一,、引言
隨著汽車計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的不斷發(fā)展,，現(xiàn)代汽車上的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)越來越多，聯(lián)系也越來越緊密,。如發(fā)動(dòng)機(jī)控制,、變速控制、制動(dòng)防抱死控制,、安全氣囊控制,、照明控制、空調(diào)控制,、儀表管理等,。原來的汽車上這些計(jì)算機(jī)控制單元之間往往沒有通過總線構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，而是獨(dú)立進(jìn)行控制,，或者相關(guān)控制單元通過串行口進(jìn)行聯(lián)系?，F(xiàn)在很多汽車采用CAN（Controller Area Network）總線將它們聯(lián)系起來，但是現(xiàn)代汽車計(jì)算機(jī)控制單元多,，各控制單元對(duì)系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間的要求不一樣,。有些系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)性要求很高，系統(tǒng)指令發(fā)出以后如果得不到執(zhí)行器的及時(shí)響應(yīng),，就可能造成嚴(yán)重后果甚至車毀人亡,，如制動(dòng)防抱死控制單元、安全氣囊等,；而有些系統(tǒng)如照明控制,、空調(diào)控制等對(duì)系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間要求就相對(duì)較低。
由于計(jì)算機(jī)控制單元越來越多,，采用單網(wǎng)絡(luò)CAN總線負(fù)荷很重,，筆者通過分別構(gòu)造高、低速CAN網(wǎng)絡(luò),，對(duì)實(shí)時(shí)性要求高的計(jì)算機(jī)控制單元采用高速CAN網(wǎng)絡(luò)傳輸；其它采用低速CAN網(wǎng)絡(luò)傳輸,，并采用微控制器兼作網(wǎng)關(guān),。使得傳輸線束大大簡化，可靠性大大提高,。
二,，CAN總線的技術(shù)特性
CAN（Controller Area Network）總線是一種串行多主站控制器局域網(wǎng)總線。它具有很高的網(wǎng)絡(luò)安全性、通訊可靠性和實(shí)時(shí)性,，簡單實(shí)用,，網(wǎng)絡(luò)成本低。特別適用于汽車計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)和環(huán)境溫度惡劣,、電磁輻射強(qiáng)和振動(dòng)大的工業(yè)環(huán)境,。通訊媒體可以是雙絞線、同軸電纜或光導(dǎo)纖維,，數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)1 Mbits/s（此時(shí)通信距離最長為40m）,。CAN總線還廣泛應(yīng)用于汽車、船舶,、機(jī)器人,、樓宇自動(dòng)化等場合。
自CAN總線問世以來,，為滿足CAN總線協(xié)議的多種應(yīng)用需要,，相繼出現(xiàn)了幾種高層協(xié)議。目前大多數(shù)基于CAN總線的網(wǎng)絡(luò)都采用CAN總線的高層協(xié)議,。CANopen, DeviceNet和SDS是通常采用的高層協(xié)議,，適用于任何類型的工業(yè)控制局域網(wǎng)應(yīng)用場合，而CAL則應(yīng)用于基于標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用層通訊協(xié)議的優(yōu)化控制場合,，SAEJ1939則應(yīng)用于卡車和重型汽車計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng),。
三，基于P87C591的汽車計(jì)算機(jī)控制
?。ㄒ唬?P87C591
P8xC591 是一個(gè)單片8位高性能微控制器,，具有片內(nèi)CAN控制器，從80C51微控制器家族派生而來,。它采用了強(qiáng)大的80C51指令集并成功的包括了Philips 半導(dǎo)體SJA1000 CAN控制器的PeliCAN功能,。全靜態(tài)內(nèi)核提供了擴(kuò)展的節(jié)電方式。振蕩器可停止和恢復(fù)而不會(huì)丟失數(shù)據(jù),。改進(jìn)的1：1內(nèi)部時(shí)鐘預(yù)分頻器在12MHz外部時(shí)鐘速率時(shí)實(shí)現(xiàn)500ns指令周期,。微控制器以先進(jìn)的CMOS工藝制造，并設(shè)計(jì)用于汽車和通用的工業(yè)應(yīng)用,。除了80C51的標(biāo)準(zhǔn)特性之外,，器件還為這些應(yīng)用提供許多專用的硬件功能。P8xC591組合了P87C554（微控制器）和SJA 1000（獨(dú)立的CAN控制器）的功能,，并具有下面的增強(qiáng)特性：增強(qiáng)的CAN接收中斷,；擴(kuò)展的驗(yàn)收濾波器；驗(yàn)收濾波器可“change on the fly”,。
?。ǘ┫到y(tǒng)實(shí)現(xiàn)
目前，汽車計(jì)算機(jī)控制已經(jīng)涉及到動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性,、安全性,、可靠性、凈化性和舒適性等諸多方面,，具體包括發(fā)動(dòng)機(jī)控制,，變速器控制、巡行控制,，制動(dòng)控制,，照明控制，空調(diào)控制,，雨刷控制,，儀表管理系統(tǒng)等，而且各種控制系統(tǒng)的電控單元（ECU）相互聯(lián)系緊密,，需要隨時(shí)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通信,，CAN總線作為一種極具應(yīng)用潛力的控制器局域網(wǎng)總線，近年來在汽車計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中得到越來越廣泛的應(yīng)用,，并已成為歐洲汽車制造業(yè)主體行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),，代表著汽車電子控制網(wǎng)絡(luò)的主流發(fā)展趨勢(shì)。
汽車計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的所有這些子控制系統(tǒng)通過CAN,0.線構(gòu)成一個(gè)實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò),，各控制單元的指令發(fā)出去之后,，必須保證在一定時(shí)間內(nèi)得到響應(yīng)，要不然就有可能發(fā)生重大事故,，這就要求汽車上的CAN通信網(wǎng)絡(luò)有較高的波特率設(shè)置和可靠性,。而且，汽車在實(shí)際運(yùn)行過程中,，眾多節(jié)點(diǎn)之間需要進(jìn)行大量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換,。若整輛汽車的所有節(jié)點(diǎn)都掛在一個(gè)CAN網(wǎng)絡(luò)上，這么多節(jié)點(diǎn)通過一條CAN總線進(jìn)行通信,，信息管理配置稍有不當(dāng),，就很容易出現(xiàn)總線負(fù)荷過大，將導(dǎo)致系統(tǒng)實(shí)時(shí)響應(yīng)速度下降,，這在實(shí)時(shí)系統(tǒng)中是不允許的,。因此我們?cè)趯?duì)汽車上各節(jié)點(diǎn)的實(shí)時(shí)性進(jìn)行了分析之后，根據(jù)各節(jié)點(diǎn)對(duì)實(shí)時(shí)性的要求,，設(shè)計(jì)了高,、低速兩個(gè)速率不同的CAN通信網(wǎng)絡(luò)。將實(shí)時(shí)性要求嚴(yán)格,、可靠性要求高的節(jié)點(diǎn)組成高速CAN通信網(wǎng)絡(luò)，將其它實(shí)時(shí)性要求相對(duì)較低的節(jié)點(diǎn)組成低速CAN通信網(wǎng)絡(luò)，并架設(shè)網(wǎng)關(guān)將這兩個(gè)速率不同的CAN通信網(wǎng)絡(luò)連接起來,，實(shí)現(xiàn)全部節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)共享,。整輛汽車的通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。
圖 1中的發(fā)動(dòng)機(jī)控制,、變速器控制,、安全控制、防抱死制動(dòng)控制（ABS）等控制單元節(jié)點(diǎn)是現(xiàn)代汽車動(dòng)作的核心部件,，對(duì)時(shí)間響應(yīng)要求嚴(yán)格,，因而在本設(shè)計(jì)中采用傳輸速率為500Kbps的高速CAN通信網(wǎng)絡(luò)?？照{(diào)控制,、雨刷控制、照明控制和儀表管理控制等相對(duì)來說對(duì)實(shí)時(shí)性的要求較低,，采用傳輸速率小于125 Kbps的CAN通信網(wǎng)絡(luò),，主控制器跨接高、低速兩條總線,，與各節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,，兼起網(wǎng)關(guān)的作用，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互連,。
電控單元的微控制器（P8xC591 ）通過數(shù)據(jù)總線經(jīng)過光電隔離器（6N137）與CAN總線控制器（SJA 1000）直接相連,，由于CAN總線控制器帶有一個(gè)接收緩沖器和一個(gè)發(fā)送緩沖器，因此,，CAN總線控制器的發(fā)送端口Tx0,，接收端口Rx0、Rx1分別與 CAN,總線發(fā)送接收器的TxD和RxD, Vref端口直接相連,，CAN_L和CAN -H是CAN總線的兩條差分接收發(fā)送線,。它們的端點(diǎn)間各接一個(gè)120Ω的總線匹配電阻，當(dāng)有節(jié)點(diǎn)占用CAN總線時(shí),，該節(jié)點(diǎn)的發(fā)送端（電平為3.5 V）接CAN_H,接收端（電平為1.5V）接CAN_L;當(dāng)無節(jié)點(diǎn)占用CAN總線時(shí),，CAN_L和CAN_H上的電平均為2.5V.