具备车内网接口的双CAN总线冗余网关控制器的研发

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随着汽车电子的不断发展,车载电控单元ECU(Electronic Control Unit)的不断增多如电子燃油喷射装置、防抱死制动装置、安全气囊装置、电控门窗装置、主动悬架等等,点对点的布线方式导致车内布线更加困难。CAN(ControllerArea Networks)总线上世纪80年代末,由Bosch公司提出,初始目的是为了提高整车控制能力,并应用于高档轿车上。随着CAN总线技术不断发展,它相对传统布线技术的优越性越来越明显,车载CAN总线技术的通信方式逐步普及,到21世纪的最初十年,车载CAN网络已经基本占据汽车控制网的绝大部分市场份额,成为现代汽车车内网主流的数据交互通信网络,并且朝着传输速度更快、带宽更大、兼容性更好的方向不断发展。车内CAN网络主要分为3种类型:动力系统、车身系统以及信息娱乐系统。三者之间相互区别也相互联系,根据汽车上各电控单元对网络信息传输速率和实时性的要求不一,动力系统中对实时性要求很高,CAN节点采用的波特率为500kbps,如发动机控制器、ABS/SRS/ESP控制器、自动变速控制器等等;车身系统和信息娱乐系统中的CAN节点对实时性要求不太强,波特率一般采用250kbps,如空调控制、安全控制、仪表控制等等。车内不同波特率之间CAN子网间需要进行数据通信,就需要网关控制器来完成。由于单线结构的车载CAN总线网络,一旦CAN总线线束断裂或者插头松动,将无法保证汽车内部各ECU之间稳定可靠的通信,因此网关控制器的设计需要在这方面做出改进。车载网关控制器作为中控节点除了能够保证汽车内部CAN节点之间稳定可靠的数据通信,还可以存储车载ECU节点数据采集、状态显示、驱动控制、模式设置四个方面的数据信息,通过CAN转以太网接口进行数据输入输出,利用以太网传输到上位机,也可作为诊断接口辅助检测车内CAN总线网络的通信故障。本设计将嵌入式处理器、CAN总线、以太网、总线冗余等技术相结合,整合设计出了一种具备车内网接口的车载双路CAN总线冗余网关控制器。针对保证车载CAN总线网络稳定通信的背景,本系统主要设计并实现了四个功能:CAN总线节点通信、数据中继转发、CAN总线网络故障切换、CAN转以太网接口。本设计硬件方面采用非常适合于通信网关、协议转换器的ARM芯片LPC2294(内置4路CAN接口),LPC2294外接4路CAN总线收发器TJA1050组成主高速、主低速、备用高速、备用低速4路CAN总线网络,LPC2294驱动以太网控制器芯片RTL8019AS实现以太网接口,利用液晶屏和按键组成人机交互的图形界面,方便在显示器上显示4路CAN总线的运行状态;软件方面移植嵌入式实时操作系统μC/OS-II,在ADS1.2(ARM Developer Suite)上编码完成网关控制器四个主要功能。本设计的重点在于CAN总线网络由于线束断裂导致的故障切换和为车内网CAN总线网络扩展一个以太网的输出接口。最后对本网关控制器系统的功能和性能进行了测试、总结,并指出了需要改进和完善的地方。
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