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汽车车载网络系统中串行链路输入/输出控制器局域网

来源：艾特贸易2017-12-20

简介1 ．低速车身控制系统的含义低速 ( 小于 125kbit/s) 车身控制系统主要是指汽车灯光、刮水器、电动窗、后视镜、中央门锁、加热通风空调以及其他低速数据的通信系统。低优先级和低通

1．低速车身控制系统的含义

低速(小于125kbit/s)车身控制系统主要是指汽车灯光、刮水器、电动窗、后视镜、中央门锁、加热通风空调以及其他低速数据的通信系统。低优先级和低通信量的低速车身控制信息，若采用高速数据总线结构，那是不合理的，尤其是生产成本和维修费用昂贵。

近年来，各种有专利权的协议已经用于车身控制系统。这些协议是不通用的，而且有一定的局限性。ISO提出了CAN作为汽车高速数据总线的标准，目前CAN芯片的制造厂商有英特尔、摩托罗拉、NEC、飞利浦、西门子和国家半导体等公司，在市场上很容易购到，因为CAN技术除了在汽车上，在飞机、轮船以及工业控制中都得到了广泛的应用。

2．串行链路输入/输出控制器局域网(SLIOCAN)

CAN虽然是国际标准化组织推荐的汽车高速网络标准，当然也可将其用于低速的车身控制系统。从工程的观点出发，如果选用同类的CAN协议，则很容易从高速到低速网络或从低速到高速网络桥接数据。然而，当CAN系统被配置于低速应用，若CAN的芯片仍然与高速应用的芯片相同，这是不经济的。现已开发的串行链路输入/输出控制器局域网( SLIO CAN)发展和改进了CAN技术，能以低成本的造价满足低速车身控制系统的应用。

SLIO CAN是一种用来完成简单输入/输出功能的低智能CAN芯片。SLIO CAN的最简单结构可以看作带有内部CAN控制器的I/O端口，它具有CAN协议规定的全部特征和能力以及符合CAN2. 0A和CAN2. 0B（无源）规格，它具有11位CAN标识符和29位忽略标识符，不会使总线出错。

SLIO CAN若扩展到低速应用，采用它的内部振荡器，可达到125kbit/s的速度；如果采用外部晶体振荡器，它也可以操作在250kbit/s的速率。一般情况下，推荐它操作于无外部晶体时钟的条件，目的是使SLIO接口简单而便宜。

标准的CAN与SLIO CAN对比，前者的所有微控制单元通过物理层连接到一根双绞总线上；而后者是用低智能的只带有内部CAN控制器的I/O端口-SLIO CAN代替控制单元，也就是说，SLIO CAN系统中只用了惟一的一个微控制器。

由于SLIO CAN是一种低智能装置，它要靠1个智能主节点编程和控制。智能主节点是1种含有微控制器的CAN节点。全部16个SLIO都受控于SLIO CAN总线的一个主节点。由于各个SLIO中有4个标识位，产生16个不同的标识符（表2-7中的P0、P1、P2和P3）。考虑合并两个不同制造厂有不同标识符设定(如各不相同的的IDI)的SLIO，将会给出32个SLIO节点（如飞利浦和国家半导体公司各16个）。11位CAN标识符中的IDO指示的数据传输的方向有两种情况：当IDO为“0”时，信息方向从主控制单元传送到SLIO，而当IDO为“1”时，信息方向刚好相反。在SLIOCAN系统中，主控制单元也能使用遥控帧从其节点进行查询。另外，SLIO CAN系统中的数据字节。一直被制造厂固定为2个或3个字节。在数据字段（主存储器中保存数据记录的一个区域）中，第一数据字节起到命令寄存器和状态寄存器一样的功用，而其余的数据字节将与SLIO的输入/输出端子相适配（8位或16位）。各个SLIO端口的端口可以单独编程。

表2-7 与CAN 11位标识符相关的SLIO标识符

与CAN 11位标识符相关的SLIO标识符

注：Dir-SLIO CAN信息的方向位；P0～P3-SLIO标识符设定点。

3．SLIO CAN的信息发送方式

为了让SLIO的内部振荡器同步以供总线定时，主控制单元须每隔3800位时间发送1条标定帧，只需要标定了SLIO节点就能发送1条CAN信息。

SLIO的传输是由内部CAN控制器硬件逻辑自动完成的。在初始化过程中，SLIO安排完成一定的功能，例如事件捕获输入、输出或模/数转换。初始化是通过编程的SLIO节点，经CAN总线然后置微控制器主节点于启动状态。同样也只需标定SLIO节点就能传送一条CAN信息。在接收端，SLI具有只有该节点才有的标识符，将自动应答内部CAN控制单元逻辑。例如，ID644被主节点送至SLIO节点，如果信息已被校正接收，则SLIO用ID645响应。应答帧由SLIO寄存器的现状态和现值组成，这将对主控制单元发送的信息和SLIO的现状态作一次校核。此外，SLIO使用CAN中的应答时隙（空位），只响应标定帧，不发送应答帧。

如果新的SLIO节点添加到SLIO CAN网络中，该新节点将会按自身对主控制单元的已知量，在8000位时间内至少能检测3个帧。这种检验新节点存在的信息，可能会对总线或某一监视帧起到一些作用。新的SLIO将用一条有标记的信息应答主机，表明自己的存在，惟一的准则就是新的SIO节点必然具有与现存的CAN节点不同的标识符。

4．SLIO CAN的总线与CAN总线的比较

由于SLIO CAN缺少石英振荡器的精度，所以SLIO的内部位计时逻辑是以最大的振荡器容限作为最佳选择条件，这就要求缩短CAN系统的总线有效长度，作为抽样点的位时间必须尽量提前，进而限制传输线上允许的传播延迟时间。总的说来，应该采用较短的总线长度。表2-8对比了SLIO CAN与CAN系统总线长度，表中所用的P82C150和P8XC5 92等8位单片机均由飞利浦半导体公司制造。从表中可看出SLIOCAN的总线长度较CAN系统缩短了数百甚至数千米。从另一个角度来看，SLIO CAN中两个外主节点间的最大容许距离较短，但是，即使是最短的80m，相应的总线长度也足以满足小型汽车的应用。

表2-8 在SLIO CAN和CAN中两个主节点之间的最大容许距离

在SLIO CAN和CAN中两个主节点之间的最大容许距离

5．SLIO CAN车身控制系统的布局

SLIO CAN技术应用于汽车车身控制系统一般可在40kbit/s位速率下操作，需要增速时也可扩展至125kbit/s。除了每隔3800位时间标定恒定传输的消息外，所有的CAN传输都属于事件驱动（状态变化）。总线负载是相当低的，通过使用CAN总线分析器，在改进的系统中记录下的最大总线负载才6. 4%，其中包括转向信号灯接通、重复压按座椅位置开关和前照灯远光开关。SLIO的标定帧总数是总线负载的1.8%。SLIO CAN系统中的这种“附加开销”与智能的CAN网络相比差别很大。

系统元件位置如图2-21所示，其中中央控制单元P8XC592是飞利浦公司的产品，属8051系列，其基本性能如下：RAM256，ROM16K，端子68，I/O端子48，全双工异步收发器UART，定时/计数器3，CAN总线，10位A/D转换。其中最主要的性能特点是具有多机通信和网络接口功能，即有控制器局域网CAN总线接口。