隨著電子控制系統(tǒng)單元（ECU）在汽車上廣泛應(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，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)中大量的控制信號也需要實時交換，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,。因此對電子控制系統(tǒng)單元的設(shè)計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,，同時要求控制模塊上應(yīng)具有控制實效性高、空間小等優(yōu)點,。
本文采用了基于CAN總線技術(shù),，設(shè)計開發(fā)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
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)動器
,。這種方案所占空間大,，外圍接口擴(kuò)展局限，同時功耗高,。本設(shè)計中,，我們采用內(nèi)嵌有CAN控制器的LPC2119和TJA1050總線驅(qū)動器構(gòu)成電子控制系統(tǒng)單元的CAN通信模塊。
LPC2119內(nèi)帶有ARM7內(nèi)核,，具有封裝小,、功耗低、多個32位定時器,、4路10位ADC,、2路CAN以及多達(dá)9個外部中斷等優(yōu)點。 TJA1050是Philips公司生產(chǎn)的,，用以替代PCA82C250的高速CAN總線驅(qū)動器,。該器件提供了CAN控制器與物理總線之間的接口以及對 CAN總線的差動發(fā)送和接收功能,。對于由"弱"終端構(gòu)成的端節(jié)點,，TJA1050外圍的電阻和電容能改善系統(tǒng)的EMC性能。實踐證明,，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
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,，提高了整個系統(tǒng)的可觀性和實效性,。
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)動器和8路繼電器或發(fā)光二極管驅(qū)動器，是一個可控制網(wǎng)絡(luò),，具有在板診斷,、與微控制器通信報錯能力及故障軟化等優(yōu)點?？紤]到車內(nèi)燈和示廊燈的功率相對比較大,，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)是整個設(shè)計的難點,。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,，所以系統(tǒng)采用MC33887功率器件對電機(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只獨立的LED。BC7281的驅(qū)動輸出極性及輸出時序均可通過軟件進(jìn)行控制,，從而和各種驅(qū)動電路配合,，適合任何尺寸的數(shù)碼管。
通過人機(jī)通信模塊,，人的意識能夠為機(jī)器所識別,，同時機(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,，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
對于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，CAN控制器會將狀態(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CAN控制器作出相應(yīng)的處理,。
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,同時根據(jù)需要各取所需的報文。對于接收數(shù)據(jù),本系統(tǒng)采用中斷的方式實現(xiàn),一旦中斷發(fā)生,即將接收的數(shù)據(jù)自動裝載到相應(yīng)的報文寄存器中,。此時利用屏蔽濾波寄存器對接收報文的標(biāo)識符和預(yù)先在接收緩沖器初始化時設(shè)定的標(biāo)識符進(jìn)行有選擇地逐位比較,只有標(biāo)識符匹配的報文才能進(jìn)入接收緩沖器,那些不符合要求的報文將被屏蔽于接收緩沖器外,從而減輕CPU處理報文的負(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現(xiàn)CAN工作時的參數(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驗收濾波器的工作方式,、設(shè)置CAN控制器的工作模式等。
2 發(fā)送數(shù)據(jù)程序
對CAN模塊初始化成功后,，就可以用它來傳送報文,。節(jié)點向總線上發(fā)送報文的過程是：LPC2119將待發(fā)送的數(shù)據(jù)按CAN格式組成一幀報文，寫入CAN模塊發(fā)送緩沖區(qū),，然后啟動發(fā)送命令,，將報文發(fā)送到總線上,。
在使用發(fā)送函數(shù)時有一點必須注意，因為在啟動發(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,，會使整個微處理器的性能下降,。為了避免這種情況，該函數(shù)在啟動發(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,，我們先識別中斷寄存器的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,，實效性高。特別是它的數(shù)據(jù)通信具有很強(qiáng)的實時性,、更高的可靠性和更好的抗干擾能力,，即使在重負(fù)荷下也不會出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)癱瘓的情況，但投入實用化仍需要進(jìn)一步的研究和改進(jìn),，且程序的通信處理能力,、糾錯和容錯能力有待進(jìn)一步的提高。
