基于CAN_LIN总线的车载通信网络设计.docx

1、基于CANLIN总线的车载通信网络设计廖先莉，雷霖，罗正华（成都大学电子信息工程学院，四川成都610106）文献标志码：A摘要：汽车上的电控系统数量越来越多，为了提高电控单元之间互相通信性能和降低导线成本，提出了一种 基于CANLIN总线的车栽通信网络，将CAN总线网络应用在高速的驱动系统，LIN总线网络应用在低速的车身 车灯控制系统，两者通过网关进行数据交换仿真测试表明，本车载通信网络的设计合理，通信可靠，能够实现 CANLIN总线网络之间的数据传输关键词：CAN总线；LIN总线；网关中图分类号：1P393收稿日期：20140815基金项目：四川省科技厅科技支撑计划（201lcz呓60、20

2、12GZX0083）资助项目作者简介：廖先莉（1988一），女，硕士，从事汽车电子技术研究0引 言目前，发展中的汽车网络技术有高速容错网络 HexRay、蓝牙、无线局域网以及用于多媒体和导航 的MOST等无线网络技术，而车内的电子控制系统 主要由CANLIN网络组成1-3CANI_IN混合网络 在汽车上的应用将会使汽车网络的可靠性以及经济 性得到较大的提高H。5】本研究依据CAN和LIN协 议，设计构建了一个基于CANLIN总线的车载通信 网络，并对其进行了测试和验证1CAN，UN总线概述11a试总线CAN总线是20世纪80年代德国博世公司专门 为汽车行业开发的一种串行通信总线CAN总线具 有

3、很高的实时性能，从传输速率最高可达1Mbps的 高速网络到低成本多线路的50Kbps网络都可以任 意搭配，由于其高性能、高可靠性被广泛应用于汽车 业、航空业、工业控制与安全防护等领域2】12LIN总线LIN总线是一种低成本的串行通讯网络，用于 实现汽车中的分布式电子系统控制b】LIN总线是 一种辅助的总线网络，为现有汽车网络（例如CAN 总线）提供辅助功能，在不需要CAN总线的带宽和 多功能的场合，比如智能传感器和制动装置之间的 通讯，使用LIN总线可大大节省成本2车载通信网络平台总体设计汽车内电子控制单元问的数据传输特征主要区 别在于数据的传输速率，美国汽车工程师协会 （SAE）将汽车网络根

4、据速率划分为：A（低速，1。10 Kbps）、B（中速，lO100Kbps）、C（高速，最高可达lMbps）3个等级HJ本研究设计的汽车车载CANLIN总线的通信 网络系统模型如图1所示图1汽车车载CANLIN通信网络系统示意图如图1，数据传输速率较高的CAN总线用于B、C类网络，其控制对象主要包括发动机电控系统、ABSASR、自动变速器、安全气囊控制器及组合仪表信号的采集系统等实时性要求高的系统LIN总线用于A类系统，其控制对象主要为车灯、电动座椅、中央门锁、后视镜、车窗控制开关等实时性要求低的系统在该系统中，CAN总线和LIN总线通过一个网关进行数据交换3总线网络设计31 CAN总线网络设

5、计 311接口设计CAN总线收发器提供CAN总线通信控制器与 物理传输媒介之间的接口，是影响CAN网络通信的 一个重要器件本设计选用飞利浦公司的数字电路 芯片TJAl040作为CAN总线收发器，其速率可达1 MBaud，满足CAN总线的高速应用TJAl040可为 CAN总线提供差动的发送功能，为CAN总线通信控 制器提供差动的接收功能312协议设计本设计中的CAN总线网络采用CAN20B所规 定的标准数据帧格式，CAN20B标准帧共有11位 标志位5根据CAN数据帧格式，统一定义：保留位 R为0，数据页DP为0，IDE为0(为标准帧)，协议数 据单元PDU格式场PF为0xFF，RTR为0优先级

6、依 照节点的需求级别来定义，而数据块长度DLC则需 根据实际的数据字节来定义，源地址和目标地址则 根据各个节点地址定义若目标地址定义为CAN LIN网关地址，则定义第1个数据字节为源地址，第 2个数据字节为最终的目标地址，余下字节则为纯 数据字节32LIN总线网络设计 321接口设计本设计选用飞利浦公司的数字电路芯片 TJAl020作为LIN总线收发器TJAl020收发器是一 个物理媒体连接，它是LIN主从机协议控制器和 LIN传输媒体之间的接口，协议控制器输入引脚 盯的发送数据流被LIN收发器转换成总线信号 TJAl020的接收器检测到LIN总线上的数据流并通 过RXD引脚将它传送到协议控制

7、器收发器有低功 耗管理模式，它在睡眠模式中几乎不消耗电流并在 错误模式中减少功率消耗322协议设计完整的LIN数据帧包括同步间隔、同步场、标识 符、数据字节以及校验码J同步场的格式为 0x55，校验码是所有数据场字节相加之后再取反，接 收处的节点也将所有数据场字节相加，然后将其和 与校验码相加，判断结果是否为0xFF，若不是则表 明数据传输出了错误LIN数据定义第i个字节为 源地址(SA)，定义第2个字节为目标地址(DA)，其 余字节为纯数据字节图2 CANLIN网关硬件设计框图CANLIN网关既是CAN节点又是LIN节点，网 关节点实现CAN与LIN总线数据帧的拆分、数据的 暂存和数据帧的生

8、成网关硬件主芯片选取 MC9S08DZ60，MC9S08DZ60芯片中的M_SCAN(CAN 通信控制器模块)，通过PTE6和阿7引脚分别和 CAN总线收发器TJAl040的TXD和RXD引脚相连 接，叫1040的引脚CANH和CANL与CAN总线接 口相连接，实现CAN数据帧的接收和发送此外， MC9S08DZ60芯片其他引脚还可以与按键电路和控 制电路相连接，实现一定的通信和控制功能 42协议转换1) CANLIN网关和其他Q小节点之间进行通 信如果向其他CAN节点发送数据帧，首先根据所 要生成的CAN数据帧接收节点地址，设置CAN数 据帧的ID值，发送ID场；根据所发送的数据字节的 长度

9、设置DLC值，发送DLC和CAN控制位；发送数 据字节；计算CRC场的值，并发送CRC场；发送ACK 场，发送CAN数据帧帧结尾，完成CAN数据帧的发 送如果接收来自CAN节点的数据帧，并且进行拆 分，首先由MSCAN滤波器判断ID值是否是要接收 的，如果是则进行接收，否则不进行接收；接收 DLC场，确定所要接收的数据场长度；接收数据场， 接收CRC场，并判断CRC值是否正确，如果正确就 保存数据，否则丢弃数据帧，并发出远程帧，请求重 新发送CAN数据帧，完成CAN数据帧的接收4 网关设计41网关接口设计CANLIN网关硬件设计如图2所示2) CANLIN总线通信网关与LIN从节点进行通 信如

10、果向从节点发送LIN数据帧，首先发送LIN数 据帧同步间隔和同步间隔校验，然后发送LIN数据 帧同步场0x55和同步场校验，然后根据接收LIN数 据帧的LIN从节点的地址计算出ID场的值，并且发 送ID场和I心数据场，在计算LIN数据帧校验和场 的值，并发送这个值，完成LIN数据帧的发送如果帧同步场，进行接收同步，然后接收LIN数据帧， 由SCI滤波器判断D值是否是要接收的ID，如果是 则接收后面的数据字节，否则丢弃数据帧，在接收校 验和场，检验校验和场是否正确，如果正确就保存数 据，否则丢弃数据帧，完成LIN数据帧的接收3）非CANLIN通信网关的CAN节点将数据以 CAN数据帧发送到CAN

11、总线上在CANIJN网关在 接收到CAN数据帧之后，在MC9S08DZ60芯片中将 CAN数据帧中的数据字节拆分出来，再根据它第1 个数据字节的源地址和第2个数据字节的目标地 址，配置LIN数据字节的源地址和目标地址，即LIN 数据帧的第1字节和第2字节数据字节的内容同 时，根据加上余下的纯数据字节后的长度配置DLC， 然后把CAN的数据字节配置成为LIN的数据字节， 最后，再加上同步场0x55和相应的校验码，完成 CAN数据帧向LIN数据帧的转换4）由LIN从节点发送LIN数据帧到LIN总线 上在CANLIN网关在接收到LIN数据帧之后，在 MC9S08DZ60芯片中将LIN数据帧中的数据字

12、节拆 分出来，根据第2个数据字节即数据帧的目的地址 配置CAN数据的优先级，根据第1个和第2个数据 字节配置CAN数据帧的源地址和目标地址，根据纯 数据字节个数定义CAN数据块长度，然后将纯数据 字节配置为CAN数据帧中的数据，最后加上CAN 数据帧的统一定义位，实现LIN数据帧向CAN数据 帧的转换5仿真实验根据CANLIN总线协议转换特点，本研究在Simulink仿真环境下利用所提供的函数库模块并编写程序分别建立CAN节点仿真模型、CANLIN网关仿真模型和LIN节点仿真模型，然后利用所建的仿真模型搭建CANLIN总体的车载通信网络系统，如 图3所示图3 CAN，uN车载通信网络系统模型图

13、3模型中，有3个CAN节点，2个节点和 1个cAN网关模型中每个CANtr和对应的 CANre模块组成一个Q州节点，L矾tr和对应的 LlNre模块组成一个L节点，以AN模块、t正AN模 块、re模块和乩模块组成了C&NJN网关节 点为了使模型简洁，没有加入每个阶段的数据显示 模块，其中Q州、节点的数据帧采用不同周期发 送CAN节点模型每秒发送5帧数据，节点模型 每秒发送2帧数据CAN数据帧之间通过比较的 大小来竞争使用Q总线，模型中的Subsystem模 块对总线上的CAN数据帧ID进行比较，选择ID较 小的数据帧进行发送在利用该模型进行仿真时，模型中的节点按各 自的周期发送由Workspa

14、ce输入的数据，加入数据 帧显示模块对数据的传输过程进行观察，并确认 CAN数据帧和LIN数据帧的正确生成、发送和接收1）在Matlab的Workspace中输入xl=1010110 011010111，设定该数据由CANl节点发送数据，经 CANLIN总线通信网关转发后由LIN2节点接收图4所示为数据帧的第38位到54位是所发送 的纯数据字节，由图中可见是1010110011010111， 即x1，该数据帧经CANLIN总线通信网关拆分提 取，转化为LIN数据帧发送到LIN总线上（见图5） 数据帧的第4l位到5l位是所发送的纯数据字节 （LIN数据帧采用8N1编码，每一个字节有一个起始 位和

15、一个终止位），由图中可见是101011001101011 1，即x1，该数据经HN2节点拆分后可得同时，当 LINl接收到该数据帧时，由于不匹配，将舍弃对 该数据帧的接收图4 CAN总线上的数据帧 图5 LN总线上的数据帧以上结果验证了CANl节点所发送出的数据被 所需要的节点LIN2正确接收2）在Madab的wo文space中输入yl=1101011010101101，设定作为LIN节点的待发送数据，经 CANLIN总线通信网关转发后由CAN2节点接收图6所示为LIN总线上的数据帧从第41位到51位是所发送的纯数据字节(LIN数据帧采用8N1编码，每一个字节有一个起始位和一个终止位)，由图中可见是1101011010101101，即v1图7所示为CANLIN总线通信网关将拆分LIN数据帧所得到的数据作为CAN数据帧的数据生成和发送的CAN数据帧，数据帧的第38位到54位是所发送的纯数据