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S12X系列单片机CAN结点设计:提升混合动力汽车控制系统性能
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更新于2024-08-28
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S12X系列双核单片机的整车控制器CAN结点设计主要探讨了如何利用Freeseal公司生产的MC9S12XE系列单片机在混合动力汽车中构建高性能的整车控制器。这款单片机因其32位性能和16位微控制器的优势,特别适合汽车网络和车身控制应用,其中的关键特性是其内部的增强型XGATE模块。 XGATE模块是设计的核心,它具备高速数据传输和处理能力,能够直接在单片机外设、内部RAM以及I/O端口间进行操作,无需频繁打扰主CPU(S12X CPU)。16位精简指令集内核使得预处理数据和执行复杂通信协议变得简单,尤其对于CAN总线通信来说,这有助于提升数据传输效率,减少CPU的中断负担。 CAN总线硬件接口设计中,为了增强抗干扰性,S12X单片机的CAN收发引脚采用了隔离措施,通过高速光耦6N137实现了电气隔离。CANH和CANL引脚上连接了电容C1和C2,用于滤除高频干扰并防止电磁辐射。此外,还配备了瞬态电压抑制管D1和D2,以保护系统免受瞬间过电压冲击。 数据处理方面,基于S12X的CAN结点设计着重于优化数据接收和发送流程,可能包括错误检测、帧解析、仲裁等功能,确保信息的准确传输和控制系统的实时响应。设计时还需考虑电源管理、唤醒机制和低功耗模式,以延长电池寿命并确保在各种工作条件下都能稳定运行。 本文研究了如何利用S12X系列单片机的特性和优势,设计出一个高效、可靠的混合动力汽车整车控制器CAN结点,以适应高速、高精度和高可靠性要求的汽车电子系统环境。通过优化CAN总线接口和数据处理策略,整个系统能有效抵抗电磁干扰,提升通信效率,并保持良好的整体性能。
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S12X系列双核单片机的整车控制器系列双核单片机的整车控制器CAN结点设计结点设计
引言 高精度、高速度、高可靠性的混合动力汽车整车控制器是实现整车控制的基础。为了避免车载环境中
的电磁干扰,满足闭环控制系统的快速响应,整车控制器与其他控制器的通信采取CAN总线方式。CAN总线位
速率可达1 Mb/s,可以满足整车控制器与外界的高速通信。 Freeseal公司MC9S12XE(简称S12X)系列单
片机专门用于汽车网络和通用车身应用,具有32位单片机的性能,且具有16位MCU的所有优点和功效。内部的
增强型XGATE模块,允许高速数据自主地在单片机外设和内部RAM、I/O端口之间进行数据传输与处
理,XGATE内置有一个16位的精简指令集内核,可以对要传输的数据进行预处理并
引言引言
高精度、高速度、高可靠性的混合动力汽车整车控制器是实现整车控制的基础。为了避免车载环境中的电磁干扰,满足闭
环控制系统的快速响应,整车控制器与其他控制器的通信采取CAN总线方式。CAN总线位速率可达1 Mb/s,可以满足整车控制
器与外界的高速通信。
Freeseal公司MC9S12XE(简称S12X)系列单片机专门用于汽车网络和通用车身应用,具有32位单片机的性能,且具有
16位MCU的所有优点和功效。内部的增强型XGATE模块,允许高速数据自主地在单片机外设和内部RAM、I/O端口之间进行
数据传输与处理,XGATE内置有一个16位的精简指令集内核,可以对要传输的数据进行预处理并执行复杂的通信协议,易于
用C语言进行编程。合理地使用XGATE可以提高整车控制器与外界CAN总线的通信速度,而不增加主CPU(S12X CPU)的
中断负荷,从而提高了单片机的数据处理能力。
1 CAN总线硬件接口设计总线硬件接口设计
S12X双核单片机CAN总线结点接口原理图如图1所示。为了增强CAN总线节点的抗干扰能力,S12X单片机的CAN总线收
发引脚并不是直接与PCA82C250的TxD和RxD相连,而是通过高速光耦6N137后与PCA82C250相连,这样就很好地实现了总
线上各CAN总线结点间的电气隔离。
CANH和CANL引脚与地之间并联了两个电容C1、C2,可以滤除总线上的高频干扰,并具有一定的防电磁辐射的能力。另
外,在两根CAN总线输入端与地之间分别接了TVS管D1和D2,当两输入端与地之间出现瞬变干扰时,可起到保护作用。
2 CAN总线数据处理的基本流程总线数据处理的基本流程
S12X单片机利用XGATE进行CAN总线数据处理的流程如图2所示(执行顺序从左到右)。当S12X的MSCAN模块收到来
自CAN总线上的消息时,XGATE首先执行中断处理程序,其可以对数据进行预处理或独自处理,也可以将数据保存到合适的
内存缓冲区,以提交给主CPU(即S12X CPU)进行进一步操作。在XGATE上的代码执行期间,S12X CPU上的代码也一直
运行,这样在每100μs接收一帧CAN总线信息的情况下(这也是高速CAN总线的理论值),就可以有效地提高程序代码的性
能。尤其在对实时性要求较高的工业场合中,如进行混合动力汽车中的CAN总线通信等,有很大的应用价值。这些情况下,
闭环控制系统都需要快速的系统响应,以及合理有效地配置好XGATE,可以很好地满足控制系统的需要。MC9S12XE单片机的
结构配置在混合动力汽车控制系统的应用中具有很高的性价比。
3 XGATE的典型配置方法的典型配置方法
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