引言

ABS(防抱死剎車系統(tǒng))ECU(電控單元)在研發(fā)過程中，為了實時確定其行車參數(shù)和控制參數(shù)，通常會使用標定技術(shù)，標定技術(shù)就是通過一定的命令對ECU上傳和讀取控制算法參數(shù)，以達到對其實時修改以尋求最優(yōu)的技術(shù)。對于車載電控單元來說，其通常只有CAN總線通信接口，為了能實現(xiàn)上位機和ECU能直接進行通信，實現(xiàn)利用標定技術(shù)對ABS ECU進行開發(fā)，我們設計了一款能實現(xiàn)CAN到USB的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器。CAN通信協(xié)議是一種用于汽車內(nèi)部測量與執(zhí)行部件之間的數(shù)據(jù)通信協(xié)議。而USB具有即插即用的優(yōu)點，并且有較高的通信速率，對于實現(xiàn)上位機和下位機的通信進行標定十分方便。我們設計的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器采用了NXP公司的LPC2119 ARM7處理器，通過它成功地實現(xiàn)上位機和ECU的可靠通信和對下位機的標定。

系統(tǒng)硬件設計

LPC2119 ARM7處理器

LPC2119是基于一個支持實時仿真和跟蹤的16/32ARM7TDMI-S CPU的微控制器，并帶有28/256kB嵌入的高速Flash存儲器。128位寬度的存儲器接口和獨特的加速結(jié)構(gòu)使32位代碼能夠在最大時鐘速率下運行。

USB轉(zhuǎn)換芯片CH372

CH372是一個USB總線的通用設備接口芯片，在本地端，CH372具有8位數(shù)據(jù)總線和讀、寫、片選控制線以及中斷輸出，可以方便地掛接到控制器的系統(tǒng)總線上；CH372內(nèi)置了USB通訊中的底層協(xié)議，在內(nèi)置固件模式下，CH372自動處理默認端點0的所有事務。

系統(tǒng)設計

轉(zhuǎn)換器直接使用USB的5V供電，使用了LM1117將5V電源轉(zhuǎn)換成3.3V和1.8V以供ARM處理器及其外圍模塊使用，對于CAN控制器輸出的邏輯電平用TJA1050轉(zhuǎn)換成差分電平輸出CH372的設計十分重要，外接電容用于CH372內(nèi)外部電源節(jié)點去耦。在LPC2119的各電壓引腳分別接了0.01μf的電容進行濾波。在USB轉(zhuǎn)換芯片的設計中，可選4.7kΩ電阻用于在電源斷電后將電解電容中的電能及時釋放掉，使VCC及時下降到0V，確保在下次通電時CH372能夠可靠地上電復位。為使CH372能夠可靠復位，電源電壓從0V上升到5V的上升時間應該少于100ms，所以電容的容量和電阻的阻值都不能太大。用15pF的獨石或高頻瓷片電容作為CH372的時鐘振蕩電路的起振電容。

系統(tǒng)硬件設計部分框圖如圖1。

系統(tǒng)軟件設計

系統(tǒng)程序主要包括CAN控制器驅(qū)動程序，USB控制芯片CH372驅(qū)動程序，數(shù)據(jù)讀寫緩沖區(qū)的設計，以及如何調(diào)用CAN和USB的讀寫函數(shù)使數(shù)據(jù)的通信更好的同步。

CAN驅(qū)動程序

根據(jù)LPC2119微處理器CAN控制器的特性，將CAN的驅(qū)動程序分為3個層次：1.硬件抽象層：將CAN控制器的硬件特性用數(shù)據(jù)類型進行抽象，并提供CAN控制器硬件操作的接口。對物理層的寄存器和相應地址影射，定義了CAN控制器寄存器的數(shù)據(jù)類型和對寄存器的操作方法。2.功能函數(shù)層：CAN控制器各種功能的實現(xiàn)函數(shù)，該層的函數(shù)利用硬件抽象層中對寄存器操作的接口來訪問CAN控制器來實現(xiàn)各種CAN控制器所能提供的功能。3．應用程序接口層：在該層中的主要提供給3個函數(shù)，初始化CAN控制器CANinit()、發(fā)送數(shù)據(jù)CANSendData()、接收數(shù)據(jù)CANRecieveData()。

CH372驅(qū)動程序

CH372芯片在本地端提供了通用的被動并行接口。CH372芯片的讀寫時序主要要求讀寫使能信號有一個2～10μs的持續(xù)時間，并且在a0=1時寫入命令，a0=0時讀寫數(shù)據(jù)。在本設計中，用LPC2119的10口來表示CH372的各信號，并需要嚴格按照其時序要求用軟件模擬其讀寫時序，一個典型的寫數(shù)據(jù)子函數(shù)如下：

在以上程序中，對各端口的操作先后代表了CH372的讀寫時序信號的先后，適當?shù)难訒r表示有效的寫/讀選通脈沖WR/RD的寬度，其典型值為90到10000ns，我們選擇25μs。同理可得寫命令，讀數(shù)據(jù)子函數(shù)：USBWriteCMD(uint32 CMD)，USBReadData()。調(diào)用以上子函數(shù)提供了發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的函數(shù)：IRQ_CH372(void)，UploadUSBData(unin32Length,uint32 Data[])。

環(huán)形緩沖區(qū)

在本設計中，設計了兩個環(huán)形緩沖區(qū)，分別存放USB及CAN的數(shù)據(jù)，使其能同步發(fā)送，
一個典型的緩沖區(qū)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如下：

數(shù)據(jù)元素是無符號32位整數(shù)，MAX為環(huán)形緩沖區(qū)最大長度，WritePtr為讀指針，ReadPtr為寫指針。讀寫指針初始化為writePtr=ReadPtr=0。通過CAN控制器接受的數(shù)據(jù)存放在環(huán)形緩沖區(qū)CANRecRinBuf中，再讀出數(shù)據(jù)從USB端輸出，保證了數(shù)據(jù)通信的可靠性。

上位機監(jiān)控界面

安裝CH372的上位機驅(qū)動后，基于CH372的USB設備就可以被上位機識別了。調(diào)用CH372提供的動態(tài)連接庫CH372.d11及其相應的LIB文件CH372.Lib和頭文件CH372.h，以建立上位機的工序，調(diào)用CH372提供的庫函數(shù)CH375OpenDevice()、CH375CloseDevice()，用于打開和關(guān)閉設備，調(diào)用CH375WriteData()；CH375ReadData()接收下位機通過CH372發(fā)送上來的數(shù)據(jù)，并根據(jù)CAN總線數(shù)據(jù)的格式將其封裝成CAN格式的數(shù)據(jù)，提供對CAN數(shù)據(jù)的收發(fā)CANDownload()，CANUpload()。用C++設計相應的圖形界面以實現(xiàn)和下位機的通信。

結(jié)語

在ABSECU的研發(fā)項目中，我們使用了此轉(zhuǎn)換器將ECU的CAN數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成USB數(shù)據(jù)和上位機通信，ECU上傳需監(jiān)控參數(shù)，上位機下傳標定參數(shù)。其硬件上使用ARM7內(nèi)核的LPC2119作為控制器，以及底層軟件的設計確保了轉(zhuǎn)換器在實際的ECU開發(fā)的CCP標定的工程中，在大量數(shù)據(jù)進行傳輸?shù)倪^程中有較好的可靠性。