基于CAN總線技術的汽車ECU設計
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3.2軟件設計
系統(tǒng)軟件設計主要包括信號采集和CAN接口通信程序。利用AT90CAN128片上集成的ADC模塊可以采集一些常規(guī)傳感器的模擬信號，如油壓、水溫、氣壓等信號；利用定時器/計數(shù)器模塊采集傳感器脈沖信號，如轉速、行駛里程信號等。對于模擬量信號，在經(jīng)過放大器處理之后，可以直接控制單片機的ADC模塊對其進行采集；對于脈沖信號，在對其進行采集時需要進行整形處理，如轉速傳感器獲取發(fā)動機飛輪旋轉時輪齒的信號，是正弦交流信號，將其整形為方波信號，利用定時器/計數(shù)器模塊采集方波的頻率來完成速度采集。為提高轉速采集的實時性，通常采集脈沖信號的周期（兩個脈沖信號上升沿或下降沿之間的時間）來計算其頻率，并計算發(fā)動機轉速，計算公式如如式（1）所示。
式（1）中為系統(tǒng)時鐘周期，為分頻系數(shù)，為發(fā)動機飛輪齒圈齒數(shù)（對于康明斯發(fā)動機為為輪齒脈沖兩次上升（或下降）沿的計數(shù)器值。
CAN接口通信程序主要包括CAN控制器的初始化、數(shù)據(jù)接收和數(shù)據(jù)發(fā)送程序。主程序通過調用函數(shù)來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送，流程圖如圖3所示，在數(shù)據(jù)接收程序中，通過查詢方式讀取相應消息對象中的數(shù)據(jù)。
CAN控制器初始化工作主要包括波特率參數(shù)設置、接收屏蔽寄存器及接收代碼寄存器的設置、使能允許寄存器的設置等。通過總線定時器寄存器CANBT1、CANBT2、CANBT3來設置波特率參數(shù)。AT90CAN128中提供了一組由4個驗收碼寄存器（CANIDT1～CANIDT4）和4個驗收屏蔽寄存器（CANIDM1～CANIDM4）組成的驗收濾波器，信息只有通過它的驗收濾波才能被接收；所有驗收屏蔽寄存器為0的位，驗收碼寄存器和CAN信息幀的對應位必須相同才能驗收通過，而所有驗收屏蔽寄存器中為1的位，驗收碼寄存器對應位的驗收濾波功能則被屏蔽。通過設置驗收濾波器，既可以實現(xiàn)節(jié)點與節(jié)點之間的點對點通信，也可以實現(xiàn)一點對多點的廣播式通信，使整個數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡更加靈活。
4、實驗
采用本文設計的汽車ECU對車輛上的模擬信號（水溫、壓力等），脈沖信號（轉速、里程等）進行采集，并通過CAN總線發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。采用IXXAT公司的CAN分析儀（USBtoCAN）對CAN總線進行監(jiān)控，利用計算機與CAN分析儀連接，并通過CAN總線采集ECU傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，CAN總線的通信波特率設定為125kbps，實驗中測得的總線狀態(tài)如圖4(a)所示，實驗中采用CAN2.0B擴展幀協(xié)議，采集某ECU節(jié)點的CAN總線數(shù)據(jù)如圖4(b)所示，其中節(jié)點204060為脈沖信號采集，節(jié)點204061為模擬信號采集，數(shù)據(jù)長度為8字節(jié)，空余字節(jié)用FF填補，可用來擴展信息量。
根據(jù)實際測量結果，可以看出總線沒有接收到出錯幀，接收到數(shù)據(jù)幀，反映總線工作狀態(tài)正常。從接收的數(shù)據(jù)表明，每個ECU節(jié)點發(fā)送的ID碼和數(shù)據(jù)與預定義的ID碼和數(shù)據(jù)相同，總線接收和發(fā)送正常。另外，在軟件中加入了異常處理，如果某節(jié)點一直向總線發(fā)送錯誤標志，總線會自動終止該節(jié)點，其他節(jié)點也會檢測到錯誤條件，停止向該節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)，這樣可以避免總線癱瘓。
5、結論
本文設計的基于AT90CAN128單片機的汽車ECU，由于其本身接口豐富，可以采集多種傳感器數(shù)據(jù)，并集成了CAN接口模塊，這樣提高了EUC的工作可靠性和CAN接口通信的可靠性，非常適宜于組建汽車CAN總線網(wǎng)絡。另外，在硬件上做了優(yōu)化處理，提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。實驗表明，該ECU能準確采集數(shù)據(jù)，并能通過CAN總線進行可靠通信
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