车载网关internet化的设计与实现

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1、【中心议题】·       *提出了一种基于CAN、LIN、MOST总线的车载网关设计方案·       *给出硬件实现和软件流程【解决方案】·       *采用搭载Linux系统的具有ARM9内核的MCU·       *车身内部运行不同协议的网络之间的数据交换和通信1　汽车总线系统CAN(ControllerAreaNetwork)总线是德国Bosch公司在20世纪80年代初,为解决现代汽车中众多的控制与测试仪器之间的数据交换问题而开发的一种串行数据通信协议。它是一种多主总线,通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光导纤维

2、,通信速率可达1Mbps。对于车内不需要CAN这样高速率和高安全的通信,本地互联网络(LIN)就是为适应这类应用而设计的低成本解决方案。LIN是一种应用于汽车中的分布式新型低成本串行通信总线,作为CAN总线的辅助网络或子网络,专门应用于低端系统。LIN是单一主机系统,不但降低了硬件成本,而且在软件和系统设计上也能更容易地兼容其它网络协议,比如CAN。FlexRay总线是一种高速网络,由FlexRay联盟为高速通信所制订,最初是作为电动控制(x-by-wire)应用的通信协议被提出的。从技术上讲FlexRay作为下一代汽车网

3、络协议,提供了充足的带宽、可靠性和实时响应能力,以实现线控应用。该标准已开始商用并将被越来越多的汽车制造商采用,但其高成本因素决定了FlexRay在一定的时间内只能定位于高端汽车的应用。2　系统组成本系统包括以太网控制芯片和微处理器,微处理器包括以太网接口、通用异步收发器、串行外围设备接口。以太网控制芯片一端同以太网相连,另一端通过通用处理器接口同微处理器的以太网接口相连。2.1　LIN总线收发器LIN总线收发器带通用异步收发器接口,通过该接口接微处理器的通用异步收发器,另一端接LIN网络总线。2.2　CAN总线控制器和C

4、AN总线收发器CAN总线控制器带串行外围设备接口,通过该串行外围设备接口同微处理器的串行外围设备接口相连,另一端通过CAN总线收发器同CAN网络总线相连。2.3　MOST总线控制器和MOST总线收发器MOST总线控制器带串行外围设备接口,通过该串行外围设备接口同微处理器的串行外围设备接口相连,另一端通过MOST总线收发器同MOST网络总线相连。2.4　车载网关的优点本文的车载网关,利用现有的以太网控制芯片、微处理器以及总线控制器、总线收发器,实现了汽车车载网络同互联网的连接,有利于汽车内部局域网和Internet的信息交互

5、以及故障的在线实时诊断。3　系统架构设计与实现车载网关的系统架构包括以太网控制芯片、微处理器,微处理器包括以太网接口、通用异步收发器(UART)、串行外围设备接口(SPI)。以太网控制芯片一端同以太网相连,另一端通过通用处理器接口同微处理器的以太网接口相连。LIN总线收发器带UART接口,通过该接口接微处理器的通用异步收发器,另一端接LIN网络总线;CAN总线控制器带串行外围设备接口,通过该串行外围设备接口同微处理器的一串行外围设备接口相连,另一端通过CAN总线收发器同CAN网络总线相连;MOST总线控制器带串行外围设备接

6、口,通过该串行外围设备接口同所述微处理器的一串行外围设备接口相连,另一端通过一MOST总线收发器同MOST网络总线相连。系统采用具有可以在Linux和Windows之间实现交叉编译的上位机操作系统,为了实现Debug的功能,采用了NFS(NetworkFileSystem)网络文件系统实现在线调试。车载网关开发软硬件平台的搭建采用了标准嵌入式开发模式即宿主机+目标机及交叉编译环境+远程NFS(NetworkFileSystem,一种分布式文件系统)调试。3.1　硬件环境设计微处理器MPU采用Samsung公司的S3C241

7、0。该处理器基于ARM920T内核,采用5级流水线和哈佛结构,是高性能和低功耗的硬宏单元。主频高达203MHz;扩展总线最大频率100MHz,32位数据,27位外部地址,集成三个UART(UniversalAsyn-chronousReceiver/Transmitter,通用异步收发器,系统中用的是UART1),两路SPI(SerialPeripheralin-terface,串行外围设备接口,系统中用的SPI0),10M/100M以太网接口。以太网控制芯片采用DM9000,DM9000是一块全集成的单片快速MAC(媒体

8、访问控制器,MediaAccessController),带通用处理器接口,4K双字节DRAM,提供10M/100M的以太网接入。LIN总线收发器采用TJA1020,适用的波特率可从2.4到20Kbit/s。CAN总线控制器采用MCP2510,CAN总线收发器采用PCA82C250。MOST网络接口和总