基于CAN总线的嵌入式汽车电子测试系统

汽车产业是国家的支柱产业，电子产业也是国家的支柱产业，作为汽车产业和电子产业的交集，汽车电子零部件产业的兴衰与国民经济息息相关。目前，我国汽车的产量逐年攀高，民族汽车品牌在自身不断成长的同时，也迫使国际汽车公司或合资公司不得不降低生产成本，实施汽车电子零部件国产化战略，这就为我国汽车电子产业化的发展提供了良好的机遇。

前装汽车电子产品除了其复杂的功能要求外，对于实时性、安全性、可靠性和环保性等的要求都非常严格，并且汽车厂商都具有自己相关的执行检测标准和生产流程规范，因此为前装汽车电子产品配套研发相应的故障检测系统是非常必要的。

1 系统设计方案

1．1 设计依据

CAN总线作为一种串行汽车总线，具有结构简单、可靠性高、技术成熟等优点，目前已在汽车领域广泛应用。前装汽车电子产品一定遵循特定车型的CAN通信协议，整车几乎全部的控制和状态信息都依赖CAN总线传输，通过采集和分析CAN总线上的信号，便可准确获得各个部件的工作状态和实时参数，这就是汽车电子测试系统的基本依据。

汽车厂商对测试仪器的一般要求包括实时性、可靠性、便携式以及友好的人机交互等。嵌入式系统由于其灵活的软硬件设计、良好的可靠性和实时性、较低的功耗等特点，完全可以满足厂商对于测试仪器的要求。因此，基于CAN帧测试和采用嵌入式设计是汽车电子测试系统的有效解决方案。

1．2 实现方案

嵌入式汽车电子测试系统，一般选择性能比较好的32位微处理器，比如ARM处理器，在硬件设计上包括嵌入式系统通用的电源模块、存储模块、人机交互模块等，基于CAN总线通讯必须设计相应的CAN总线通信模块，在该模块中通常由两部分组成，一部分是CAN控制器，用于实现CAN总线的数据链路层协议；另一部分是CAN驱动器用于实现CAN总线的物理层。系统的基本结构图如图1所示。

汽车电子测试仪器一般要求具备友好的人机交互，对界面设计的要求比较高，因此在软件设计中宜采用分层的软件设计方法，一般情况下需要移植相关的嵌入式操作系统，目前常用的嵌入式操作系统主要有Linux、Wince等。软件的设计流程主要包括操作系统移植、驱动程序编写、应用程序设计3个阶段。移植合适的嵌入式操作系统，为软件的开发搭建好开发平台；开发相关的驱动程序来支持硬件设备，为应用软件访问硬件提供接口，在CAN的模块中，一般需要开发支持控制器和驱动器的驱动程序，以便于和汽车电子产品通信；应用程序是最上层的软件，直接面对用户，为用户使用提供友好的交互。

2 系统设计样例

基于以上的系统分析，现给出一个具体的设计样例解释。USB汽车音频播放系统是为某汽车制造商开发的一款前装汽车电子产品。该产品在通信上严格遵守厂商提供的CAN总线协议。该测试系统主要用于部件出厂前的故障检测。

2．1 硬件设计

考虑到性能、功耗、稳定等方面的要求，选用Intel公司的32位工业级微处理器PXA270，该处理器基于ARM10内核，运行主频高达520M-Hz，接口资源丰富，加入了IntelSpeedStep动态电源管理技术，在保证CPU性能的情况下可最大限度地降低设备功耗，利用该处理器简化了硬件设计，并且保证了软件的快速运行；存储模块采用了64 MB的NorFlash和64 MB的SDRAM；人机交互采用的是液晶显示和触摸控制的方案。

在CAN总线通信模块的设计中，采用的芯片是SJA1000、PCA82C250和TJA1055。SJA1000是PHLIPS公司发布的一款适用于汽车和一般工业环境的独立CAN控制器，SJA1000是PCA82C200控制器的替代产品，除了支持BasicCAN操作模式外，还增加了新的操作模式PeliCAN，这种模式支持具有很多新特性的CAN2．0B协议。SJA1000应用于CAN硬件模块中，用于实现CAN总线的数据链路层协议，在本设计中使用了2片SJA1000芯片，分别用于高速CAN和低速CAN通信。SJA1000的具体电路原理图如图2所示，数据总线AD0～AD7通过数据缓冲器件接到PXA270的数据总线MD0～MD7上，时序控制等信号线则是接到CPLD上，由PXA270处理器通过CPLD管理。

PCA82C250和TA1055都是驱动收发器，用于实现CAN总线的物理层，不同之处在于2个芯片各自实现了CAN物理层的2个标准：高速CAN和低速CAN。高速CAN根据线缆长度最高可提供1 Mbit／s的波特率，低速CAN可提供5～125 kbit／s的波特率，并且允许CAN总线在连接失败时通信得以继续进行，因此也叫容错CAN，该仪器支持2种物理标准，驱动器的电路图如图3所示。HTXD0、HRXD0和LTXD0、LRXD0均来自于SJA1000，通过PCA82C250和TJA1055后分别得到高速CAN通道HCHNH、HCHNL和低速CAN通道LGANH、LCANL。


2．2 软件设计

考虑