1 前言

隨著汽車電子技術及網絡技術的不斷發展，人們對汽車安全性、可靠性的要求也越來越高，為了解決由汽車電子元器件的增加而帶來的通信問題，這就要求采用一種高速、多路、共享的汽車通信網絡。

目前，已經開發出多種總線，如CAN(Controller Area Network)控制器局域網[1]，LIN(Local Interconnect Network)局域互聯網[2]，FlexRay，Most等。但CAN和LIN構成目前汽車上最廣泛的總線形式。

2 CAN總線介紹

20世紀80年代末，德國博世公司為解決現代汽車中眾多控制單元、測試儀器之間的實時數據交換而開發了一種串行通信協議CAN[1]，并使其成為國際標準(ISO11898)。到目前為止，世界上已擁有20多家CAN總線控制器芯片生產商，110多種CAN總線協議控制器芯片和集成CAN總線協議控制器的微控制器芯片。

CAN總線由于采用了獨特的設計和新的技術，與一般的通信總線相比，它具有突出的可靠性、實時性和靈活性。CAN采用多主工作方式，成本低，且具有極高的總線利用率;CAN總線具有可靠的錯誤處理和檢錯機制，采用短幀結構，傳輸時間短，受干擾的概率低;采用非破壞性總線仲裁技術，節點在錯誤嚴重的情況下具有自動退出功能。

3 LIN總線介紹

1998年，Audi、Motorola、BMW、DaimlerChrysler 、VCT、Volvo和Volkswagen七家公司聯合提出了新型A類總線[3-5]——LIN(Local Interconnect Network)。LIN是一種低成本短距離的低速網絡，它旨在傳送開關設置和傳感器輸入等狀態的變化，并對這種變化做出響應，因此它只適用于對傳送時間要求不高的低速事件，并不適用于發動機控制等高速事件。

LIN總線有其獨特的特點，它成本低，基于通用的UART/SCI接口;LIN的傳輸速率可高達20Kb/s，總線長度最大可以達到40m;采用單主多從模式，不需要總線仲裁;在從節點中不需要晶體振蕩器和陶瓷振蕩器時鐘就能實現自同步：可預先計算確定性信號的傳播時間;無需改變LIN從節點的硬件和軟件就可以在網絡上增加或刪除節點等。

3整車系統通信網絡設計

整車系統通信網絡以CAN總線為主，LIN總線為輔，CAN和LIN在汽車通信網絡中相互結合應用共同構架汽車整車系統通信網絡。汽車上各個控制系統對網絡信息的傳輸延遲比較敏感，如發動機控制、變速箱控制、安全氣囊控制、ASR/ABS/ESP控制、牽引力控制等對網絡信息傳輸的實時性要求較高，需要采用高速CAN總線，其傳輸速率高達500kbps～1Mbps;空調控制、儀表控制、雨刷控制、照明控制、門窗控制等需要采用低速LIN總線，其傳輸速率為20kbps。低速LIN總線對信息傳輸的實時性要求不高，但子系統數量較多，將這些低速子系統與高速子系統分開，有利于保證高速子系統的實時性，同時還可以降低成本。基于上述考慮，汽車整車CAN/LIN總線網絡拓撲結構圖如圖1所示。

CAN和LIN總線相互獨立，通過主控制器(CAN/LIN網關)進行數據共享和數據交換。主控制器也是整車管理系統的核心，它的主要功能就是分析處理各種信息并發出指令，還起到協調汽車各個控制單元及電器設備工作的作用。

4 系統軟硬件設計

4.1 CAN/LIN接口設計

CAN/LIN網絡中有很多的CAN節點和LIN節點，它們通過一個CAN/LIN接口網關實現CAN/LIN網絡之間的數據通信。CAN/LIN總線接口設計如圖2所示，通過CAN/LIN總線的接口，CAN、LIN數據通過中央控制器可以相互轉換，當LIN數據幀需要傳輸到CAN網絡時，控制器網關收到LIN總線數據幀后就會將LIN標志符轉換成CAN標志符，這樣數據就從LIN總線傳輸到了CAN總線，反之數據也可以從CAN總線傳輸到LIN總線。

4.2 CAN通信網絡硬件設計

為CAN總線通信接口卡電路原理圖，系統采用P87C591芯片作為主控制器。電控單元的微控制器(P87C591)通過數據總線經過光電隔離器(6N137)與CAN總線控制器(SJA1000)直接相連。CAN總線控制器帶有一個接收緩沖器和一個發送緩沖器，CAN總線控制器的發送端口Tx0，接受端口Rx0、Rx1分別與CAN總線發送接收器的TxD、RxD、Vref端口直接相連，CAN總線的兩條差分接收發送線CAN_L和CAN_H各接一個120 的總線匹配電阻。當CAN總線被某個節點占用的時候，該節點的發送端接CAN_H，電平為3.5V，接收端接CAN_L，電平為1.5V，當CAN總線空閑時，CAN_H和CAN_L上的電平均為2.5V。

系統采用PCA82C250作為CAN控制器P87C591和物理層總線間的接口，提供對總線發送和接收數據。使用PCA82C250還可以提高系統得抗干擾能力，保護總線，降低射頻干擾，實現熱防護等。

為了進一步提高系統的抗干擾能力，選用高速光電隔離芯片6N137構成隔離電路，將微控制器P87C591的I/O信號與SJA1000隔離，以提高系統的可靠性。

4.3 LIN通信網絡硬件設計

LIN節點的硬件接口電路主要包括微控制器P87LPC76X，LIN收發器MC33399和電源調整電路。P87LPC76X采用80C51加速處理器結構，指令執行速度是標準80C51MCU的2倍。微控制器由TX0向MC33399的TXD發送數據，MC33399的RXD向微控制器的RX0發送數據。該電路采用Wake引腳輸入開關喚醒方式，其中5V外部穩壓器是可控的。由于該電路內部在LIN引腳與電源引腳集成了電阻和串聯二極管，所以總線從節點不需要其它外置元件。但對于主節點，則必須在外部增加 的電阻，并且要串聯一個二極管以防止電池斷電時MC33399通過總線供電。

4.3 CAN/LIN總線軟件設計

CAN通信接口模塊程序主要包括三部分：初始化子程序、發送子程序(包括中斷服務程序)和接收子程序。程序開始時即進入程序初始化，進入初始化程序有三種方式：一是硬件復位;二是軟件復位;三是上電復位。初始化程序會對所有的報文對象進行初始化操作(所有值設置為0)。初始化結束之后，程序開始讀取開關狀態，進入CAN發送子程序，在CAN發送子程序中，只有當發送緩沖器為空時才可以發送數據，否則將會等待直到發送緩沖器為空。接收子程序從接收緩沖器中讀取接收數據，經程序處理后即可接收。

LIN通信接口模塊程序也主要包括三部分：LIN初始化子程序、發送子程序(包括中斷服務程序)和接收子程序。在初始化階段，對LIN收發器進行配置并將協議處理其變量賦初值。同CAN主節點軟件發送子程序一樣，只有在發送緩沖器為空時才可以發送數據。中央控制器節點是LIN總線的主節點，其他的都為從節點，所有的LIN幀都由主節點發送，且主節點負責LIN節點的監控和管理。