摘 要 隨著汽車電子技術的發(fā)展，CAN、LIN總線在汽車網絡中得到越來越廣泛的應用。同時，實現不同性質、不同速率之間的網絡通信也成為必須要解決的問題。本文提出一種高速CAN／低速CAN／LIN網關的設計方案，詳細介紹了CAN、LIN節(jié)點電路的設計以及數據的傳輸處理過程。
關鍵詞 CAN LIN 混合網關 汽車網絡

引 言
隨著汽車電子的發(fā)展，傳統(tǒng)的點對點的通信已經不能滿足現代汽車通信的要求。汽車電子網絡技術正成為實現汽車控制系統(tǒng)的首選，它使汽車電子技術進入一個全新的時代。
20世紀90年代，美國汽車工程師協(xié)會SAE(Society of Automotive Engineers)將汽車數據傳輸網分成了A、B、C三類：A類網絡主要面向傳感器／執(zhí)行器的低速網絡，數據傳輸位速率一般小于10 kb／s，目前A類網的首選標準為LIN(LocalInterconnect Network)協(xié)議；B類網絡主要面向獨立模塊間數據共享的中速網絡，數據傳輸位速率在10～125 kb／s，目前B類網絡主要采用低速容錯CAN標準ISO11898-3；C類網絡則主要面向高速、實時閉環(huán)控制的多路傳輸網，數據傳輸位速率在 125～1 Mb／s之間，歐洲的汽車制造商主要采用高速CAN標準ISO11898-2來實現該類網絡。下面簡要介紹一下CAN協(xié)議和LIN協(xié)議。
1986年2月，德國的Bosch公司在SAE大會上提出了CAN串行總線。時至今日，CAN已經形成國際標準，憑借自身的優(yōu)點，不僅在汽車領域，而且在機械、數控機床及傳感器等領域都得到廣泛應用。CAN總線的主要特點有：多主機的工作方式；最大傳輸速率可達1 Mb／s(通信距離最長40 m)，直接通信距離可達10 km(速率小于5 kb／s)；采用短幀結構，傳輸時間短；良好的檢錯能力；非破壞總線仲裁技術；較高的性價比。
LIN是1998年由BMW等五家汽車制造商、一家軟件工具制造商以及一家半導體廠商聯(lián)合提出的一個協(xié)議。LIN通信是基于SCI(UART)數據格式，采用單主／多從模式以及低成本的單線連接方式，最高傳輸速率可達20kb／s。LIN的從節(jié)點不用晶振或陶瓷振蕩器就能實現自同步。出于以上技術特點， LIN總線實現成本較低，且完全能夠滿足A類網絡的通信需求。
在實際的汽車電子網絡中，A、B、C三類網絡并不是完全獨立的。為了完成車輛的控制及信息共享，不同網絡間必須進行相應的數據交換。由于是三種不同的網絡，它們之間的通信是不能直接進行的，而必須作相應的協(xié)議轉換及數據處理后才能實現，這些工作是由網關來實現的。本文提出了一種網關的設計方案，用以實現高速CAN、低速CAN及LIN三種總線網絡之間的通信。

1 網關總體結構
本文所討論的網關其主要任務是解決車載網絡中A、B、C三類網絡的相互通信的問題，實現數據的存儲轉發(fā)及高、低速CAN協(xié)議之間或低速CAN與LIN協(xié)議之間的協(xié)議轉換，以便在不同網絡之間實現數據通信。網關主要分為4個部分：實現數據存儲轉發(fā)和協(xié)議轉換的主控制器，用于與高速CAN網絡連接的高速CAN 節(jié)點模塊，與低速CAN網絡連接的低速CAN節(jié)點模塊以及與LIN網絡連接的LIN節(jié)點模塊。網關系統(tǒng)的電路框圖如圖1所示。

網關中三個節(jié)點電路分別與各自的網絡相連，且實現各自對應的網絡與主控制器之間的數據交換。這個數據交換過程是雙向的，既包括從網絡上接收數據并將數據存到主控制器中，又包括從主控制器相應的緩存器中讀取數據并將其發(fā)送到自己對應的網絡中。主控制器主要負責數據的存儲及協(xié)議的轉換，即將各個節(jié)點接收來的數據根據其目的網絡的不同，分別存入不同的緩沖區(qū)，并且根據目的網絡的不同，將數據轉化為能夠在目的網絡上傳送的數據格式。

2 網關電路設計
如上所述，網關的硬件電路主要由主控制器、高速CAN節(jié)點模塊、低速CAN節(jié)點模塊、LIN節(jié)點模塊4部分組成。為了滿足網關的正常通信要求，必須考慮主控制器的數據處理能力。另外，由于網關的工作環(huán)境為電磁干擾非常嚴重的汽車內部，故還須考慮網關的抗噪聲干擾性能。網關的硬件設計簡圖如圖2所示， AT91SAM7A3為網關的主控制芯片，TJA1020為LIN總線收發(fā)器，CTM1054為低速CAN收發(fā)器，CTM1050為高速CAN收發(fā)器。