【2019年整理】低速车身控制系统实施高速的CAN协议

1、低速车身控制系统实施高速的 CAN协议 i.低速低速车身控制系统的含义 低速(小于125kbit/s)车身控制系统主要指汽车灯光、刮水 器、电动窗、后视镜、中央门锁、加热-通风-空调以及其他低速 数据的通信系统。低优先级和低通信量的低速车身控制信息，若 采用高速数据总线结构，那是不合理的，尤其是生产成本和维修 费用令人难以接受。 近年来，各种有专利权的协议已经用于车身控制系统。这些 协议是不通用的，而且有一定的局限性。ISO提出了 CAN作为汽 车高速数据总线的标准，目前 CAN芯片的制造厂商有英特尔、摩 托罗拉、NEC飞利浦、西门子和国家半导体等公司， 在市场上很 容易购到，因为CAN技术除

2、了在汽车上，在飞机、轮船以及工业 控制中都得到了广泛的应用。 CAN虽然是国际标准化组织推荐的汽车高速网络标准，当然 也可将其用于低速的车身控制系统。从工程的观点出发，如果选 用同类的CAN协议，则很容易从高速到低速网络或从低速到高速 网络桥接数据。然而，当 CAN系统被配置于低速应用，若 CAN的 芯片仍然与高速应用的芯片相同，这是不经济的。由沃威克大学 先迸技术中心与飞利浦公司开发的串行链路输入/输出控制器区 域网(SLIO CAN)发展和改进了 CAN技术，能以低成本的造价满足 低速车身控制系统的应用。 2什么是串行链路输入/输出控制器区域网（SLIO CAN） SLIO CAN 是一种

3、用来完成简单输入/输出功能的低智能CAN 芯片oSLIO CAN的最简单结构可以看作带有内部 CAN空制器的I/O 端口，它具有CAN协议规定的全部特征和能力以及符合CAN2.Oa 和CAN2.Ob无源）规格。它具有11位CAN标识符和29位忽略标 识符，不会便总线出错。 SLIO CAN若扩展到低速应用，采用它的内部振荡器，可达 到125kbit/s 的速率；如果采用外部晶体振荡器，它也可以操作在 250kbit/s 的速率。一般情况下，推荐它操作于无外部晶体时钟 的条件，目的是便 SLIO接口简单而便宜。 标准的CAN与 SLIO CAN对比，前者的所有微控制器通过物 理层连接到一根双绞总

4、线上；而后者是用低智能的只带有内部 CAN控制器的I/O端口一一 SLIO CAN代替微控制器，也就是说， SLIO CAN系统中只用了唯一的一个微控制器。 由于SLIO CAN是一种低智能装置，它要靠 1个智能主节点 编程和控制。智能主节点是 1种含有微控制器的CAN节点。全部 16个SLIO都受控于SLIO CAN总线上的一一个主节点。由于各个 SLIO中有4个标识位，产生-16个不同的标识符（表3-5-1的P。、 P1、P2和P3）。考虑合并两个不同制造厂有不同标识符设定（如各 不相同的IDI）的SLIO，将会给出32个SLIO节点（如飞利浦和国 家半导体公司各16个）。11位CAN标识

5、符中的IDO指示的数据传 输的方向有两种情况:当IDO为“ 0”时，信息方向从主控制器传 送至SLIO,而当TOO为“ 1 ”时，信息方向刚好相反。 在SLIO CAN 系统中，主控制器也能使用遥控帧轮询它的 Sule）从节点。另外， SLIO CAN系统中的数据字节，一直被制造厂固定为2个或3个字 节。在数据字段（主存储器中保存数据记录的一个区域 ）中，第一 数据字节起到命令寄存器和状态寄存器一样的功用，而其余的数 据字节将与SLIO的输入/输出引脚相适配（8位或16位）。各个 SLIO端口的引脚可以单独编程。 表1 与CAN 11位标识符相关的SLIO标识符 11位 CAN 标符 ID+0

6、 ID9 ID8 ID7 ID6 ID5 ID4 ID3 ID2 ID1 ID0 SLIO 标识 符 0 1 P3 1 0 P2 P1 P0 1 0 Dir Dir:SLIO CAN信息的方向位；P0-P3: SLIO标识符设定点。 3.SLIO的物理寻址方法 由于SLIO标识符为4位，SLIO CAN继承了由一特定标识符 指定每个SLIO CAN节点的物理寻址方法。一般情况下，不再采 用CAN系统的功能寻址方法。例如，在车内的某一个SLIO CAN 系统中，为了接通右转向信号灯，两个数据帧必须送到汽车的前、 后SLIO分支点，如果采用了功能寻址，那么，被调作“转向信号” 的功能帧将在网络上广

7、播，这样，全部对应的接收器将会接收和 处理转向的信息，结果导致数据混乱。除此之外，SLIO还按虚 拟主-从结构操作至一定的级别，SLIO主节点的相关情况如图 1 所示。 SUOSLIOSLIO ! - * 亠 1- 一一- 图1在同一总线上包括有其他 CAN节点的SLIO 前述提到，在一根 CAN总线上的全部16个SLIO，只须由1个 主节点控制，在某些情况下它们可以分为组并受几个主控制器的 控制。不管怎么说，同一总线上的SLIO的总数不能超过16（或32） 个。而在多主机的条件下，仅需对一个主机定标。从图1中可看 出，由于CAN的广播方法，所有的其他 CAN节点（主节点和SLIO 节点）也能

8、接收SLIO发送的信息，因此，SLIO的物理寻址方法 最重要的是确保其他智能节点（专用的主节点除外）不能对数据 起作用，否则将导致数据混乱和差错。 4. SLIO CAN的信息发送方式 为了让SLIO的内部振荡器同步以供总线定时，主控制器须 每隔3 800位时间发送I条标定帧，只需要标定了 SLIO节点就能 发送I条CAN信息。 SLIO的传输是由内部CAN控制器硬件逻辑自动完成的。 在初 始化过程中，SLIO安排完成一定的功能，例如事件捕获输入、输 出或模/数转换。初始化是通过编程的 SLIO节点，经CAN总线然 后置微控制器主节点于启动状态。同样也只需标定SLIO节点就能 传送一条CAN信

9、息。在接收端，SLIO具有只有该节点才有的标识 符，将自动应答内部 CAN控制器逻辑。例如，ID644被主节点送 至SLI0节点，如果信息已被校正接收，贝USLIO用ID645响应。 应答帧由SLIO寄存器的现状态和现值组成，这将对主控制器发送 的信息和SLIO的现状态作一次校核。此外，SLIO使用CAN中的 应答时隙（空位），只响应标定帧，不发送应答帧。 如果新的SLIO节点添加到SLIO CAN网络中，该新节点将 会按自身对主控制器的已知量，在8000位时间内至少能检测 3 个帧。这种检验新节点存在的信息，可能会对总线或某一监视帧 起到一些作用。新的SLIO将用一条有标记的信息应答主机，表

10、明 自己的存在，唯一的准则就是新的SLIO节点必须具有与现存的 CAN节点不同的标识符。 5.SLIO CAN的总线长度较CAN缩短了多少 由于SLIO CAN缺少石英振荡器的精度，所以 SLIO的内部位 计时逻辑是以最大的振荡器容限作为最佳选择条件，这就要求缩 短CAN系统的总线有效长度，作为抽样点的位时间必须尽量提前， 进而限制传输线上允许的传播延迟时间。总的说来，应该采用较 短的总线长度。表2对比了 SLI0 CAN与 CAN系统的总线长度，表 中所用的P82C15O和 P8XC592等8位单片机均由飞利浦半导体公 司制造。可看出SLIO CAN的总线长度较CAN系统缩短了数百甚至 数千

11、米。从另一个角度来看，SLIO CAN中两个外主节点间的最大 容许距离较短，但是，即使是最短的 80m相应的总线长度也足 以满足小型汽车的应用。 表2在SLIO CAN和CAN中两个外主节点之间的最大容许距离 位速率 （kbit/s ） P82C150 (SLIO CAN) P8XC592 PCA82C200 (CAN) 位速率 （kbit/s ） P82C150 (SLIO CAN) P8XC592 PCA82C200 (CAN) 125 80 m 530 m 50 300 m 1 300 m 100 120 m 620 m 20 850 m 3 300 m 6.SLIO CAN车身控制系统

12、的布局 SLIO CAN 技术应用于汽车车身控制系统一般可在40kbit/s 位速率下操作，该位速率大于表1中A级与B级66项传输速率之 和，需要增速时也可扩展至 125kbit/s。除了每隔3800位时间标 定恒定传输的消息外，所有的CAN传输都属于事件驱动（状态变 化）。总线负载是相当低的，通过使用CAN总线分析器，在改进的 系统申记录下的最大总线负载才6.4%，其中包括转向信号灯接 通、重复压按座椅位置开关和大灯远光开关。SLIO的标定帧总数 是总线负载的1.8%。SLIO CAN系统中的这种“附加开销”与智 能的CAN网络相比差别很大。 系统布局如图2所示。其中中央控制器P8XC592

13、是飞利浦公司 的产品，属8051系列，其基本性能如下:RAM256,ROM16k，引脚 68,I/O引脚48,全双工异步收发器 UART定时/计数器3,CAN总 线，10位A/D转换。其中最主要的性能特点是具有多机通信和网 络接口功能，即有控制器区城网 CAN总线接口 SL1OP82C1&0 J _双绞_CAN总线+12伏和捧地4 座椅位置开关 仪表板 )SL1OP82C150 LCD显示（器 GS|j 8XC59 SLIOP32C150 图2 SLIO CAN基本的车身控制系统 除了电动座椅和装在翼子板上的后视镜需作模 /数转换外，大 多数车身电控装置只需作数字通/断。另外，由于SLIO备有

14、内部 模-数转换器，将用数字记录电位差计的读数， 故操作速度会增加 些匕 、一二 O 7.SLIO CAN网络出了故障的“对抗措施” 就总线故障而论，SLIO CAN与智能的CAN节点有相同的结果。 一旦CAN总线出现故障，各自独立的节点不能再与它的主机或其 他节点相通信，在这种情况下，系统会按照预定义参数迸人低效 运行方式或缓复位。 由于SLIO物理寻址的能力，无大型软件辅助也能很容易地检 测出故障部位。监视计时器可以周期地检查所有节点的状况，确 保系统的完好性。一旦某个节点发生了故障，系统将采取妥当的 “对抗措施”。 SLIO CAN总线网络最大的特点之一是有较佳的灵活性相适应 性。在汽车

15、设计和改装中，并不需要过多地改变原车身的主要线 束，这对汽车制造厂和维修企业来说， 是很有吸引力的。由于SLIO CAN系统内的微控制器已作了定时和延迟，因此，不存在继电器 或定时器的磨损问题。高侧开关灵敏半导体装置作为电源转换， 这些装置与传统的熔断器相比，提供了更佳的回路保护，另外还 具有在零点儿秒之内检测各种开路或短路的能力。这些故障状况 可以反馈至中央控制器 P8XC592进一步对错误报警和采取妥当的 对抗措施。 对抗措施包括接通制动灯作为后转向信号灯发生故障时的 后备保险，或是接通后雾灯作为制动灯发生故障时的后备保险等。 SLIO曲N网络采取对抗措施形成的灯光混乱，实际上是中央 控制

16、器对故障报警和对回路补偿的安全措施之一。当与安全行车 有紧密关系的制动灯或转向灯电路发生短路或开路时，不是像传 统汽车那样以熄灯告终，而是让另外的某种灯发亮，对前方 或后方的人和车作出本车正在转弯或制动的补偿警示，以减 少行车事故。与此同时，警告驱动器驱动液晶显示器，提醒司机 尽快维修车辆。 至于网络出现故障后的维修思路与传统汽车不大相同， 由于不 存在维修继电器、定时器等，故需采用外接仪器进行诊断。SLIO CAN系统很容易将故障诊断仪连接到数据总线上获取全部信息， 也可补充使用数据登录器对汽车的非五常工况进行观测。另外， 与诊断软件有关的知识也能进一步增强对汽车故障的诊断能力。 8.何谓即插即用的SUI