专利名称：一种汽车电子信息集成控制系统中的can/can智能网桥的制作方法
技术领域：
本发明属于一种智能网桥，尤其是一种汽车电子信息集成控制系统中的CAN/CAN智能网桥。
背景技术：
电子技术的迅速发展及其在汽车上的广泛应用使得汽车的电子化程度越来越高，特别是以微控制器为核心的ECU(ElectronicControl Unit，电子控制单元)进入汽车领域后，给汽车带来了划时代的变化。随着人们对汽车动力性和舒适性要求的提高，汽车电子控制单元和电子控制装置也在不断增加，传统的点对点通讯方式已经满足不了汽车分布式实时控制的需要。由于电子设备的不断增加而导致的导线数量的几何式增长，也使得在有限车内空间布线越来越困难，限制了汽车内部控制功能的扩展，对汽车内部电子单元的维修也越发复杂。另一方面，汽车ECU并不是仅仅与负载设备简单地连接在一起，更多的是与外围设备及其它ECU进行信息交流，并经过复杂的控制决策运算，发出控制指令。为了提高信号的利用率，要求大批数据信息在不同的汽车ECU之间进行交换和共享，而传统的线束已经远远不能满足这种实时通讯的要求。采用车载网络技术实现汽车电子信息的集成控制使得对汽车各ECU的实时控制成为可能，解决了上述制约汽车控制技术发展的瓶颈问题。所谓汽车电子信息集成控制，指的是在汽车电子控制技术、车载网络技术、智能控制技术、嵌入式技术和传感器技术等支撑技术的支持下，以汽车为控制对象，以车载总线为信息通道，以特定控制功能为目标，将各汽车ECU构建成一个电子信息集成控制的网络控制系统，实现汽车各ECU的信息共享和关联实时控制，以达到整体提高汽车安全性、舒适性，减少对驾驶员技术依赖度的目的。汽车电子信息集成控制应用于具体对象时就构成了特定的汽车电子信息集成控制系统。
在多种车载网络技术中，CAN(Controller Area Network，控制器局域网)以其良好的运行特性，即高的可靠性和独特的设计，特别适合现代汽车各ECU间的互联通信。CAN是由德国BOSCH公司为解决现代汽车中各ECU间的数据交换而开发的一种数据通信协议，按照ISO有关标准，其拓扑结构为总线式，因此也称为CAN总线。在轿车方面，我国引进技术生产的BORA、AUDI、POLO、PASSAT、赛纳、FIATPALIO、FIAT SIENA、哈飞赛马等都不同程度地使用了CAN技术。随着现代电子技术的高速发展，现代客车上也逐渐采用了先进的电子控制技术和车载网络技术。在汽车电子信息集成控制系统中，由于实时性的要求，一般不会将所有的ECU都连接在同一个CAN总线上，因此将整个车载网络划分成若干个子网，如动力总成控制子网和车身控制子网，动力总成控制子网连接的ECU有发动机电子控制系统EEC、自动变速箱控制系统ETC、防抱死制动系统ABS和驱动防滑系统ASR等；车身控制子网连接的ECU有车身前控系统、车身后控系统、仪表系统、空调系统等。两个CAN子网之间需要一种装置能够对不同子网间的共享信息进行转发。同时，随着人们对汽车驾驶安全性、乘坐舒适性和便捷性、防止驾驶误操作等要求的提高，要求汽车电子信息集成控制系统具有针对特定事件的各ECU智能协同控制功能。
中国专利公开号CN 1716862，
公开日2006年1月4日，发明创造的名称为CAN中继器，该申请案公开了一种旨在提高CAN通讯距离、增加CAN节点数的CAN中继器，包括2个CAN收发器、2个光电隔离器和2个终端电阻。中国专利公开号CN 1417980A，
公开日2003年5月14日，发明创造的名称为车用控制器局域网智能网关装置，该申请案公开了一种车用控制器局域网智能网关装置，包括CAN总线接口、以太网接口、无线网络接口、数据备份模块、微控制器智能化总线、其他总线接口、汽车控制单元、语音和显示接口、实时数据分析模块。以上文件的不足之处是没有涉及不同通信速率的报文信息过滤、转发和系统的智能控制。
发明内容
本发明的目的是提供一种实现高速CAN子网和低速CAN子网之间信息共享，并基于特定事件和控制规则，完成整车智能控制的汽车电子信息集成控制系统中的CAN/CAN智能网桥，以克服现有汽车电子控制技术的不足。
为了实现上述目的，本发明包括微控制器、光电耦合器、CAN收发器、CAN接口和支持电路，其特点是还配备四个CAN接口，其中，有两个CAN接口分别连接一个高速CAN子网和一个低速CAN子网，实现不同子网间报文信息的过滤、转发；另外两个CAN接口也分别连接相同的高速CAN子网和低速CAN子网，接收来自两个子网中的与控制规则相关的报文信息，基于特定事件，通过微控制器的判断处理形成控制规则，实现各ECU的智能协同控制。
所述的微控制器采用32位ARM微控制器，CAN收发器采用CAN高速收发器，CAN收发器通过光电耦合器与微控制器连接，支持电路由电源电路、振荡电路，复位电路构成，CAN接口通过串行接口连接CAN收发器的CANL和CANH引脚。
所述的ARM微控制器采用32位ARM微控制器LPC2194；CAN收发器采用CAN高速收发器TJA1050；电源电路由二极管整流、RC滤波、78M05和SPX1ll7M3-1.8/3.3稳压芯片构成；振荡电路由11.0592MHz晶振构成；复位电路由MAX708SD和74HC125芯片构成；CAN接口通过RS232接口的2针和7针分别连接CAN收发器TJA1050的CANL和CANH引脚。
由于本发明集成了报文转发和智能控制功能，使得本发明的有益效果是(1)实现信息在不同CAN子网的ECU之间共享；(2)控制规则的引入增强了汽车电子信息集成控制系统各ECU的智能协同控制能力，减轻了驾驶员劳动强度，减少了误操作概率；(3)提高汽车安全性、舒适性和环保性。
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明与汽车电子信息集成控制系统各ECU的连接图。
图3为本发明的电源电路。
图4为本发明的LPC2194 CAN控制器的初始化流程图。
图5为本发明的CAN数据转发的监控程序流程图。
图6为本发明的开车门控制策略工作流程图。
具体实施例方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述。
本发明是一个以ARM微控制器LPC2194为核心的软硬件系统(见图1)。LPC2194内部集成4个CAN控制器，其中CANH_1和CANL_1两个CAN控制器完成不同CAN子网的报文过滤和转发功能，是本发明的报文转发模块；CANH_2和CANL_2两个CAN控制器完成执行控制规则的功能，是本发明的智能控制模块。对于CAN的接口电路部分，本发明采用了PHILIPS公司的TJA1050高速CAN总线收发器作为CAN总线的物理层接口芯片，采用LPC2194内含的CAN数据链路层协议控制器作为CAN控制器。为了避免车内的电磁干扰，微控制器LPC2194与TJA1050之间采用光电耦合器连接。
本发明有四个CAN接口(见图2)，其中，有两个CAN接口作为不同子网报文信息过滤、转发接口使用，分别连接至高速CAN子网和低速CAN子网；另外两个CAN接口作为智能控制信息接口使用，也分别连接至高速CAN子网和低速CAN子网。虽然数据转发和智能控制的CAN接口连接在同一总线上，但二者却采用不同的CAN接口，这是因为两者工作时需要的CAN数据信息是不同的。通过CAN/CAN智能网桥装置转发的是高速CAN子网和低速CAN子网之间需要共享的信息，而这些信息并不一定是实现智能控制功能所需的；反之亦然。除CAN/CAN智能网桥外，高速CAN子网连接的ECU还有发动机电子控制系统EEC、自动变速箱控制系统ETC、防抱死制动系统ABS、驱动防滑系统ASR和电磁缓速制动系统ECR等；除CAN/CAN智能网桥装置外，低速CAN子网连接的ECU还有车身前控系统、车身后控系统、仪表系统、行驶记录仪、空调系统、车身集中控制器等。高速CAN和低速CAN的传输速率是不同的，高速CAN的传输速率为250kbps以上，以满足与行驶安全相关信息的高实时性要求；低速CAN的传输速率为125kbps以下，以增加通信传输距离，提高抗干扰能力。本发明具有实现不同传输速率的CAN子网连接、不同CAN子网的报文过滤和转发，以及产生和执行控制规则的功能。
本发明的电源电路由车载电源24V通过CZ1接口进入后连接二极管D1(见图3)，整流后连接稳压芯片78M05的Vin引脚，电容器C1、C2、C3、C4构成RC滤波电容，Vout引脚输出稳压后的电压5V；将产生的5V电压分别通过稳压芯片输出1.8V和3.3V供微控制器使用。由11.0592MHz晶振构成振荡电路；由MAX708SD和74HC125芯片构成复位电路。
在图4中，CAN控制器正常工作之前，需要对CAN控制器进行初始化，首先需要将微控制器的相关管脚功能选择为CAN，接着使能CAN并进入复位模式，进入复位模式后配置CANBTR设置波特率，并设置发送接收中断入口、优先级及中断使能，同时配置全局验收过滤器LUT表，最后退出复位模式进入正常模式，初始化完成后CAN控制器才能正常工作。
本发明的功能之一是实现两条CAN总线之间的数据的过滤及转发，由于控制网络中对通讯的实时性的要求，在进行软件设计时要做到数据存储和转发的时间尽可能短。为了达到这一要求，本发明中数据的接收采用向量中断(IRQ)方式。由于高速CAN的数据通讯量明显高于低速CAN，因此将连接高速CAN的CANH_1接收优先级设置为最高，而连接低速CAN的CANL_1接收优先级次之。同时尽量精简中断服务程序，使系统的响应时间尽量短。对应两路CAN设置了两个FIFO的环形接收缓冲区，由于CANH_1的数据通讯量要高，因此CANH_1的FIFO环形接收缓冲区比CANL_1的大，这样更适合实际情况。FIFO环形接收缓冲区中设置一个发送指针、一个接收指针和当前数据帧数frameCount，当frameCount为0时表明FIFO环形接收缓冲区是空的。接收中断服务程序将接收到的数据放入FIFO环形接收缓冲区中并且修改接收指针和当前数据帧数frameCount。
在图5中，主监控程序负责监控两个CAN控制器的FIFO环形接收缓冲区中是否有数据，如果其中一个CAN控制器的FIFO环形接收缓冲区中有数据则向另一个CAN控制器发送数据。主监控程序不断查询两个CAN控制器的FIFO环形接收缓冲区中的当前数据帧数frameCount标志，如果非零立即向另一路发送数据，并且在子程序CANH_1SendToCANL_1()和CANL_1SendToCANH_1()中修改发送指针和当前数据帧数。
本发明中的智能控制模块存储了一系列控制规则，每一条控制规则视其复杂程度由一个或多个功能函数实现。当特定事件发生时，触发相应的控制规则，调用功能函数，并控制执行装置动作。汽车电子信息集成控制系统中加入控制规则后，将改变传统汽车控制中从控制命令发出方直接流向接收方的信息流向，控制命令和状态信息首先将到达CAN/CAN智能网桥的智能控制模块，然后由智能控制模块调用相应的控制规则以决定是否和如何执行该命令(即将命令再发送给接收方)。在图6中，行车过程中为了保证乘客的安全，要求必须将车停稳，即车速为0时，开车门才是有效的。
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
权利要求
1.一种汽车电子信息集成控制系统中的CAN/CAN智能网桥，包括微控制器、光电耦合器、CAN收发器、CAN接口和支持电路，其特征在于还配备四个CAN接口，其中，有两个CAN接口分别连接一个高速CAN子网和一个低速CAN子网，实现不同子网间报文信息的过滤、转发；另外两个CAN接口也分别连接相同的高速CAN子网和低速CAN子网，接收来自两个子网中的与控制规则相关的报文信息，基于特定事件，通过微控制器的判断处理形成控制规则，实现各ECU的智能协同控制。
2.如权利要求1所述的汽车电子信息集成控制系统中的CAN/CAN智能网桥，其特征在于微控制器采用32位ARM微控制器，CAN收发器采用CAN高速收发器，CAN收发器通过光电耦合器与微控制器连接，支持电路由电源电路、振荡电路，复位电路构成，CAN接口通过串行接口连接CAN收发器的CANL和CANH引脚。
3.如权利要求1所述的汽车电子信息集成控制系统中的CAN/CAN智能网桥，其特征在于微控制器采用32位ARM微控制器LPC2194；CAN收发器采用CAN高速收发器TJA1050；电源电路由二极管整流、RC滤波、78M05和SPX1117M3-1.8/3.3稳压芯片构成；振荡电路由11.0592MHz晶振构成；复位电路由MAX708SD和74HC125芯片构成；CAN接口通过RS232接口的2针和7针分别连接CAN收发器TJA1050的CANL和CANH引脚。
全文摘要
本发明涉及了一种汽车电子信息集成控制系统中的CAN/CAN智能网桥，包括微控制器、光电耦合器、CAN收发器、CAN接口和支持电路，其特点是还配备四个CAN接口，其中，有两个CAN接口分别连接一个高速CAN子网和一个低速CAN子网，实现不同子网间报文信息的过滤、转发；另外两个CAN接口也分别连接相同的高速CAN子网和低速CAN子网，接收来自两个子网中的与控制规则相关的报文信息，基于特定事件，通过微控制器的判断处理形成控制规则，实现各ECU的智能协同控制。本发明的有益效果是(1)实现信息在不同CAN子网的ECU之间共享；(2)增强了汽车电子信息集成控制系统各ECU的智能协同控制能力；(3)提高汽车安全性、舒适性和环保性。
文档编号H04L12/28GK101026527SQ20071005138
公开日2007年8月29日 申请日期2007年1月26日 优先权日2007年1月26日
发明者李刚炎, 胡剑, 周建华, 于翔鹏 申请人:武汉理工大学