 化）?？偩€負載是相當?shù)偷?，通過使用CAN總線分析器，在改進的 系統(tǒng)申記錄下的最大總線負載才6.4%，其中包括轉(zhuǎn)向信號燈接 通、重復壓按座椅位置開關和大燈遠光開關。SLIO的標定幀總數(shù) 是總線負載的1.8%。SLIO CAN系統(tǒng)中的這種“附加開銷”與智 能的CAN網(wǎng)絡相比差別很大。 系統(tǒng)布局如圖2所示。其中中央控制器P8XC592

13、是飛利浦公司 的產(chǎn)品，屬8051系列，其基本性能如下:RAM256,ROM16k，引腳 68,I/O引腳48,全雙工異步收發(fā)器 UART定時/計數(shù)器3,CAN總 線，10位A/D轉(zhuǎn)換。其中最主要的性能特點是具有多機通信和網(wǎng) 絡接口功能，即有控制器區(qū)城網(wǎng) CAN總線接口 SL1OP82C1&0 J _雙絞_CAN總線+12伏和捧地4 座椅位置開關 儀表板 )SL1OP82C150 LCD顯示（器 GS|j 8XC59 SLIOP32C150 圖2 SLIO CAN基本的車身控制系統(tǒng) 除了電動座椅和裝在翼子板上的后視鏡需作模 /數(shù)轉(zhuǎn)換外，大 多數(shù)車身電控裝置只需作數(shù)字通/斷。另外，由于SLIO備有

14、內(nèi)部 模-數(shù)轉(zhuǎn)換器，將用數(shù)字記錄電位差計的讀數(shù)， 故操作速度會增加 些匕 、一二 O 7.SLIO CAN網(wǎng)絡出了故障的“對抗措施” 就總線故障而論，SLIO CAN與智能的CAN節(jié)點有相同的結(jié)果。 一旦CAN總線出現(xiàn)故障，各自獨立的節(jié)點不能再與它的主機或其 他節(jié)點相通信，在這種情況下，系統(tǒng)會按照預定義參數(shù)迸人低效 運行方式或緩復位。 由于SLIO物理尋址的能力，無大型軟件輔助也能很容易地檢 測出故障部位。監(jiān)視計時器可以周期地檢查所有節(jié)點的狀況，確 保系統(tǒng)的完好性。一旦某個節(jié)點發(fā)生了故障，系統(tǒng)將采取妥當?shù)?“對抗措施”。 SLIO CAN總線網(wǎng)絡最大的特點之一是有較佳的靈活性相適應 性。在汽車

15、設計和改裝中，并不需要過多地改變原車身的主要線 束，這對汽車制造廠和維修企業(yè)來說， 是很有吸引力的。由于SLIO CAN系統(tǒng)內(nèi)的微控制器已作了定時和延遲，因此，不存在繼電器 或定時器的磨損問題。高側(cè)開關靈敏半導體裝置作為電源轉(zhuǎn)換， 這些裝置與傳統(tǒng)的熔斷器相比，提供了更佳的回路保護，另外還 具有在零點兒秒之內(nèi)檢測各種開路或短路的能力。這些故障狀況 可以反饋至中央控制器 P8XC592進一步對錯誤報警和采取妥當?shù)?對抗措施。 對抗措施包括接通制動燈作為后轉(zhuǎn)向信號燈發(fā)生故障時的 后備保險，或是接通后霧燈作為制動燈發(fā)生故障時的后備保險等。 SLIO曲N網(wǎng)絡采取對抗措施形成的燈光混亂，實際上是中央 控制

16、器對故障報警和對回路補償?shù)陌踩胧┲?。當與安全行車 有緊密關系的制動燈或轉(zhuǎn)向燈電路發(fā)生短路或開路時，不是像傳 統(tǒng)汽車那樣以熄燈告終，而是讓另外的某種燈發(fā)亮，對前方 或后方的人和車作出本車正在轉(zhuǎn)彎或制動的補償警示，以減 少行車事故。與此同時，警告驅(qū)動器驅(qū)動液晶顯示器，提醒司機 盡快維修車輛。 至于網(wǎng)絡出現(xiàn)故障后的維修思路與傳統(tǒng)汽車不大相同， 由于不 存在維修繼電器、定時器等，故需采用外接儀器進行診斷。SLIO CAN系統(tǒng)很容易將故障診斷儀連接到數(shù)據(jù)總線上獲取全部信息， 也可補充使用數(shù)據(jù)登錄器對汽車的非五常工況進行觀測。另外， 與診斷軟件有關的知識也能進一步增強對汽車故障的診斷能力。 8.何謂即插即用的SUI