MC微控器在汽車CAN/LIN網(wǎng)關中的應用

汽車電子技術的不斷發(fā)展大大提高了汽車性能，同時也給汽車制造安裝以及系統(tǒng)可靠性等帶方面來了一系列問題。汽車網(wǎng)絡的誕生使汽車電子邁入了一個新的臺階，汽車網(wǎng)絡用總線進行信息通訊，不僅解決了現(xiàn)代汽車電子化中出現(xiàn)的線路復雜和線束增加等問題，同時也是汽車通信和控制的一個重要基礎。CAN 總線和LIN 總線作為汽車總線的主流形式，在汽車領域已逐日得到廣泛應用。
1 CAN/LIN 總線技術簡介[1]
CAN，全稱為“Controller Area Network”，即控制器局域網(wǎng)，是國際上應用最廣泛的現(xiàn)場總線之一。CAN 通信協(xié)議描述了在設備之間信息如何傳遞。CAN 以兩種形式存在：一種是具有11 位ID 標示符的標準CAN，另一種是29 位ID 標示符的擴展CAN。LIN，全稱為“Local Interconnect Network”，是一種低成本的串行通訊網(wǎng)絡。LIN 的目
標是為現(xiàn)有汽車網(wǎng)絡(如CAN 總線)提供輔助功能，在不需要CAN 總線的帶寬和多功能的場合，使用LIN 總線可大大節(jié)省成本。
CAN 總線以及LIN 總線的主要特征如表1 所示。

2 MC68HC908GZ32 簡介[2]
MC68HC908GZ32 是Freescale 公司生產的8 位微控制器。其內部具有8 位的中央處理單元、時鐘發(fā)生模塊、8 通道的定時器模塊、8 位的鍵盤中斷模塊、增強型串行通信模塊、時基模塊以及CAN 通信模塊等。其容量達32KB 的片內Flash 存儲器與1536B RAM 能滿足多數(shù)用戶的各種應用要求。不僅有傳統(tǒng)的串行通信接口，而且還有串行外圍接口，使得芯片與外部設備、芯片與外圍擴展芯片的通信和連接變得簡便，具有53 個通用I/O 引腳。
MC68HC908GZ32 的上述眾多功能特點，使其既可以進行CAN 網(wǎng)絡通信，又可以進行LIN 網(wǎng)絡通信，因此可以將其作為CAN/LIN 網(wǎng)關。
3 GZ32 在CAN/LIN 網(wǎng)關中的應用
以汽車車身網(wǎng)絡為例，說明GZ32 在CAN/LIN 網(wǎng)絡中的應用。車身網(wǎng)絡屬于中低速網(wǎng)絡，既可以用CAN 總線進行通信和控制，也可以用LIN 總線進行通信和控制。從節(jié)約成本的角度考慮，可以使用LIN 總線。但LIN 總線使用主從結構，而車身電器部分又很多，包括車燈、車門、后視鏡以及雨刮等等，因此，為減少系統(tǒng)模塊以及使系統(tǒng)更為簡單系統(tǒng)化，可使用GZ32 作為CAN/LIN 網(wǎng)關，既可以接收CAN 總線報文，又可以對CAN 報文進行解讀，發(fā)送給LIN 總線。車身網(wǎng)絡系統(tǒng)構建圖如圖1 所示。

3.1 網(wǎng)關的作用
網(wǎng)關的作用就是為在不同的通信協(xié)議和不同的傳輸速度的計算機或模塊之間進行通信時，建立連接和信息解碼，重新編譯，并將數(shù)據(jù)傳輸給其他系統(tǒng)。為了使采用不同協(xié)議及速度的數(shù)據(jù)總線間實現(xiàn)無差錯數(shù)據(jù)傳輸，必須要用一種特殊功能的計算機，這種計算機就是網(wǎng)關。
GZ32 具有MSCAN08 模塊，可以接收/發(fā)送CAN 報文；同時又具有ESCI 模塊，可以接收/發(fā)送LIN 報文。因此，本設計中使用GZ32 作為CAN/LIN 網(wǎng)關。
當使用 MSCAN 模塊時，應作如下初始化[3]：
CONFIG1=0x09;
CONFIG2=0x1C; // CAN 模塊使能
CBTR0=0x00;
CBTR1=0xD8; //設置波特率為125K
3.2 CAN 報文的接收和發(fā)送
一個完整的汽車網(wǎng)絡系統(tǒng)可分為車身網(wǎng)絡系統(tǒng)和動力網(wǎng)絡系統(tǒng)，要有高低速CAN 網(wǎng)關。本設計中的CAN/LIN 網(wǎng)關的主要功能是，接收高低速CAN 網(wǎng)關發(fā)送來的CAN 報文幀，通過TJA1050 CAN 收發(fā)器實現(xiàn)。對于車燈模塊（包括轉向燈、示寬燈、遠/近光燈、霧燈等），可以使用CAN 報文通過I/O 口進行控制。同時網(wǎng)關還對接收到的CAN 報文進行解析，發(fā)送給LIN 總線。由于CAN 和LIN 是全雙工的總線，因此GZ32 CAN/LIN 網(wǎng)關還可以向CAN總線發(fā)送CAN 報文幀，也可以接收來自LIN 總線的LIN 報文幀。如圖2 所示[4]。

以接收 CAN 報文幀為例說明一下GZ32 CAN/LIN 網(wǎng)關工作流程：
DDRC_DDRC1=0; //CAN RX 使能
DDRC_DDRC0=1; //CAN TX 使能
re_id0=REC_IDR0;
re_id1=REC_IDR1; //讀ID 標識符寄存器
temp0=REC_DSR0;
temp1=REC_DSR1;
temp2=REC_DSR2; //讀數(shù)據(jù)段寄存器
… …
re_dlr=REC_DLR; //讀數(shù)據(jù)長度寄存器
當 GZ32 CAN/LIN網(wǎng)關接收到CAN報文幀后，根據(jù)所接收到的標識符及數(shù)據(jù)段寄存器，就可以對左前組合燈以及后組合燈模塊進行正確控制。同時，網(wǎng)關還可以將各燈的狀態(tài)等信息發(fā)送給CAN 總線。
3.3 LIN 報文的接收和發(fā)送
當 GZ32 CAN/LIN 網(wǎng)關接收到CAN 報文并對其進行正確解析后，將通過增強型串行通信ESCI 模塊向LIN 總線發(fā)送LIN 報文幀，本設計使用TJA1020 LIN 收發(fā)器加以實現(xiàn)。這樣LIN 總線上的各從機模塊，如車門模塊（包括門鎖電機、雨刮電機、后視鏡等）、后組合燈模塊，通過ID 識別可以正確的接收LIN 報文并加以控制。同理，各模塊亦可將各自的狀態(tài)等信息反饋給LIN 總線，并通過TJA1020 反饋給CAN/LIN 網(wǎng)關，如圖3 所示。

以發(fā)送LIN 報文幀為例說明一下GZ32 CAN/LIN 網(wǎng)關工作流程：
DDRE_DDRE0=1; //TXD 使能
DDRE_DDRE1=0; //RXD 使能
SCBR=0xC0; //LINT 和LINR 使能
SCPSC=0xB0; //設置波特率為9.6K
SCC1=0x40; //ESCI 使能
SCC2=0x0C; //TE 和RE 使能
SCC3=0x00;
transmit_data[0]=0x55;
transmit_data[1]=ID;
transmit_data[2]=REC_DSR0;
transmit_data[3]=REC_DSR1;
… … //發(fā)送LIN 數(shù)據(jù)場及校驗和場
4 調試過程及結論
本文針對 MC68HC908GZ32 微控制器在汽車CAN/LIN 網(wǎng)關中的應用，給出了具體的硬件設計方案及控制軟件，并最終加以了調試。在調試過程中遇到一些問題，并最終得到解決。比較典型的問題及解決方法如下：
（1）網(wǎng)關無法正確接收CAN 報文：網(wǎng)關若想正確收發(fā)CAN 報文，波特率配置與高低速CAN 網(wǎng)關之差一定要在CAN 協(xié)議允許的范圍之內。同理，網(wǎng)關發(fā)送LIN 報文的波特率與LIN 從節(jié)點的波特率也要符合LIN 協(xié)議規(guī)定，否則容易產生無法接收報文或接收到錯誤報文的現(xiàn)象。
（2）網(wǎng)關能發(fā)送LIN 報文但總線上無信號：LIN 收發(fā)器TJA1020 的NSLP 引腳為高電平時，方可啟動發(fā)送器，因此須將PTE2 引腳置為輸出腳，且端口置為隱性狀態(tài)。本文作者創(chuàng)新點：以Freescale公司8位微處理器MC68HC908GZ32為主芯片，對其在汽車CAN/LIN網(wǎng)絡中的應用加以了設計。給出了車身網(wǎng)絡結構圖、CAN/LIN網(wǎng)關電路設計圖、報文收發(fā)流程以及調試過程中對所遇到的問題的解決方法等。經(jīng)調試結果表明該GZ32 CAN/LIN網(wǎng)關具有結構簡單、性能穩(wěn)定、實用性強等特點。