一种基于SPI接口实现主控制器的CAN通道扩展的装置和方法与流程

本发明涉及一种用于混合动力汽车的整车控制器，尤其涉及一种基于SPI接口实现主控制器的CAN通道扩展的装置和方法。
背景技术：
：目前随着汽车装载的电子设备的增多，对通讯内容和速度日趋增加，对车辆的控制器用于CAN通讯的通道数量的需求有所增加。但是，现有技术中，动力总成控制器的主控制器一般为2路CAN通道，同时为提高安全性会使用1款从单片机作为监控单片机。而且，现有技术中的从单片机有可能不具备CAN通道，或者即使具备CAN通道，在整车控制器上也未使用该CAN通道，因此，无法满足整车的CAN通道数量的要求。技术实现要素：本发明目的是提供一种基于SPI接口实现主控制器的CAN通道扩展的装置和方法，其通过SPI总线和SPI协议将主控制器的CAN通道由2路增加为3路，由此使得本发明特别适用于混合动力车。本发明解决技术问题采用如下技术方案：一种基于SPI接口实现主控制器的CAN通道扩展的装置，其包括主控制器、从控制器和电平转换模块；所述主控制器包括CAN通道和SPI通道；所述从控制器通过SPI总线连接于所述主控制器，其中，所述从控制器包括CAN通道和SPI通道；所述电平转换模块信号连接于所述从控制器，以对所述从控制器输出的CAN信号转换为CAN总线电平，并且将CAN总线电平转换为从控制器电平。可选的，所述从控制器是型号为S9KEA64AMLH的单片机，其包括1路CAN通道和1路SPI通道；所述主控制器是型号为SH72531的单片机，其具有2路CAN通道和2路SPI通道。可选的，所述电平转换模块包括型号为PCA82C50的芯片；所述芯片的第1管脚连接于所述从控制器的第51管脚，所述芯片的第2管脚接地；所述芯片的第3管脚连接于VCC电源，并通过电容C179接地；所述芯片的第4管脚连接于所述从控制器的第52管脚，所述芯片的第6管脚和第7管脚分别通过元件LF3连接于CAN总线的CAN_L和CAN_H；所述CAN_H和CAN_L之间串联有电容C177和电容C180，所述电容C177和电容C180相互连接的一端接地；所述CAN_H和CAN_L之间串联有电阻R209和电阻R211，所述电阻R209和电阻R211连接的一端通过电容C178接地；所述CAN_H和CAN_L之间串联有两个瞬态电压抑制器；所述瞬态电压抑制器是型号为MMBZ33VALT1G的芯片，所述型号为MMBZ33VALT1G的芯片的第3管脚悬空，且所述两个瞬态电压抑制器相互连接的一端接地。可选的，所述从控制器的第26管脚信号连接于所述主控制器的NMI管脚，以通过所述从控制器中断所述主控制器，并使得所述主控制器复位；所述主控制器的I/O管脚信号连接于所述从控制器的63管脚，以在所述主控制器的控制下，使得所述从控制器复位。本发明解决技术问题还采用如下技术方案：一种基于SPI接口实现主控制器的CAN通道扩展的方法，其通过上述装置实现，其所述方法包括以下步骤：S10、主控制器对控制运行环境监测，将输出端使能打开；S15、从控制器进行检测，并对输出端使能保持关闭；S20、主控制器向从控制器发送工作请求信息；S25、主控制器如果没有从从控制器收到工作请求信息的应答信息，则每隔100毫秒，主控制器再次发送工作请求信息至从控制器；如果从控制器超过500毫秒没有给出应答，则复位主控制器和从控制器，并执行步骤S10；如果主控制器从从控制器收到工作请求信息的应答信息，此时从控制器初始化检查完毕，打开输出端使能并发送应答信息；S30、所述主控制器接收到从控制器的应答信息后，进行外设自检等操作；S35、主控制器将要发送的报文信息通过SPI接口传递给从控制器；S40、从控制器对所述报文信息进行处理，并将处理后的信息通过电平转换模块发送到CAN总线上；S45、主控制器对报文信息的发送状态进行收集整理；S50、从控制器将从CAN总线上接收的报文信息通过SPI接口发送至主控制器；S55、主控制器对其接收的报文信息进行处理，并执行相应的控制动作。本发明具有如下有益效果：本发明主要是在传统动力总成平台上对CAN通道进行了扩展，既压缩了成本，还因为高可靠算法而提高了安全性，并通过SPI和CAN之间的信息转换，并用软件算法保证有效数据不丢失，压缩数据后使主控制器的一部分负荷转移到同是32位的从控制器中，而从控制器48M的运行速度保证了负荷在系统安全允许范围内。附图说明图1为本发明的电平转换模块的电路结构示意图；图2为本发明的基于SPI接口实现主控制器的CAN通道扩展的装置结构示意图；具体实施方式下面结合实施例及附图对本发明的技术方案作进一步阐述。实施例1本实施例提供了一种基于SPI接口实现主控制器的CAN通道扩展的装置，其包括主控制器、从控制器和电平转换模块：所述主控制器采用瑞萨SH72531的单片机，该主控制器具有2路CAN通道(即两个CAN模块)和2路SPI通道(即两个SPI模块)。所述从控制器通过SPI接口(SPI总线)连接于所述主控制器，以通过主控制器监控从控制器的运行状态，本实施例中，所述从控制器采用型号为S9KEA64AMLH的单片机，其包括1路CAN通道(即一个CAN模块)和1路SPI通道(即一个CAN模块)。本实施例中，所述主控制器通过SPI接口将需要发送的数据发送给从控制器，从控制器通过其自身的CAN通道和电平转换模块将数据发送到CAN总线，同时还可以将从CAN总线采集的数据通过电平转换模块转换为合适的电平后，通过从控制器的SPI接口传递至主控制器，并由此将主控器的2路CAN通道扩展为3路CAN通道，使得本实施例的装置特别适用于混合动力车的整车控制器的设计与实现。所述电平转换模块信号连接于所述从控制器，以对所述从控制器输出的数据(CAN信号)转换为CAN总线电平，并且将CAN总线电平(2.5V)转换为从控制器电平，以将CAN信号(数据)输入到从控制器中，也就是说，所述从控制器通过所述电平转换模块与CAN总线进行通讯；本实施例中，所述从控制器还用于监控主控制器运行状态，监控刹车信号、供电电压和电瓶电压等，以控制驱动元件和主控制器，并将CAN总线的CAN信号处理为SPI信号。通过上述结构可以看出，本实施例中，所述主控制器和从控制器之间互相监控，并且主控制器和从控制器之间通过SPI接口实现CAN通讯数据的传递，从而在从控制器具备CAN通道的前提下，增加了主控制器的CAN通道数量。本实施例中，所述电平转换模块包括型号为PCA82C50的芯片，该芯片的第1管脚连接于所述从控制器的第51管脚，该芯片的第2管脚接地；所述芯片的第3管脚连接于+VCC电源(+5V)，并通过电容C179接地；所述芯片的第4管脚连接于所述从控制器的第52管脚，所述芯片的第6管脚和第7管脚分别通过元件LF3连接于CAN总线的CAN_L和CAN_H,元件LF3是共模扼流圈，如：TDK公司的ACT45B-510-2P-TL,主要是扼制共模干扰。本实施例中，所述CAN_H和CAN_L之间串联有电容C177和电容C180，而且，所述电容C177和电容C180相互连接的一端接地；同时，所述CAN_H和CAN_L之间串联有电阻R209和电阻R211，而且所述电阻R209和电阻R211连接的一端通过电容C178接地；所述CAN_H和CAN_L之间串联有两个瞬态电压抑制器；本实施例中，所述瞬态电压抑制器是型号为MMBZ33VALT1G的芯片，所述型号为MMBZ33VALT1G的芯片的第3管脚悬空，且所述两个瞬态电压抑制器相互连接的一端接地。所述从控制器的第26管脚信号连接于所述主控制器的NMI管脚，以通过所述从控制器中断所述主控制器，并使得所述主控制器复位；所述主控制器的I/O管脚信号连接于所述从控制器的63管脚，以在所述主控制器的控制下，使得所述从控制器复位。实施例2本实施例提供了一种基于SPI接口实现主控制器的CAN通道扩展的方法，其采用实施例1中的基于SPI接口实现主控制器的CAN通道扩展的装置实现，具体地，所述方法包括以下步骤：S10、主控制器对控制运行环境监测，将输出端使能打开；S15、从控制器进行检测，并对输出端使能保持关闭；S20、主控制器向从控制器发送工作请求信息；S25、主控制器如果没有从从控制器收到工作请求信息的应答信息，则每隔100毫秒，主控制器再次发送工作请求信息至从控制器；如果从控制器超过500毫秒没有给出应答，则复位主控制器和从控制器，并执行步骤S10；如果主控制器从从控制器收到工作请求信息的应答信息，此时从控制器初始化检查完毕，打开输出端使能并发送应答信息；S30、所述主控制器接收到从控制器的应答信息后，进行外设自检等操作；S35、主控制器将要发送的报文信息通过SPI接口传递给从控制器；S40、从控制器对所述报文信息进行处理，并将处理后的信息通过电平转换模块发送到CAN总线上；S45、主控制器对报文信息的发送状态进行收集整理；S50、从控制器将从CAN总线上接收的报文信息通过SPI接口发送至主控制器；S55、主控制器对其接收的报文信息进行处理，并执行相应的控制动作。本实施例中，例如，所述主控制器可以根据该信息判断系统需要下电，从而命令从控制器进入初始化状态。当从控制器进入初始化状态，停止从控制器的工作并保持控制器输出端使能关闭。通过上述步骤可以看出，本实施例中，主控制器通过校验从控制器的逻辑对从控制器的运行状态进行监控，同时监控供电电压，以作出相应动作如复位从控制器和驱动等来保证系统的安全性。本实施例中，所述主控制器对从控制器的校验通过IO及SPI协议进行，在协议中定义主控制器和从控制器的应答逻辑，以保证主控制器和从控制器运行正常，从而实现高安全性监控及校验方案。而且，所述主控制器所发送的报文信息包括校验逻辑和CAN信息，本实施例中，SPI协议的通信包含片选CS、时钟线SCLK、主出从入MOSI和主入从出MISO四根线，从而实现CAN信息转换为SPI信息，通信转换方案简单可靠成本低。从控制器对CAN总线上的CAN信息、通过主控制器发送的SPI信息和校验信息进行数据压缩和校验，去除冗余信息，从而减少了信息量，降低了主控制器的运行负荷，提高了系统安全性，从而实现低负荷数据压缩方案。可见，本实施例主要是在传统动力总成平台上对CAN通道进行了扩展，既压缩了成本，还因为高可靠算法而提高了安全性，并通过SPI和CAN之间的信息转换，并用软件算法保证有效数据不丢失，压缩数据后使主控制器的一部分负荷转移到同是32位的从控制器中，而从控制器48M的运行速度保证了负荷在系统安全允许范围内。所述从控制器和主控制器的SPI通讯为10毫秒为一个周期，通讯的第一个字节为本周期的数据长度，最后一个字节表示本周期通讯结束，其通讯协议如表一所示：表一：SPI通讯协议同时，为降低主控制器和从控制器之间的数据传递，可以在数据传输时采用数据压缩。在主控制器和从控制器的软件中，将发送的报文ID、数据等信息制作成数据库，通讯时报文ID用4位bit即0～15的数表示要发送的报文ID，如表二所示。表2，CAN信息报文格式说明报文ID校验码报文Bit1～45～89～72长度440～64数值0～F0～F[0～256,…,0～256]主控制器和从控制器之间的SPI通讯信息具备每个字节的校验、每条通讯报文的校验、每10毫秒周期内的信息校验；通过这些对数据的校验确保通讯信息的准确。当主控制器和从控制器认为信息异常时，会在第二个周期发送报文补发请求，由对方分析判断是否需要进行补发。当长时间出现无应答信号，或信号校验不通过时，从控制器对外部驱动进行关闭，主控制器会对系统进行复位，并记录复位次数。当主控制器记录相同故障的连续复位次数超过规定次数，主控制器保持通讯并不再进行复位。以上实施例的先后顺序仅为便于描述，不代表实施例的优劣。最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。当前第1页1 2 3