具备车内网接口的双can总线冗余网关控制器的研发

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1、具备车内网接口的双CAN总线冗余网关控制器的研发ResearchofDoubleCANBusRedundancyGatewayControllerwithanInterfaceofVehicleInternalNetwork作者姓名：李小龙专业名称：电路与系统指导教师：宋占伟教授学位类别：工学硕士答辩日期：2015年6月3日摘要随着汽车电子的不断发展，车载电控单元ECU（ElectronicControlUnit）的不断增多如电子燃油喷射装置、防抱死制动装置、安全气囊装置、电控门窗装置、主动悬架等等，点对点的布线方式导致

2、车内布线更加困难。CAN（ControllerAreaNetworks）总线上世纪80年代末，由Bosch公司提出，初始目的是为了提高整车控制能力，并应用于高档轿车上。随着CAN总线技术不断发展，它相对传统布线技术的优越性越来越明显，车载CAN总线技术的通信方式逐步普及，到21世纪的最初十年，车载CAN网络已经基本占据汽车控制网的绝大部分市场份额，成为现代汽车车内网主流的数据交互通信网络，并且朝着传输速度更快、带宽更大、兼容性更好的方向不断发展。车内CAN网络主要分为3种类型：动力系统、车身系统以及信息娱乐系统。三者之间

3、相互区别也相互联系，根据汽车上各电控单元对网络信息传输速率和实时性的要求不一，动力系统中对实时性要求很高，CAN节点采用的波特率为500kbps，如发动机控制器、ABS/SRS/ESP控制器、自动变速控制器等等；车身系统和信息娱乐系统中的CAN节点对实时性要求不太强，波特率一般采用250kbps，如空调控制、安全控制、仪表控制等等。车内不同波特率之间CAN子网间需要进行数据通信，就需要网关控制器来完成。由于单线结构的车载CAN总线网络，一旦CAN总线线束断裂或者插头松动，将无法保证汽车内部各ECU之间稳定可靠的通信，因此

4、网关控制器的设计需要在这方面做出改进。车载网关控制器作为中控节点除了能够保证汽车内部CAN节点之间稳定可靠的数据通信，还可以存储车载ECU节点数据采集、状态显示、驱动控制、模式设置四个方面的数据信息，通过CAN转以太网接口进行数据输入输出，利用以太网传输到上位机，也可作为诊断接口辅助检测车内CAN总线网络的通信故障。本设计将嵌入式处理器、CAN总线、以太网、总线冗余等技术相结合，整合设计出了一种具备车内网接口的车载双路CAN总线冗余网关控制器。针对保证车载CAN总线网络稳定通信的背景，本系统主要设计并实现了四个功能：CA

5、N总线节点通信、数据中继转发、CAN总线网络故障切换、CAN转以太网接口。本设计硬件方面采用非常适合于通信网关、协议转换器的ARM芯片LPC2294（内置4路CAN接口），LPC2294外接4路CAN总线收发器TJA1050组成主高速、主低速、备用高速、备用低速4路CAN总线网络，LPC2294驱动以太网控制器芯片RTL8019AS实现以太网接口，利用液晶屏和按键组成人机交互的图形界面，方便在显示器上显示4路CAN总线的运行状态；软件方面移植嵌入式实时操作系统µC/OS-II，在ADS1.2（ARMDeveloperSu

6、ite）上编码完成网关控制器四个主要功能。本设计的重点在于CAN总线网络由于线束断裂导致的故障切换和为车内网CAN总线网络扩展一个以太网的输出接口。最后对本网关控制器系统的功能和性能进行了测试、总结，并指出了需要改进和完善的地方。关键词：汽车，CAN总线，网关控制器，冗余，µC/OS-II，以太网IAbstractWiththecontinuousdevelopmentofautomotiveelectronics,fortheincreasingnumberoftheElectronicControlUnitonveh

7、iclessuchasElectronicfuelinjectiondevice,anti-lockbrakes,airbagsdevice,electricWindowsanddoorsequipment,activesuspension,etc.,thetraditionalwiringwayfrompointtopointfaceswithmoredifficulty.CAN(ControllerAreaNetworks)hadbeenputforwardbythecompanyofBoschinthelate80

8、s,mainlyinordertoimprovethecontrolabilityforluxurybusatthebeginning.Comparedwiththetraditionalwiringtechnique,thesuperiorityoftheCANbustechniqueismoreandmoreob