摘要：本文介紹了汽車電子控制系統單元的控制模塊、CAN 通信模塊的硬件設計及軟件分析，給出了帶ARM7 內核的實例。
關鍵詞：ARM CAN 汽車總線

隨著電子控制系統單元（ECU）在汽車上的廣泛應用，汽車電子化程度越來越高。電控系統的增加雖然提高了汽車的動力性、經濟性和舒適性，但隨之增加的復雜電路，必然導致車身布線龐大而且復雜，安裝空間短缺。同時，為了提高電控單元信息利用率，要求大批的數據信息能在不同的電子單元間共享，汽車綜合控制系統中大量的控制信號也需要實時交換，不同功能電子控制系統單元間的數據通信變得越來越重要。因此對電子控制系統單元的設計提出了越來越高的要求，不僅要求通信網絡應具有通信速率高、準確、可靠性高的特點，同時要求控制模塊上應具有控制實效性高、空間小等優點。

本文基于CAN 總線技術，研制了應用于汽車網絡系統中的電子控制系統單元。

1 電子控制系統單元CAN 通信模塊的設計

根據CAN 通信原理，電子控制系統單元CAN 通信模塊硬件主要由CAN 控制器、CAN驅動器及中心微處理器構成。傳統的CAN 通信模塊采用51 系列的單片機作為中心處理器，SJA1000 作為CAN 控制器，PCA82C250 作為CAN 驅動器。這種方案選用硅片多，所占空間大，外圍接口擴展局限，同時功耗高。為此，在本設計中，我們采用內嵌有CAN 控制器的LPC2119 和TJA1050 總線驅動器構成電子控制系統單元的CAN 通信模塊。CAN 通信模塊硬件圖如圖1 所示。

LPC2119 內帶有ARM7 內核，具有封裝小、功耗低、多個32 位定時器、4 路10 位ADC、2 路CAN 以及多達9 個外部中斷等優點。TJA1050 是Philips 公司生產的，用以替代PCA82C250 的高速CAN 總線驅動器。該器件提供了CAN 控制器與物理總線之間的接口以及對CAN 總線的差動發送和接收功能。對于由“弱”終端構成的端節點，TJA1050 外圍的電阻和電容能改善系統的EMC 性能。實踐證明，采用LPC2119 和TJA1050 構造CAN 通信模塊，外圍擴展能力強，空間小，同時改進電磁輻射（EME）性能和抗電磁干擾（EMI）性能。

2 電子控制系統單元控制模塊的設計

傳統的“蜘蛛網式”控制模塊，電路復雜，維修難度高。本設計中，我們采用功率模塊、人機通信模塊、狀態量輸入模塊的結合，構造出電子控制系統單元控制模塊，提高了整個系統的可觀性和實效性。控制模塊硬件圖如圖2 所示。

2.1 功率模塊

考慮到汽車功率負載大及LPC2119 的I/O 口驅動的局限，系統中采用功率模塊作為中心微處理器與功率負載之間的橋梁。

設計中，我們采用摩托羅拉公司生產的MC33888 功率器件控制遠光燈、近光燈、倒車燈、剎車燈。MC33888 內部集成有四路高端燈驅動器和8 路繼電器或發光二極管驅動器，是一個可控制網絡，具有在板診斷、與微控制器通信報錯能力及故障軟化等優點。考慮到車內燈和示廊燈的功率相對比較大，我們采用MC33487 功率器件進行控制。MC33487 內部集成兩路帶有電流感應的20 毫歐姆高端驅動器，電流輸出4.5A。

感性負載以及大電流的短路保護是整個設計的難點。MC33887 具有功耗低、等待模式下電流25 微安、輸出電流超過8 安的短路關斷等優點，所以系統采用MC33887 功率器件對電機、鎖、天線、洗滌泵進行控制。

2.2 人機通信模塊

為了提高駕駛員和乘客的舒適性、安全性，整個系統必須在人和機器之間建立良好的人機通信模塊。BC7281、鍵盤模塊及外圍的LED 之間的結合，構造出人機通信模塊。BC7281是比高公司推出的16 位數碼管顯示及鍵盤接口專用芯片。該芯片通過外接移位寄存器（74HC164、74LS595 等）可控制16 位數碼管或者128 只獨立的LED。BC7281 的驅動輸出極性及輸出時序均可通過軟件進行控制，從而和各種驅動電路配合，適合任何尺寸的數碼管。

通過人機通信模塊，人的意識能夠為機器所識別，同時機器也可以將一些相應的狀態信息反饋到LED 或者LCD 上，達到人機通信的可視化效果。

2 3 狀態量輸入模塊

狀態量輸入模塊主要是將一些人為操作的效果（如大燈開關、轉向燈開關）、車身狀態（如車門、窗的開關）及內部狀態信息（如油量、水溫）反饋給中心處理器。中心處理器對反饋信息進行分析處理，就可以準確判斷本車所處的狀況，并做出相應的操作。

外部狀態信息可以分為開關量和模擬量。通過一系列外圍電路（如整形防顫電路），我們將開關量轉換成CPU 可識別的0V 和+5V 高低電平。在模擬量處理上，先經過歸一化處理電路，將水溫、油量、氣壓、室溫的變化轉化為0V 到5V 之間電信號，然后通過LPC2119內嵌的4 路10 位AD 轉換器轉換成相應的數字量。利用現有的CAN 通信模塊將這些數字量傳輸到駕駛員附近的電子控制系統單元，再經過D/A 轉換器，反應在儀器儀表上。

3 電子控制系統單元軟件設計

對于LPC2119 微處理器來說，CAN 控制器完全是基于事件觸發的，即在本身狀態發生改變時，CAN 控制器會將狀態變化的結果告訴微處理器。因此中心微處理器可以采用中斷的方式或者輪詢的方式對CAN 控制器作出相應的處理。完整的CAN 固件編程層次結構圖如圖3 所示。

各電子控制系統單元按規定格式和周期發送數據到總線上，同時根據需要各取所需的報文。對于接收數據，本系統采用中斷的方式實現，一旦中斷發生，即將接收的數據自動裝載到相應的報文寄存器中。此時利用屏蔽濾波寄存器對接收報文的標識符和預先在接收緩沖器初始化時設定的標識符進行有選擇地逐位比較，只有標識符匹配的報文才能進入接收緩沖器，那些不符合要求的報文將被屏蔽于接收緩沖器外，從而減輕CPU 處理報文的負擔。

各電子控制系統單元的應用層程序都不一樣，但是通信模塊的應用程序基本上一致，可分為CAN 初始化、發送數據、接收數據。

3.1 CAN 初始化程序

CAN 初始化程序主要用來實現CAN 工作時的參數設置，其初始化主要內容包括：硬件使能CAN、設置CAN 報警界限、設置總線波特率、設置中斷工作方式、設置CAN 驗收濾波器的工作方式、設置CAN 控制器的工作模式等。

3. 2 發送數據程序

對CAN 模塊初始化成功后，就可以用它來傳送報文。節點向總線上發送報文的過程是：LPC2119 將待發送的數據按CAN 格式組成一幀報文，寫入CAN 模塊發送緩沖區，然后啟動發送命令，將報文發送到總線上。在使用發送函數時有一點必須注意，因為在啟動發送數據的命令后，CAN 控制器要將緩沖區內的數據發送完畢后，才會將該幀數據是否發送成功的狀態返回。這樣如果在函數里一直等待數據發送完畢，會使整個微處理器的性能下降。為了避免這種情況，該函數在啟動發送后便立即返回，通過發送中斷或者利用查詢TCS 狀態位判斷是否發送成功。