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    周慧（1979—），
女，漢族，講師，武漢理工大學自動化學院碩士研究生，研究方向為汽車網絡技術。基金項目：湖北省數字制造重點實驗室開放基金項目（SZ06-15）

摘要:采用CAN（Controller Area Network）構建了汽車車燈控制系統，并基于SAE J1939協議設計了車燈控制報文格式。在硬件設計中，本文基于USBCAN-II接口卡實現開關控制功能，以P87C591為核心實現車燈控制功能。為達到代碼的可重用性，本文采用模塊化程序設計思想設計了基于CAN的汽車車燈控制系統軟件。

關鍵詞:汽車；CAN；車燈；網絡控制

Abstract: This article constructs vehicle lamp control system based on CAN (Controller Area Network) and designs message format for vehicle lamp control based on SAE J1939. In hardware design, we implement switch control function with USBCAN-II interface card and achieve vehicle lamp control function base on P87C591. For reusing codes, we designed the software of vehicle lamp control system based on CAN with modular design method.

Key Words: Vehicle; CAN; Vehicle Lamp; Network Control

1  引言

    有研究表明，在目前的汽車創新中，70%來源于電子系統的革新。汽車電子總的發展趨勢是：汽車電子控制系統獲取內部和外部的信息越來越多，功能越來越強，智能化程度越來越高，可靠性也越來越高。[1]汽車ECU（Electronic Control Unit，電子控制單元）的大量使用改善了汽車的動力性、經濟性、舒適性和環保性，但是ECU數量的急劇增加必然要求改變傳統汽車控制方式，以減少線束。同時，行駛過程中各ECU之間的關聯和時序控制也與行車安全性密切相關，而傳統控制方式并不能實現此目的。車載網絡技術為解決上述問題提供了一種良好的解決方案。

2  基于CAN的汽車車燈控制系統結構

    2.1  CAN概述

    CAN（Controller Area Network）[2]是德國Robert Bosch公司在20世紀80年代初為汽車業開發的一種車載專用串行數據通信總線，滿足SAE(Society of Automobile Engineer)對C類高速車載網絡（≤1 Mbps）的要求，適合動力傳動和底盤電子系統的信息傳輸與控制。因此，它也滿足A類低速網絡（≤10Kbps）和B類中速網絡（≤125Kbps）的要求。CAN總線與一般的通信總線相比，它的數據通信具有突出的可靠性、實時性和靈活性。CAN具有多主工作方式、總線利用率高、數據傳輸距離遠、數據傳輸速率高、采用非破壞總線仲裁技術節省總線沖突仲裁時間、通過報文標識符濾波實現數據接收、錯誤處理和檢錯機制可靠等特點。因此，CAN被作為專用車載總線加以廣泛應用[3]。

    2.2  基于CAN的汽車車燈控制系統結構

    本文以汽車車燈位置分布和行駛安全性要求作為各模塊劃分的依據[4]，采用CAN構建汽車車燈控制系統，圖1為基于CAN的汽車車燈控制系統結構圖。

    該系統包括開關控制模塊、左前模塊、右前模塊、左后模塊和右后模塊，各模塊掛接在CAN總線（CAN-H和CAN-L為差分線）上，CAN總線的位速率為100Kbps。其中，開關控制模塊通過對開關狀態變化的監測，向其它四個模塊發送控制指令；左前模塊、右前模塊、左后模塊和右后模塊在接收到屬于本模塊的控制指令后，分別控制對應位置的車燈動作。由于CAN是基于優先級的事件觸發協議，根據行駛安全級別的不同，系統中各節點的優先級依次為開關控制模塊——左后模塊——右后模塊——左前模塊——右前模塊。其中，開關控制模塊是系統控制指令發送模塊，安全性要求最高，具有最高優先級；左后和右后模塊涉及制動等與行駛安全相關的車燈，其優先級僅次于開關控制模塊；左前模塊和右前模塊優先級最低。

圖1   基于CAN的汽車車燈控制系統結構

3 基于SAE J1939的汽車車燈控制應用層協議

    CAN只提供與物理層和數據鏈路層相關的協議，并沒有制定與特定應用相關的應用層的內容。SAE J1939是一種基于CAN的高層協議[5]，利用CAN2.0B擴展幀的29位標識符定義了汽車通信編碼系統。表1比較了CAN2.0B和SAE J1939格式。其中，SAE J1939中的29位標識符由P （Priority，優先權位）、R（Reservation，保留位）、DP（Data Page，數據頁位）、PF（PDU Format，協議數據單元格式）、PS（PDU Specific，協議數據單元細節）和SA（Source Address，源地址）組成。

    表1  CAN2.0B和SAE J1939比較：

    本文采用模塊化程序設計思想設計基于CAN的汽車車燈控制系統軟件，按照功能分成不同的程序模塊，各模塊間相對獨立，以完成特定的功能。模塊與模塊之間可以相互調用，數據共享，以達到重復利用代碼和簡化代碼的目的。主要的功能模塊有：CAN初始化模塊、接收中斷服務程序模塊、CAN報文發送模塊、轉向燈控制模塊等。

    程序開始執行時首先執行初始化程序模塊，以初始化系統，將對應車燈的I/O控制口輸出方向設置為輸出，并初始化CAN控制器及定時器，等待CAN報文的接收中斷；如果有CAN報文的接收中斷，則讀取CAN報文的數據字節并且按照前述SAE J1939車燈控制格式進行解析，并控制相應車燈控制I/O口的變化，由功率驅動芯片來完成車燈的開關操作。主程序流程圖如圖3所示。

6  總結

    本文采用CAN構建了汽車車燈控制系統，解決了汽車ECU的日益增加與傳統汽車控制方式之間的矛盾。基于SAE J1939的車燈控制報文格式的應用為整車應用層協議的設計提供了參考。

參考文獻：

    [1] 秦貴和.車上網絡技術[M].北京:機械工業出版社,2003.5.

    [2] CAN Specification 2.0, Robert Bosch GmbH,1991.

    [3] 饒運濤,鄒繼軍.現場總線CAN原理與應用[M].北京:北京航空航天大學出版社,2003.6.

    [4] 胡劍, 李剛炎等. 客車照明與信號燈多路傳輸控制系統的設計[J]. 微計算機信息, 2006,(4):124-126.

    [5] Surface Vehicle Recommended Practice SAE J1939, SAE, 2005.1.

    [6] P8xC591 Microcontroller in CAN Applications, Philips semiconductors, 2000.

作者信息：

    周   慧，徐華中  (武漢理工大學自動化學院，湖北 武漢 430070)  

    李剛炎  (武漢理工大學機電工程學院，湖北 武漢 430070）