TJA1145是如何控制ECU進(jìn)行休眠喚醒的呢？

正文

TJA1145簡介

TJA1145是NXP公司為汽車電子領(lǐng)域量身定做的高速CAN收發(fā)器，提供了CAN控制器與物理CAN雙絞線之間的接口，相比其他CAN收發(fā)器，它具備如下幾個(gè)特點(diǎn)：

在Standby與Sleep狀態(tài)下能保持極低功耗，其中Sleep狀態(tài)下功耗比Standy狀態(tài)下更低；

可通過選擇性喚醒功能支持符合ISO11898-2:2016標(biāo)準(zhǔn)的CAN部分網(wǎng)絡(luò)；

針對TJA1145T/FD與TJA1145TK/FD這兩種TJA1145/FD變種而言，支持CANFD-Passive功能，能夠?qū)崿F(xiàn)在CANFD與CAN網(wǎng)絡(luò)共存的前提下保證節(jié)點(diǎn)正常休眠不會被總線CANFD總選錯(cuò)誤喚醒；

TJA1145提供接口與3.3V或者5V微控制器相連，通過SPI可用來控制CAN收發(fā)器控制以及狀態(tài)獲取；

TJA1145物理層實(shí)現(xiàn)滿足了ISO11898-2:2016與SAE J2284標(biāo)準(zhǔn)，且能夠?qū)崿F(xiàn)CANFD 2M通訊速率的穩(wěn)定通信；

TJA1145上述這些特性使得其能夠作為控制ECU整個(gè)供電系統(tǒng)的關(guān)鍵利器，通過休眠特性最大可能地降低ECU整體電流消耗，僅在應(yīng)用層存在需求時(shí)才會被喚醒。

如下圖1所示為TJA1145的基本功能框圖，各個(gè)引腳的基本功能解釋如下：

圖1 TJA1145 基本功能框圖

圖2 TJA1145功能引腳定義

如下圖3所示為TJA1145內(nèi)部三大供電細(xì)節(jié)詳解：

BAT： 該電源用于給TJA1145系統(tǒng)狀態(tài)維護(hù)進(jìn)行供電，只要BAT一直有點(diǎn)，那么TJA1145相關(guān)狀態(tài)寄存器值就不會丟失,且CAN接收器由BAT供電；

VCC： 該電源一方面作為5V電源輸入給到TJA1145系統(tǒng)模塊進(jìn)行監(jiān)控是否過壓或欠壓，另一方面則給到CAN總線供電，且CAN發(fā)送器由VCC供電；

VIO: 該電源一方面作為電源輸入到TJA1145系統(tǒng)模塊進(jìn)行監(jiān)控是否過壓或欠壓，另一方面則作為SPI通信的電平轉(zhuǎn)換；

圖3 TJA1145內(nèi)部供電詳解圖

ECU休眠喚醒概念

為了讓大家更好的了解休眠喚醒控制原理，小T將按照AUTOSAR文檔中針對休眠喚醒的定義給大家做個(gè)總結(jié)，可分為如下三種場景：

冷啟動式休眠喚醒

冷啟動式休眠喚醒具備如下幾個(gè)特點(diǎn)：

MCU處于掉電狀態(tài)；

ECU的部分外圍電路如CAN發(fā)器處于供電狀態(tài)(如KL30供電)；

喚醒事件能夠被CAN收發(fā)器識別；

CAN收發(fā)器能夠根據(jù)喚醒源決定是否喚醒MCU，給到MCU供電；

CAN通道式休眠喚醒

CAN通道式休眠喚醒具備如下幾個(gè)特點(diǎn)：

MCU始終處于正常供電狀態(tài)；

至少ECU的部分外圍電路如CAN收發(fā)器處于供電狀態(tài)；

CAN收發(fā)器處于Standby狀態(tài)；

喚醒事件能夠被CAN收發(fā)器識別；

CAN收發(fā)器識別到有效喚醒源后能夠產(chǎn)生一個(gè)軟中斷喚醒MCU或者M(jìn)CU周期性的去檢查是否存在有效喚醒源；

CAN通道與MCU式休眠喚醒

CAN通道與MCU式休眠喚醒具備如下幾個(gè)特點(diǎn)：

MCU處于低功耗狀態(tài)；

至少ECU的部分外圍電路如CAN收發(fā)器處于供電狀態(tài)；

CAN收發(fā)器處于Standby狀態(tài)；

喚醒事件能夠被CAN收發(fā)器識別；

CAN收發(fā)器識別到有效喚醒源后能夠產(chǎn)生一個(gè)軟中斷喚醒MCU；

休眠喚醒控制原理

通過上述對休眠喚醒類型的總結(jié)，想必大家都可以集合自己工作中碰到的休眠場景一一對應(yīng)起來，小T就結(jié)合最為常見的冷啟動式休眠喚醒從硬件與軟件兩個(gè)層面跟大家一起交流休眠喚醒控制基本原理。

硬件層面：

如下圖4所示，小T將從MCU芯片供電以及TJA1145狀態(tài)獲取控制兩方面來講解硬件層面的休眠喚醒控制原理：

S1：MCU滿足休眠條件時(shí)，通過發(fā)送SPI相應(yīng)指令讓TJA1145進(jìn)入Sleep狀態(tài)；

S2：TJA1145進(jìn)入到Sleep狀態(tài)后，INH引腳就會拉低，控制5V或者3V關(guān)閉電源輸出，間接導(dǎo)致MCU整個(gè)系統(tǒng)處理掉電狀態(tài)，此時(shí)TJA1145始終處于供電狀態(tài)（由于BAT始終有電），整個(gè)ECU成功進(jìn)入到休眠狀態(tài)；

S3：TJA1145雖然處于Sleep狀態(tài)，屬于極低功耗狀態(tài)，同步也檢測著網(wǎng)絡(luò)是否存在有效喚醒源；

S4：當(dāng)TJA1145發(fā)現(xiàn)有效喚醒源之后，就會自動從Sleep狀態(tài)切換成Standby狀態(tài)，在Standby狀態(tài)下INH引腳拉高，此時(shí)5V與3V便會正常輸出，從而MCU被正常供電，程序開啟正常運(yùn)行；

圖4 TJA1145休眠喚醒機(jī)制硬件實(shí)現(xiàn)

軟件層面：

基于AUTOSAR軟件架構(gòu)，休眠喚醒的檢測處理機(jī)制統(tǒng)一有EcuM模塊來實(shí)現(xiàn)，有關(guān)EcuM的詳細(xì)介紹可參考文章《AUTOSAR基礎(chǔ)篇之EcuM》。關(guān)于通訊模塊的開啟則是由ComM模塊來負(fù)責(zé)，BswM在此階段可實(shí)現(xiàn)一些自定義的控制行為來滿足各個(gè)項(xiàng)目的特別要求。

本文不會過多闡述細(xì)節(jié)，僅在說明整個(gè)休眠喚醒過程在軟件邏輯層面具體如何來實(shí)現(xiàn)，參考如下圖5所示：

圖5 休眠喚醒軟件控制邏輯

S1：當(dāng)MCU Power ON之后由EcuM模塊便會檢查喚醒源是否有效，若有效，則通知ComM模塊開啟通信，進(jìn)而通過SPI通信控制TJA1145進(jìn)入Normal狀態(tài)，同時(shí)通知BswM模塊開啟其他BSW模塊的控制以及讓EcuM進(jìn)入到RUN模式；

S2：當(dāng)MCU PowerON之后由EcuM模塊識別喚醒源無效，便會直接走下電流程，最終控制TJA1145進(jìn)入到Sleep狀態(tài)；

S3：在系統(tǒng)正常工作后如果滿足休眠條件（如外界沒有NM報(bào)文），MCU便會控制TJA1145進(jìn)入到Sleep狀態(tài)；

S4：當(dāng)TJA1145處于Sleep狀態(tài)下會檢測休眠前設(shè)定的喚醒源，如果喚醒源滿足條件，TJA1145切換至Standby狀態(tài)，從而Power ON MCU，最終走向EcuM喚醒源檢測驗(yàn)證流程；

TJA1145控制

如上述過程MCU通過SPI總線接口實(shí)現(xiàn)了針對TJA1145狀態(tài)的控制與獲取。針對TJA1145的控制過程可分為TJA1145 Operating Mode的控制以及內(nèi)部CAN Operating Mode兩種類型。

TJA1145 Operating Mode

在TJA1145內(nèi)部存在一系統(tǒng)控制器包含如下五種運(yùn)行狀態(tài)機(jī)：Normal，Standby，Sleep，Overtemp，Off狀態(tài)。接下來將針對這五種狀態(tài)進(jìn)行一一講解每個(gè)狀態(tài)的基本特征以及相應(yīng)的SPI控制指令。

Normal: 該模式下TJA1145處于全功能模式下，所有功能均可用，可通過MC=111從Standby或者Sleep狀態(tài)切換至Normal狀態(tài)；

Standby: 該模式下TJA1145處于低功耗狀態(tài)，不過不能夠正常收發(fā)數(shù)據(jù)，但是INH引腳可以始終保持拉高狀態(tài)；

如果此時(shí)寄存器CWE=1，那么此時(shí)receiver會持續(xù)監(jiān)控總線電平狀態(tài)，如果寄存器CPNC=PNCOK=1，那么就開啟了特定幀喚醒，否則就是標(biāo)準(zhǔn)CAN喚醒（010101切換就可喚醒，即所說的任意幀喚醒）；

當(dāng)電壓滿足特定下限時(shí)便會自動從Off狀態(tài)切換至Standby狀態(tài)；

當(dāng)監(jiān)測到溫度沒有再次發(fā)生過溫便會自動從Overtemp狀態(tài)切換至Standby狀態(tài)；

在Sleep狀態(tài)下檢測下喚醒源便會自動切換至Standby狀態(tài)；

通過SPI指令MC=100將狀態(tài)從Normal或者Sleep狀態(tài)切換至Standby狀態(tài)；

在Normal狀態(tài)下發(fā)送指令MC=001準(zhǔn)備切換至Sleep狀態(tài)，但此時(shí)存在喚醒源或者所有的喚醒源檢測全部關(guān)閉，該特性從一定程度上避免了死鎖；

Sleep: 該模式下TJA1145處于最低功耗狀態(tài)下，且不能正常收發(fā)數(shù)據(jù)，同時(shí)INH引腳處于高阻狀態(tài)，電源供電一般會通過該引腳進(jìn)行拉低關(guān)閉輸出。同時(shí)其狀態(tài)變化存在如下幾種可能：

一個(gè)有效喚醒源或者中斷事件(除去SPIF事件)或者SPI指令(SPI通訊速率不能過高)則可以喚醒TJA1145從Sleep狀態(tài)切換至Standby狀態(tài)；

在Normal或者Standby狀態(tài)下通過發(fā)送MC=001便可以進(jìn)入到Sleep狀態(tài)，同步須確保至少存在一個(gè)喚醒源使能(如CAN喚醒或者Wake pin喚醒)且沒有pending狀態(tài)下的喚醒源；

如果VCC或者VIO持續(xù)一段事件低于某個(gè)閾值，那么該低電壓事件將會強(qiáng)制讓TJA1145進(jìn)入到Sleep狀態(tài)，與此同時(shí)所有的Peding的喚醒源將會被清除，CWE=1以及WPFE=WPRE=1使能同時(shí)特定幀喚醒功能將會被Disable(CPNC=0);

該強(qiáng)制進(jìn)入到Sleep狀態(tài)可通過TJA1145主狀態(tài)寄存器(03h)中的FSMS狀態(tài)位來獲取，如果FSMS為1表示最近一次進(jìn)入到Sleep狀態(tài)是由于低電壓進(jìn)入到Sleep狀態(tài)，否則是通過SPI指令完成的狀態(tài)切換。

**Overtemp: ** 該狀態(tài)是由于TJA1145放置溫度過高導(dǎo)致被損壞的一個(gè)功能，一旦在Normal狀態(tài)下溫度超出一定閾值就會自動切換至OverTemp保護(hù)狀態(tài)；

為了放置數(shù)據(jù)的丟失，TJA1145在溫度超過預(yù)警閾值時(shí)會主動觸發(fā)一個(gè)Warning，該Warning發(fā)生時(shí)就會觸發(fā)OTWS置位，中斷產(chǎn)生(即OTW=1)如果OTWE使能的前提下；

在該模式下，CAN收發(fā)器將不能正常工作，CAN pin腳始終處于高阻狀態(tài)，喚醒源將不會被檢測，但是如果存在Pending的喚醒源，那么RXD引腳就會被拉低；

當(dāng)溫度低于特定閾值時(shí)，那么該狀態(tài)便會自動切換至Standby狀態(tài)；

如果Bat電壓引腳低于某個(gè)特定閾值，則會自動從該狀態(tài)切換至OFF狀態(tài)；

Off: 在該狀態(tài)下電壓由于低于特定閾值導(dǎo)致供電不足，當(dāng)Bat首次連接時(shí)這是TJA1145的初始狀態(tài)，只要Bat電壓低于某特定閾值，那么TJA1145將會從任意狀態(tài)直接切換至Off狀態(tài)。在Off狀態(tài)下，CAN pin腳以及INH引腳始終處于高阻狀態(tài)；

當(dāng)電壓高于某個(gè)特定閾值時(shí)，TJA1145便會重新啟動觸發(fā)初始化過程，從而經(jīng)歷特定時(shí)候后進(jìn)入到Standby狀態(tài)；

圖6 TJA1145 Operating Mode狀態(tài)遷移圖

如下圖7所示，展示了TJA1145 Operation Mode與SPI通信，INH引腳，內(nèi)部CAN模塊狀態(tài)以及RXD引腳的之間的關(guān)系。從中特別值得關(guān)注的有以下幾點(diǎn)：

Standby狀態(tài)下INH引腳可以拉高控制MCU各級電源輸入，CAN無法正常收發(fā)通信；

Normal狀態(tài)下SPI可正常通信，INH引腳拉高，CAN模塊的狀態(tài)取決于CMC值，僅在Active狀態(tài)下才能夠開啟正常通信，且僅在CMC=01/10/11下才能夠正常收發(fā)；

Sleep狀態(tài)下INH引腳處于高阻狀態(tài)，此時(shí)MCU各級電源可關(guān)閉，CAN始終處于Offline狀態(tài)，無法正常收發(fā)通信；

在Off狀態(tài)與Overtemp狀態(tài)下SPI都無法正常通信，在Sleep狀態(tài)僅在VIO供電正常的情況下才可以，且通信速率不能太高；

僅在Standby與Sleep狀態(tài)下才檢測喚醒事件，即僅在CAN處于Offline模式下才能夠開啟喚醒事件的檢測；

圖7 TJA1145各模式狀態(tài)關(guān)系

Can Operating Mode

TJA1145內(nèi)部集成的CAN收發(fā)器存在四種狀態(tài)：Active，Listen-Only，Offline，Offile Bias狀態(tài)。存在如下兩種基本組合：

當(dāng)TJA1145處于Normal狀態(tài)時(shí)，CAN收發(fā)器狀態(tài)取決于CMC值，如進(jìn)入Offline或者Active或者Listen-only等；

當(dāng)TJA1145處于Standby或者Sleep狀態(tài)，則CAN收發(fā)器始終處于Offline狀態(tài)；

?

圖8 TJA1145內(nèi)部CAN收發(fā)器狀態(tài)遷移圖

CAN Active Mode

CAN收發(fā)器在此模式下能夠正常發(fā)送或接收數(shù)據(jù)；

當(dāng)CMC=0x01時(shí)，CAN收發(fā)器處于Active狀態(tài)，VCC低壓檢測使能，如果出現(xiàn)VCC電壓，就會直接切換到CAN Offline或者Offline Bias狀態(tài)；

當(dāng)CMC=0x10時(shí)，CAN收發(fā)器處于Active狀態(tài)，且VCC電壓檢測被抑制，如果出現(xiàn)VCC電壓異常，不會影響到CAN Active正常切換；(實(shí)際應(yīng)用過程中優(yōu)先統(tǒng)一配置成CMC=0x10，以降低狀態(tài)不斷反復(fù)切換)

CAN Listen-only Mode

該模式下CAN發(fā)送器被關(guān)閉，當(dāng)TJA1145處于Normal狀態(tài)且CMC=0x11時(shí)，CAN收發(fā)器狀態(tài)就會處于Listen-only狀態(tài)；

在該模式下如果TJA1145處于Normal狀態(tài)且CMC=0x1，同時(shí)VCC電壓低于90%，那么就會始終在這個(gè)Listen-Only狀態(tài)；

CAN Offline與Offline Bias Mode

在CAN Offline模式下CAN收發(fā)器便會檢測CAN總線以查看是否存在喚醒事件，同時(shí)CWE=1，CAN H與CAN L始終偏置接地；

在CAN Offline Bias Mode下也會檢測CAN總線是否存在喚醒事件，只不過CAN H與CAN L會偏置2.5V，當(dāng)超過一段事件總線沒有活動，便會回歸至CAN Offline模式下；

當(dāng)TJA1145切換至Standby或者Sleep狀態(tài)則會直接切換成此狀態(tài)；

當(dāng)TJA1145狀態(tài)為Normal且CMC=0x0，則會將狀態(tài)切換成CAN Offline模式；

當(dāng)TJA1145狀態(tài)為Normal且CMC=01同時(shí)VCC<90%,則也會將狀態(tài)切換成CAN Offline模式；

CAN Off Mode

當(dāng)TJA1145狀態(tài)為Off狀態(tài)或者Overtemp狀態(tài)時(shí)；

當(dāng)Bat電壓低于CAN接收器某個(gè)特定閾值電壓時(shí)，當(dāng)BAT電壓回升至某個(gè)特定閾值時(shí)，便會進(jìn)入到CAN Offline模式下；

常見寄存器配置說明

在對TJA1145進(jìn)行正常使用時(shí)，無論是初始化過程還是正常對其進(jìn)行控制，我們都需要針對常見的TJA1145寄存器進(jìn)行控制，因此小T結(jié)合項(xiàng)目實(shí)戰(zhàn)需要給大家列舉了常用寄存器以及相關(guān)功能，如下圖9所示：

圖9 常見寄存器配置說明

TJA1145注意事項(xiàng)

使用TJA1145時(shí)，如果需要使用其CAN FD Passive功能(0x2F寄存器設(shè)置 CFDC=1)，那么需要選用型號TJA1145/FD才具備；

TJA1145默認(rèn)僅支持CAN幀格式的特定幀喚醒；

如果使能了VCC/VIO電壓欠壓監(jiān)控，如出現(xiàn)在緩升緩降的過程中，就會導(dǎo)致TJA1145狀態(tài)直接切換成sleep狀態(tài)，因此一般優(yōu)先選擇CMC=0x10，則抑制了電壓欠壓檢測。

審核編輯：劉清