基于DSP的高低速CAN总线汽车控制系统设计

随着现代汽车性能的不断提升，新的控制功能不断增加，如中央门锁、灯光控制、玻璃升降、后视镜调节、天窗控制、座椅调节和点火延时控制等。传统的控制系统多采用继电器和独立模式控制，使得车内线束过多且布线复杂，从而造成了严重的电磁干扰，导致系统的可靠性下降。目前，很多汽车采用CAN总线将整个汽车控制系统联系起来统一管理，实现数据共享和相互之间协同工作，使车内线束布线方便可靠，提高了汽车整体的安全性和性价比，增强了自身的竞争力。而各个控制单元对系统的响应时间要求不一样，如防抱死制动系统（ABS）、驱动防滑系统（ASR）、电控行驶平稳系统（ESP）、安全气囊（SRS）等对系统实时性要求较高；照明控制、空调控制等对系统的响应时间要求则相对较低。

由于计算机控制单元越来越多，采用单网络CAN总线负荷越来越重，通过以DSP作为系统主控制器并兼作网关（对CAN总线间待传数据信息作智能化处理，确保只有某类特定的信息才能在网络间传输），对实时性要求较高的控制单元采用高速CAN网络传输，对实时性要求相对较低的控制单元采用低速CAN网络传输，不仅可以提高系统抗电磁干扰性，而且还可以简化传输线束，提高传输可靠性。

1. 基于DSP的汽车计算机控制系统

1.1 TMS320LF2407A功能简介

选用TI公司的16位定点DSP TMS320LF2407A作为主控制器并兼作网关。该型DSP系统时钟可达40M，运算速度为40MIPS, 片内有高达32K字FLASH程序存储器，高达1.5K字的数据/程序RAM以及2K字的SARAM和544字的DARAM，内嵌16通道10位的A/D转换器、SPI/SCI/CAN2.0B模块以及看门狗定时器模块，资源丰富，接口方便，特别适合于象汽车计算机控制等实时性和可靠性要求很高、电磁干扰严重的场合。

1.2 系统实现

汽车计算机控制系统已经广泛涉及到动力、安全、环保、节能、舒适等诸多方面，各种控制系统的电控单元（ECU）相互紧密联系，需要进行大量数据的实时通信，而且为了满足各子系统的实时性要求必须对汽车公共数据进行共享。因此在构建CAN总线控制系统中，总是希望CAN通信控制网络具有较高的波特率和可靠性。但若整辆汽车的所有节点都挂在一个CAN网络上，众多节点通过一条CAN总线进行数据通信，就很容易出现总线负载过大，导致系统实时响应速率下降。因而在对汽车各节点的实时性进行分析后，设计了基于TMS320LF2407A的高低速CAN通信网络，将实时性要求较高的节点组成高速CAN通信网络，将实时性要求相对较低的节点组成低速CAN通信网络，并架设网关将这两种速率不同的CAN通信网络连接起来，实现全部节点之间的数据共享。整辆汽车的通信网络拓扑结构如图1所示。

图1中的发动机控制、变速箱控制、ABS/ASR/ESP控制和SRS控制是现代汽车动作的核心部件，对时间响应要求严格，因而在本设计中采用传输速率为500Kbps的高速CAN通信网络；空调管理、仪表管理、照明管理和姿态管理（如玻璃升降、后视镜调节、天窗控制、座椅调节和雨刷管理等）的实时性要求相对较低，采用速率为125Kbps的低速CAN 通信网络，主控制器跨接高、低速两条总线，与各节点进行数据交换，兼起网关的作用。

1.3 控制系统的电控单元与CAN总线接口设计

根据系统设计要求，采用TMS320LF2407A作为主控制器，汽车计算机控制系统的电控单元与CAN总线连接方式如图2所示。

通过TMS320LF2407A内嵌的CAN控制器可以很方便的实现物理层和数据链路层的功能。CANH和CANL是CAN总线的两条差分接收/发送复用线路，它们的端点各接一个Ω120的总线匹配电阻。当有节点占有CAN总线时，该节点的发送端（电平为3.5V）接CANH，接收端（电平为1.5V）接CANL；当无节点占有CAN总线时，CANH和CANL上的电平均为2.5V。在TMS320LF2407A和总线收发器PCA82C250之间采用高速光电隔离器6N137，可有效防止干扰信号通过PCA82C250传入主控制器；同时对整个系统还进行了金属屏蔽，传输线采用屏蔽双绞线，以减少电磁干扰。

2. 硬件接口电路设计

CAN通信网络接口由TMS320LF2407A的CAN控制器、CAN总线收发器PCA82C250以及光电隔离器6N137组成。CAN节点通信接口的硬件设计电路如图3所示。为了便于调试和演示，节点模块都包括CAN接口、RS232接口和液晶显示器。在调试过程中，液晶显示器用来将本地数据和通过CAN总线接收的数据直观地显示出来，RS232接口在需要的情况下可用来与PC机建立通信。总线数据信号通过高速光电隔离器6N137隔离，PCA82C250是CAN控制器和物理层之间的接口，可以提供对总线数据的差分接收和发送能力，具有在汽车环境下抗瞬间干扰、保护总线的能力。