《電子技術(shù)應(yīng)用》
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S12X系列雙核單片機(jī)的整車控制器CAN結(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)
單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)
摘要: XGATE內(nèi)核的MC9S12XE系列雙核單片機(jī)具有數(shù)據(jù)處理速度快,、反應(yīng)時(shí)間短,、功耗低等優(yōu)點(diǎn),,在汽車電子領(lǐng)域有著很好的應(yīng)用前景,。本文介紹了Freescale公司MC9S12X系列雙核單片機(jī)在混合動(dòng)力汽車整車控制器中應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn),給出了其進(jìn)行CAN總線通信的硬件接口設(shè)計(jì)與執(zhí)行流程,。最后給出了其利用協(xié)處理器XGATE管理CAN總線通信的典型配置方法,。
Abstract:
Key words :

作者:李潤鑫,邱瑞昌,,劉 彪,,高 健

引言

    高精度、高速度,、高可靠性的混合動(dòng)力汽車整車控制器是實(shí)現(xiàn)整車控制的基礎(chǔ),。為了避免車載環(huán)境中的電磁干擾,滿足閉環(huán)控制系統(tǒng)的快速響應(yīng),,整車控制器與其他控制器的通信采取CAN總線方式,。CAN總線位速率最大可達(dá)1 Mb/s,可以滿足整車控制器與外界的高速通信,。

Freeseal公司MC9S12XE(簡稱S12X)系列單片機(jī)專門用于汽車網(wǎng)絡(luò)和通用車身應(yīng)用,,具有32位單片機(jī)的性能,且具有16位MCU的所有優(yōu)點(diǎn)和功效,。內(nèi)部的增強(qiáng)型XGATE模塊,,允許高速數(shù)據(jù)自主地在單片機(jī)外設(shè)和內(nèi)部RAM、I/O端口之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸與處理,,XGATE內(nèi)置有一個(gè)16位的精簡指令集內(nèi)核,,可以對要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理并執(zhí)行復(fù)雜的通信協(xié)議,易于用C語言進(jìn)行編程,。合理地使用XGATE可以提高整車控制器與外界CAN總線的通信速度,,而不增加主CPU(S12X CPU)的中斷負(fù)荷,從而提高了單片機(jī)的數(shù)據(jù)處理能力,。

1 CAN總線硬件接口設(shè)計(jì)

    S12X雙核單片機(jī)CAN總線結(jié)點(diǎn)接口原理圖如圖1所示,。為了增強(qiáng)CAN總線節(jié)點(diǎn)的抗干擾能力,,S12X單片機(jī)的CAN總線收發(fā)引腳并不是直接與PCA82C250的TxD和RxD相連,而是通過高速光耦6N137后與PCA82C250相連,,這樣就很好地實(shí)現(xiàn)了總線上各CAN總線結(jié)點(diǎn)間的電氣隔離,。

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    CANH和CANL引腳與地之間并聯(lián)了兩個(gè)電容C1、C2,,可以濾除總線上的高頻干擾,,并具有一定的防電磁輻射的能力。另外,,在兩根CAN總線輸入端與地之間分別接了TVS管D1和D2,,當(dāng)兩輸入端與地之間出現(xiàn)瞬變干擾時(shí),可起到保護(hù)作用,。


2 CAN總線數(shù)據(jù)處理的基本流程

    S12X單片機(jī)利用XGATE進(jìn)行CAN總線數(shù)據(jù)處理的流程如圖2所示(執(zhí)行順序從左到右),。當(dāng)S12X的MSCAN模塊收到來自CAN總線上的消息時(shí),XGATE首先執(zhí)行中斷處理程序,,其可以對數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理或獨(dú)自處理,,也可以將數(shù)據(jù)保存到合適的內(nèi)存緩沖區(qū),以提交給主CPU(即S12X CPU)進(jìn)行進(jìn)一步操作,。在XGATE上的代碼執(zhí)行期間,,S12X CPU上的代碼也一直運(yùn)行,這樣在每100μs接收一幀CAN總線信息的情況下(這也是高速CAN總線的理論最大值),,就可以有效地提高程序代碼的性能,。尤其在對實(shí)時(shí)性要求較高的工業(yè)場合中,如進(jìn)行混合動(dòng)力汽車中的CAN總線通信等,,有很大的應(yīng)用價(jià)值,。這些情況下,閉環(huán)控制系統(tǒng)都需要快速的系統(tǒng)響應(yīng),,以及合理有效地配置好XGATE,,可以很好地滿足控制系統(tǒng)的需要。MC9S12XE單片機(jī)的結(jié)構(gòu)配置在混合動(dòng)力汽車控制系統(tǒng)的應(yīng)用中具有很高的性價(jià)比,。

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3 XGATE的典型配置方法

    XGATE的應(yīng)用與編程方法在參考文獻(xiàn)和中均有介紹,,但基于XGATE的CAN總線的C語言編程大都沒有具體說明。這里給出一個(gè)含有XGATE的

MC9S12XEP100單片機(jī)通過ZLG USBCAN接口卡與上位機(jī)進(jìn)行CAN總線通信的例子,,XGATE模塊編寫的基本步驟如下:

    ①存Code Warrior軟件中新建一個(gè)雙核的工程文件,,在main.c和xgate.h中對共享數(shù)據(jù)段進(jìn)行初始化,并將CAN1接收中斷提交給XGATE處理,,然后啟動(dòng)XGATE,。

    ②初始化S12X CPU和CAN1通道,在xgate.cxgate中編寫接收中斷函數(shù),并對中斷向量表進(jìn)行設(shè)置,。

    ③編寫與XGATE中CAN1接收中斷相對應(yīng)的主處理器中斷函數(shù),,使主處理器能夠響應(yīng)來自XGATE的中斷請求。

    其主要配置方法如下:

    ①新建一個(gè)雙核工程義件,,在main.c中對共享數(shù)據(jù)段進(jìn)行初始化:

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    在prm文件中,,SHARED DATA定義于一塊獨(dú)立的內(nèi)存塊中,并放置于未分貝的RAM頁中,,這樣雙核運(yùn)行時(shí)均能存取SHARED_DATA塊中的變量,,實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)共享。

    “#definc CAN0RECEIVE_VEC 0xAA”語句中對XGATE中的CAN1接收中斷向量地址進(jìn)行定義,,其為CAN1在XGATE中的接收中斷號乘以2.CAN1的接收中斷向量號可在xgate.cxgate進(jìn)行查找,。代碼如下:

    e.JPG

    將CAN1的接收中斷交由XGATE進(jìn)行處理,即將XGATE模塊的中斷請求配置寄存器置1(RQST=1),,優(yōu)先級設(shè)置為1(PRIO=1),。

在xgate.h中對共享數(shù)據(jù)段進(jìn)行初始化:

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    ②在xgate.cxgate中編寫接收中斷函數(shù),代碼如下:

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    XGATE中的中斷函數(shù)可以對數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理,,如提取整車控制器所感興趣的CAN總線信息等,,然后利用SIF向S12X CPU發(fā)出中斷請求,。在xgate.cxgate中還要對中斷向量表進(jìn)行設(shè)置:

    {(XGATE Function)CAN1RECEIVE,,0)//對應(yīng)通道號55

    第一個(gè)參數(shù)為CAN1接收中斷函數(shù)的入口,第二個(gè)參數(shù)不使用,,可以配置為任意值,。

    在main.c中初始化CPU12X和CAN1通道:

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對主函數(shù)進(jìn)行初始化,可對接收到的感興趣信息用與PORTB端口的相連發(fā)光二極管進(jìn)行顯示,。

    ③編寫主處理器的中斷函數(shù),,使主處理器能夠響應(yīng)來自XGATE的中斷請求,代碼如下:

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    CPU12X的CAN1接收中斷號可在mc9s12xep100.h進(jìn)行查詢,,其定義為:

    #define VectorNumber_Vcanlrx 42

    需要補(bǔ)充說明的是,,由于S12X CPU與XGATE之間常用的通信方式是共享資源。由于這兩個(gè)內(nèi)核可以獨(dú)立異步地訪問內(nèi)存及片上外設(shè),,就產(chǎn)生了數(shù)據(jù)完整性的問題,,因此在訪問共享數(shù)據(jù)時(shí)還要進(jìn)行特定的操作。

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    在Code Warrior環(huán)境下對含有XGATE的MC9S12XEP100進(jìn)行調(diào)試的界面如圖3所示,。由于工程使用了雙核,,故調(diào)試器有兩套窗口,左側(cè)是S12X CPU,,有側(cè)是XGATE,。

結(jié)語

    飛思卡爾S12X系列16位單片機(jī)是較流行的車載型單片機(jī),應(yīng)用廣泛,它的眾多優(yōu)勢中最有特色的就是XGATE,。與以往的單核單片機(jī)相比,,利用S12X系列可以顯著提高整車控制器在CAN總線通信時(shí)的性能,使整車控制器的主CPU擺脫耗時(shí)的中斷處理,,能夠集中執(zhí)行與混合動(dòng)力汽車整車控制策略相關(guān)的算法程序,。而XGATE的編程實(shí)際就是寫一組中斷服務(wù)程序和相關(guān)寄存器的設(shè)置,可以根據(jù)具體情況對本文提供的主要配置函數(shù)加以修改,。

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