0 引言
　　控制局域網(wǎng)CAN （controllerareanetwork）是上應(yīng)用zui廣泛的現(xiàn)場總線之一，是德國Bosch公司為解決現(xiàn)代汽車中眾多的控制與測試儀器之間的數(shù)據(jù)交換而開發(fā)的一種通訊協(xié)議，它作為汽車環(huán)境中的微控制器通訊，在車載各電子控制裝置ECU之間交換信息，形成汽車電子控制網(wǎng)絡(luò)。比如：發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)、變速箱控制器、儀表裝備、電子主干系統(tǒng)中，均嵌入CAN控制裝置。CAN是一種多主方式的串行通訊總線，基本設(shè)計規(guī)范要求有高的位速率，高抗電磁干擾性，而且能夠檢測出產(chǎn)生的任何錯誤。當(dāng)信號傳輸距離達(dá)到10Km時，CAN仍可提供高達(dá)50 kbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率。它是一種有效支持分布式控制或?qū)崟r控制的串行通訊網(wǎng)絡(luò)。CAN的應(yīng)用范圍遍及從高速網(wǎng)絡(luò)到低成本的多線路網(wǎng)絡(luò)。在自動化電子領(lǐng)域的汽車發(fā)動機(jī)控制部件、傳感器、抗滑系統(tǒng)等應(yīng)用中，CAN的位速率可高達(dá)1 Mbps。CAN網(wǎng)絡(luò)具有反映快,可靠度高的特性，應(yīng)用于要求實(shí)時處理的場合，例如汽車剎車防鎖死系統(tǒng)安全氣囊等。今天此項(xiàng)通信協(xié)議已得到廣泛應(yīng)用，成為現(xiàn)代汽車設(shè)計中必須采用的裝置，奔馳、寶馬、大眾、沃爾沃及雷諾汽車都將CAN作為控制器聯(lián)網(wǎng)的手段。
1 CAN總線的特點(diǎn)及通訊協(xié)議
　　1.1 CAN總線的特點(diǎn)
　　CAN總線是一種有效支持分布式控制或?qū)崟r控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)。其通訊介質(zhì)可以是雙絞線、同軸電纜或光纖。在汽車發(fā)動機(jī)控制部件、傳感器等應(yīng)用中，總線的位速率zui大可達(dá)1Mbit/s。CAN總線具有以下主要特性：
　　a. 無破壞性的基于優(yōu)先權(quán)競爭的總線仲裁
　　b. 可借助接收濾波的多地址幀傳送
　　c. 具有錯誤檢測與出錯幀自動重發(fā)功能
　　d. 數(shù)據(jù)傳送方式可分為數(shù)據(jù)廣播式和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)請求式
　　1.2 CAN總線幀格式[1]
　　CAN總線通信協(xié)議包括CAN2.0A和CAN2.0B兩種，它們的幀格式如下：
　　（1）CAN2.0A通信協(xié)議規(guī)定了4種不同的幀格式：
　　數(shù)據(jù)幀 用于節(jié)點(diǎn)間傳遞數(shù)據(jù)，是網(wǎng)絡(luò)信息的主體，其幀格式依次包括： 幀起始、仲裁場、控制場、數(shù)據(jù)場、CRC場、ACK場和幀結(jié)束。其中數(shù)據(jù)段長度可編程0～8個字節(jié)。
　　遠(yuǎn)程幀 由在線單元發(fā)送，用于請求發(fā)送具有相同標(biāo)識符的數(shù)據(jù)幀，其幀格式與數(shù)據(jù)幀基本相同，但沒有數(shù)據(jù)場。]
　　出錯幀 出錯幀是檢測總線出錯的一個信號標(biāo)志，由兩個不同的場構(gòu)成。*個場由來自不同節(jié)點(diǎn)的錯誤標(biāo)志疊加，第二個場為錯誤界定符。CAN協(xié)議采用CRC檢驗(yàn)并可提供相應(yīng)的錯誤處理功能，保證數(shù)據(jù)通訊的可靠性。
　　超載幀 由超載標(biāo)識和超載界定符組成，表明邏輯鏈路控制層要求的內(nèi)部超載狀態(tài)，并將由媒體訪問控制層的一些出錯條件而被啟動發(fā)送。用于擴(kuò)展幀序列的延遲時間。
　　（2）CAN2.0B通信協(xié)議分為兩種幀格式：
　　① 標(biāo)準(zhǔn)幀
　　標(biāo)準(zhǔn)幀信息為11個字節(jié)，包括兩部分：信息和數(shù)據(jù)部分。前3個字節(jié)為信息部分。
　　<1>字節(jié)1為幀信息。第7位（FF）表示幀格式，在標(biāo)準(zhǔn)幀中，F(xiàn)F=0;第6位（RTR） 表示幀的類型，RTR=0表示為數(shù)據(jù)幀，RTR=1表示為遠(yuǎn)程幀;DLC表示在數(shù)據(jù)幀時實(shí)際的數(shù)據(jù)長度。
　　<2>字節(jié)2、3為報文識別碼，11位有效。
　　<3>字節(jié)4～11為數(shù)據(jù)幀的實(shí)際數(shù)據(jù)，遠(yuǎn)程幀時無效。
　　② 擴(kuò)展幀
　　<1>擴(kuò)展幀信息為13個字節(jié)，包括兩部分，信息和數(shù)據(jù)部分。前5個字節(jié)為信息部分。字節(jié)1為幀信息。第7位（FF）表示幀格式，在擴(kuò)展幀中，F(xiàn)F = 1;第6位（RTR）表示幀的類型，RTR=0表示為數(shù)據(jù)幀，RTR=1表示為遠(yuǎn)程幀;DLC表示在數(shù)據(jù)幀時實(shí)際的數(shù)據(jù)長度。
　　<2>字節(jié)2～5為報文識別碼，其高29位有效。
　　<3>字節(jié)6～13為數(shù)據(jù)幀的實(shí)際數(shù)據(jù)，遠(yuǎn)程幀時無效。
2 系統(tǒng)總體方案設(shè)計
　　該系統(tǒng)以摩托羅拉16位單片機(jī)MC9S12DP256為*控制器，并含有CAN通信模塊、LIN通信模塊、數(shù)據(jù)采集模塊及數(shù)據(jù)存儲模塊等。發(fā)動機(jī)及底盤部分通過CAN總線與*控制器相連，儀表板部分及車身模塊通過LIN總線與*控制器相連，本文重點(diǎn)介紹的是CAN通信模塊的設(shè)計。
　　2.1 CAN通信模塊硬件設(shè)計
　　*控制器MC9S12DP256內(nèi)部帶有5路CAN控制器，msCAN是Motorola Scaleable CAN的縮寫，而msCAN12模塊則是在MC9S12系列MCU上的具體實(shí)現(xiàn)。它服從CAN2.0A/B 協(xié)議，集成了除收發(fā)器外CAN總線控制器的所有功能。
　　msCAN12基本特點(diǎn)如下[2]：
　　（1） 模塊化結(jié)構(gòu)
　　（2） 實(shí)現(xiàn)了CAN2.0A/B協(xié)議，支持標(biāo)準(zhǔn)和擴(kuò)展幀格式
　　（3） 支持遠(yuǎn)程請求幀
　　（4） 雙緩沖接收存儲方案
　　（5） 帶有本地優(yōu)先級排隊(duì)機(jī)制的三緩沖區(qū)發(fā)送存儲方案
　　（6） 可屏蔽、可重組標(biāo)識符驗(yàn)收過濾器
　　（7） 內(nèi)置低通濾波器的可編程喚醒功能
　　（8） 可編程環(huán)路檢測模式支持模塊自檢
　　（9） 時鐘源可程控選擇CPU總線時鐘或晶體振蕩器時鐘
　　采用msCAN12的CAN總線系統(tǒng)如圖1所示：

圖1 含有MC9S12及其他節(jié)點(diǎn)的典型CAN總線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)
　　CAN收發(fā)器采用摩托羅拉的CAN通信物理接口芯片MC33388，它的主要特點(diǎn)是：
　　● 靜態(tài)電流低至15uA;
　　● 波特率范圍為10～125 kbps;
　　● 發(fā)生總線錯誤時可自動調(diào)整至單線模式,錯誤消失后可自動恢復(fù)正常狀態(tài);
　　● 支持單總線傳輸模式;
　　● 總線對地、電源具有短路保護(hù)功能;
　　● 具有總線驅(qū)動器過熱保護(hù)功能;
　　● 支持無遮蔽雙絞線傳輸;
　　● 無功節(jié)點(diǎn)不影響總線狀態(tài);
　　● 工作溫度范圍為-40℃～125℃。
　　MC33388與MCU應(yīng)用電路如圖2所示：

圖2 MC33388與MCU應(yīng)用電路
　　2.2 CAN數(shù)據(jù)通信接口模塊軟件設(shè)計
　　通信接口模塊程序主要包括三部分：初始化子程序、發(fā)送子程序和接收子程序。初始化程序主要是通過CAN控制器控制段中的寄存器寫入控制字，從而確定CAN控制器的工作方式等。有三種方式進(jìn)入初始化程序：一是上電復(fù)位，二是硬件復(fù)位;三是軟件復(fù)位，即在運(yùn)行期間通過給CAN控制器發(fā)一個復(fù)位請求，置復(fù)位請求位為1。在復(fù)位期間必須初始化的寄存器有控制寄存器CTL、發(fā)送控制寄存器TCR、接收中斷允許寄存器RIER、總線定時寄存器BTR、驗(yàn)收控制寄存器IDAC、驗(yàn)收寄存器IDAR、驗(yàn)收屏蔽寄存器DMR等。
　　主節(jié)點(diǎn)CAN數(shù)據(jù)接收采用中斷方式，MCU內(nèi)部的CAN控制器具有雙緩沖接收結(jié)構(gòu)，對總線數(shù)據(jù)具有一定的緩存能力，通常系統(tǒng)采用主程序查詢方式對接收數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并用廣播方式發(fā)送，對特殊數(shù)據(jù)采用遠(yuǎn)程幀申請方式，這樣更有利于程序?qū)Χ鄠€任務(wù)的結(jié)構(gòu)化管理，其程序流程圖如圖3所示。
　　CAN總線以報文為單位進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，節(jié)點(diǎn)對總線的訪問采取位仲裁方式。報文起始發(fā)送節(jié)點(diǎn)標(biāo)識符可分為功能標(biāo)識符和地址標(biāo)識符。CAN協(xié)議的zui大特點(diǎn)是打破了傳統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)地址編碼方式，而擴(kuò)展了對通訊數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼的方式。采用這種方式可使不同的節(jié)點(diǎn)同時接收到相同的數(shù)據(jù)。總線采用CAN2.0B協(xié)議，數(shù)據(jù)標(biāo)識符用29位二進(jìn)制表示，即可定義229個不同的數(shù)據(jù)類型，即使對未來更復(fù)雜的汽車控制網(wǎng)絡(luò)其容量也足夠了。標(biāo)識符的值越小，幀數(shù)據(jù)的優(yōu)先級越高。通過數(shù)據(jù)鏈路控制，每個接收器完成幀接收濾波確定此幀數(shù)據(jù)是否有效。CAN控制器監(jiān)聽總線電平?jīng)Q定發(fā)送接收是否有效，實(shí)際汽車應(yīng)用中一般采用不冗余的通訊線路，而CAN協(xié)議提供強(qiáng)大的出錯診斷機(jī)制，在保證數(shù)據(jù)通訊的可靠性方面起了重要作用。

圖3 CAN通信程序流程圖
3 結(jié)束語
　　CAN總線技術(shù)，是工業(yè)控制與計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)兩者邊緣的產(chǎn)物。無論是從網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)、協(xié)議、實(shí)時性、還是適應(yīng)性、靈活性、可靠性乃至成本等，工業(yè)控制的底層都有它的特殊性，特別是汽車工業(yè)中，要傳輸?shù)男畔级绦。髮?shí)時性很強(qiáng)、可靠性高，CAN總線協(xié)議作為一種簡單而可靠的通訊協(xié)議，在車用電控單元和儀表上有很好的應(yīng)用前景。本文介紹的CAN接口電路與通訊軟件結(jié)構(gòu)對其他微處理器系統(tǒng)來說，加以適當(dāng)?shù)男薷囊彩沁m用的。由于在實(shí)際的車用電氣環(huán)境中，需要考慮溫度、電磁干擾、電源等因素，設(shè)計時應(yīng)考慮軟、硬件的抗*力。