摘  要： 隨著CAN/LIN網絡在汽車車身控制系統中廣泛的應用，為了滿足國產汽車車身控制總線的迫切需求，設計了一種基于CAN/LIN總線的整車管理系統的硬件方案。方案完成了CAN/LIN網關接口驅動電路設計及CAN/LIN網關的硬件電路設計。對車身網絡控制節點軟件進行了設計，該車身網絡控制系統在網絡通信中充分實現了數據共享。
關鍵詞： 總線協議；CAN/LIN網關；接口電路

　　隨著汽車工業的發展，消費者和政府相關部門對于安全、舒適、節能、環保等方面的需求促使電子控制單元和系統廣泛地應用在汽車中，而汽車也隨之日益向電子化、智能化方向發展[1]。但是日益增多的電子系統也帶來了新的問題，越來越多的電子控制單元與傳感器必然會需要越來越多的連線，除了增加成本、增加車身自重，更重要的是給布線帶來了巨大的困難，同時還增加了安全隱患，降低了整車可靠性。因此，提高電控單元間互相通信性能和降低導線成本已成為迫切需要解決的問題。  
    目前，車內的電子控制系統主要由CAN/LIN網絡組成，發展中的汽車網絡技術還有高速容錯網絡FlexRay、用于多媒體和導航的MOST，以及藍牙、無線局域網等無線網絡技術。LIN是一種輔助的總線網絡，在不需要CAN總線的場合使用LIN總線可大大降低系統成本。汽車大量應用電子技術提高汽車性能水平已是不爭的事實，CAN總線的應用也被人們所認同，而CAN、LIN混合網絡的應用也將使汽車網絡的可靠性能和經濟性得到很大提高[1]。
1  CAN/LIN總線概述
1.1  CAN總線協議
　　CAN(Controller Area Network)總線是一種有效支持分布式控制和實時控制的串行通信網絡，目前已經在國外汽車的電器網絡中得到了廣泛的應用。CAN總線采用了許多新技術及獨特的設計，與一般的通信總線相比，CAN總線的數據通信具有突出的可靠性、實時性和靈活性。CAN總線是目前唯一有國際標準的現場總線，它為多主方式工作，網絡上任一節點均可在任意時刻主動地向網絡上其他節點發送信息，而不分主從；在報文標識符上，CAN上的節點分成不同的的優先級，可滿足不同的實時要求，優先級高的數據最多可在134 μs內得到傳輸；CAN總線采用非破壞總線仲裁技術；CAN節點只需要通過對報文的標識符濾波即可實現點對點、1點對多點及全局廣播等幾種方式傳送接收數據；CAN的直接通信距離最遠可達10 km(速率在5 Kb/s以下)，通信速率最高可達1 Mb/s(此時通信距離最長為40 m)；報文采用短幀結構，傳輸時間短，受干擾概率低，保證了數據出錯率極低；CAN的每幀信息都有CRC校驗及其他檢錯措施，具有極好的檢錯效果；CAN總線的通信介質可為雙絞線、同軸電纜或光纖，選擇靈活；CAN節點在錯誤嚴重的情況下具有自動關閉輸出功能，以使總線上其他節點的操作不受影響[1-2]。

1.2 LIN總線協議
　　LIN是由BMW、AUDI等7家公司聯合發起的1個專門用于汽車控制網絡的低成本的串行通信協議。LIN總線是一種輔助的總線網絡，在不需要CAN總線的帶寬和多功能場合，如智能傳感器和抽動裝置之間的通信，使用LIN總線可大大節省成本。LIN總線為單主節點/多從節點模式，即沒有總線仲裁；能保證信號傳輸的延遲時間；它是帶時間同步的多點廣播接收，從節點無需石英或陶瓷諧振器；基于UART接口，幾乎所有的單片機都具備LIN必需的硬件；極少的信號線即可實現國際標準ISO9141規定；不需要改變LIN從節點的硬件和軟件就可以在網上增加節點；通常1個LIN網絡上節點數目小于12個，共有64個標志符。每個報文幀包括報頭和響應兩部分，報頭由主節點發送，內有同步間歇信號、同步字段信號和標識字段信號；而響應部分可能由主節點或者從節點發送，包含報文長度1~8個字節的有效載荷和1個校驗字節。對于從節點，它需要檢測報頭數據，并根據報頭內容決定是否接收后續數據內容或者發送數據到總線上[1]。

2 網關硬件實現
　　1個車身控制網絡有很多CAN和LIN節點，如天窗、雨刮、座椅、車燈及組合開關等，這些模塊節點可通過網關實現數據的相互通信。圖1為網關的結構拓撲圖，CAN節點信號通過CAN驅動接口傳送到MCU，并經MCU處理后把CAN信號轉換成LIN信號，通過LIN驅動接口把信號發送到LIN總線，控制相應的LIN模塊動作；同樣的LIN信號經MCU后可轉換為CAN信號，實現相應控制功能。

2.1 中央控制器電路實現
　　中央控制模塊的核心是80C51單片機，在CAN通信接口中CAN控制器選用SAJ1000，如圖2所示。微處理器負責SJA1000的初始化，并負責整個網關的監控任務及CAN總線與LIN總線的通信任務。SJA1000是一種獨立的CAN控制器，主要用于移動目標和一般工業環境中的區域網絡控制，它是Philips半導體公司PCA82C200 CAN 控制器的替代產品，而且還增加了1種新的操作模式—PeliCAN，這種模式支持CAN2.0B協議。在邊線上，SAJ1000的AD0～AD7連接到80C51的P0口，CS連接到80C51的P2.7口。P2.7為0時，CPU片外存儲器地址可選中SJA1000，CPU通過這些地址可對SJA1000執行相應的讀/寫操作。SJA1000的RD、WR、ALE分別與80C51單片機的對應引腳相連。INT引腳接80C51單片機的INT0，可通過中斷方式訪問SJA1000。80C51單片機的10和11管腳連到LIN接口電路，實現與LIN總線的通信[3]。

2.2 CAN接口驅動電路
　　CAN控制器和系統物理總線之間的接口采用Philips公司的CAN收發器TJA1050，它具有對CAN總線的差動發送和接收功能。TJA1050總線收發器與ISO11898標準完全兼容，優化了CANH與CANL之間的耦合，因此大大降低了信號的電磁輻射，具有強電磁干擾下寬共模范圍的輸送接收能力，適用于汽車和工業應用[2]。為了增強CAN通信的可靠性，CAN總線網絡的2個端點通常均接有抑制反射的終端匹配電阻，如圖3所示。匹配電阻連接在CAN-H和CAN-L之間，終端匹配電阻的大小由傳輸電纜的特性阻抗所決定。例如雙絞線的特性阻抗為120 Ω，則總線上的2個端點應集成120 Ω終端電阻。

2.3 LIN接口驅動電路
　　LIN總線接口驅動電路如圖4所示。TJA1020是1個物理媒體連接，它是LIN主機/從機協議控制器和LIN傳輸媒體之間的接口，通過在LIN和BAT引腳之間串聯反向電流二極管和電阻實現主機應用，如圖4所示。協議控制器輸入引腳TXD的發送數據流被LIN收發器轉換為總線信號，而且電平翻轉速率和波形都受到限制，以減少電磁輻射。TJ1020的接收器檢測到LIN總線上的數據流并通過RXD引腳將它傳送到協議控制器。收發器有低功耗管理模式，它在睡眠模式中幾乎不消耗電流，并在錯誤模式中減少功率消耗[4]。

3 系統軟件實現
　　CAN/LIN網關軟件主要實現CAN與LIN總線之間的協議轉換，即將接收到的CAN格式報文用LIN協議進行封裝并發送到相應的控制節點，同時把接收到的LIN格式的報文用CAN協議進行封裝并發送到相應節點及車身BCM模塊等完成相應的動作，從而實現CAN與LIN節點的一致、透明通信傳輸[4]。

　　為了實現上述通信任務，其軟件設計主要包括以下幾個部分：主監控程序、CAN和LIN接口芯片的初始化、CAN報文的接收和發送及LIN報文的接收和發送。主監控程序負責對CAN和LIN報文的接收緩沖區進行監視，若某一路緩沖區非空，則向另一路轉發。程序開始時即進入程序初始化，進入初始化程序有3種方式:硬件復位、軟件復位、上電復位。初始化程序對所有的報文對象進行初始化操作。初始化后，中央控制器采取查詢與中斷方式監控整個系統，實現報文協議轉換、接收與發送。

　　基于CAN/LIN網關的汽車CAN、LIN混合網絡，不僅可以有效地降低汽車整車成本，而且可減小總線的使用率，并可實現整個網絡數據通信的一致性、透明性。隨著汽車電子技術的網絡化發展趨勢，低成本的CAN/LIN混合網絡將會得到越來越廣泛的應用。
參考文獻
[1] 南金瑞，劉波瀾.汽車單片機及車載總線技術[M].北京：北京理工大學出版社，2007.
[2] 饒運濤，鄒繼軍.現場總線CAN原理與應用技術[M].北京：北京航空航天大學出版社，2007.
[3] 鄧志華.車載網絡CAN和 LIN互連技術的研究[J].計算機應用，2006(1)：44-46.
[4] 崔俊峰.車射混合網絡中CAN/LIN網關的設計與實現[J].微計算機信息，2006，22(2-3)：201-204.