CN101559747A - 实现两路can过滤及转发的多功能汽车中央信息集成系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种实现两路CAN过滤及转发的多功能汽车中央信息集成系统，LCD显示的内容包括车辆运行状况和车身状态显示、导航定位显示及倒车后视显示；实现两路CAN之间数据过滤及转发的方法包括步骤：a.判断该CAN数据转发是否空闲，且在CAN信息FIFO缓冲区内是否有数据；若.f.则执行步骤e，否则，顺序执行下一步骤；b.从上述缓冲区读一帧数据，判断该数据帧是否要转发；若.f.则执行步骤d，否则，顺序执行下一过程；c.置转发忙标志位，并将该数据帧传给另一路CAN接口，发送该数据帧后，清转发忙标致位；返回上述步骤a；d.调整发送数据指针，处理该数据帧；e.按照帧定义在中央信息集成系统中执行相应控制显示，包括数据过滤及转发中参数组及相应的参数定义。

Description

实现两路CAN过滤及转发的多功能汽车中央信息集成系统
技术领域
本发明涉及了一种汽车中央信息集成系统，特别涉及一种包括车身CAN/动力CAN总线网桥功能、仪表功能、导航定位(GPS)功能、倒车后视功能于一体的多功能汽车中央信息集成系统。
背景技术
目前，从人机界面的显示功能上讲，我国的大部分汽车中央信息集成系统还停留在仪表显示的传统功能上，主要包括车速表、转速表、燃油表、水温表，行驶里程及各种报警指示灯。中高档汽车在仪表系统上配有中央信息显示屏来显示瞬时油耗、平均油耗、平均车速、续航里程、车门开闭状态、室内外温度及保养提示等信息，但后视功能、导航定位功能并没有在仪表系统上体现，而是独立于仪表系统被安置在中控台的另外一块显示屏上显示。
此外，从通讯角度讲，我国现有的汽车仪表系统包括不带任何通讯方式的传统仪表系统和带有局部通讯功能的仪表系统。在传统仪表系统中，需要采集开关量信号、模拟信号、频率变化和占空比变化的脉冲信号等电压信号。由于其自身的传输特性，使得仪表显示系统存在实时性差、精确度不高的特点。而且在仪表系统中所需要采集的信号数量很多，且传输方式是一对一的，导致信号采集电路繁多，也加大了脉冲信号容易被干扰的风险。另外一种带有局部通讯功能的仪表系统中，一部分输入信息来自直接从传感器转化成的电压信号，一部分来自车身总线，它是作为车身总线的一个节点，而来自高速CAN总线(动力总线)的信息需要独立于仪表系统的网关或是网桥来进行信息转换。
由于汽车中各种ECU对CAN网络上的信息传输延迟的敏感性差别很大，因此，电子燃油喷射控制器、自动变速控制器和防抱死制动系统控制器之间的协调关系所要求的实时性很强，诸如这类的控制器就要作为高速CAN总线(即动力CAN总线)的节点，而车灯控制器、门窗控制器、空调控制器之类的车身控制器对传输延迟的要求要宽松的多，可以作为低速总线(即车身CAN总线)的节点。
迄今为止，商业化的汽车仪表系统还不能实现集成高速CAN和低速CAN总线网桥、车辆运行状况和车身状态显示、GPS显示、倒车后视CCD显示于一身的功能。
发明内容
针对上述现有技术，本发明提供了一种实现两路CAN过滤及转发的多功能汽车中央信息集成系统，该系统可以在保证传输数据可靠性和驾驶员的可操作性的基础上，实现人机界面的高集成度和高智能性，并可通过调整电路参数适应各种类型的产品需求，在通用化、模块化、系列化程度上有所提高，从而简化生产工艺，降低制造成本。并使CAN网络中高速CAN和低速CAN总线之间通过网桥联系，基于任务优先级交换必要的信息，完成数据的共享。
为了解决上述技术问题，本发明中整车网络电子构架予以实现的技术方案是：该整车网络电子构架，包括动力总线节点和车身总线节点，所述动力总线节点由发动机ECU、自动变速箱ECU、ABS ECU和安全气囊ECU组成，所述车身总线节点由前车身控制ECU和后车身控制ECU组成；其中，所述前车身控制ECU负责采集车身传感器、组合开关信号及控制前车身执行器；所述后车身控制ECU负责控制后车身执行器；以汽车仪表系统为载体的中央信息集成系统联通动力总线节点和车身总线节点，所需数据均是通过两路CAN总线获得，以完成网络数据的过滤与转发、信息显示和信息存储；所述信息显示的内容包括车辆运行状况和车身状态显示及GPS显示和倒车后视显示，三种显示界面通过逻辑自动切换或手动按键切换。
本发明中，基于上述整车网络电子构架的多功能汽车中央信息集成系统，包括由车辆运行仪表子系统和车身状态仪表子系统构成的车辆仪表系统，所述车辆运行状态子系统和车身状态子系统分别通过CAN总线模块与MCU模块连接；用于系统供电的电源管理模块；所述MCU模块通过三极管驱动电路与背光LED驱动电路连接；所述MCU模块通过其输入输出端口依次与MCU接口和视频信号接口的转换模块及中央信息显示屏LCD连接，通过中央信息显示屏LCD显示车辆运行状况和车身状态；所述MCU模块通过输入输出端口还分别连接有视频切换模块及GPS模块，所述视频切换模块分别与所述GPS模块和所述MCU接口和视频信号接口的转换模块连接，所述视频切换模块还连接有倒车后视模块；所述中央信息显示屏LCD还具有GPS和倒车后视两路视频图像显示；所述CAN总线模块集成有高速CAN总线控制收发模块和低速CAN总线控制收发模块，由此构成CAN网桥模块。
本发明在中央信息集成系统中实现两路CAN总线之间数据过滤及转发的方法，包括步骤：a.判断该CAN数据转发是否空闲，且在CAN信息FIFO缓冲区内是否有数据；若.f.则执行步骤e，否则，顺序执行下一步骤；b.从上述缓冲区读一帧数据，判断该数据帧是否要转发；若.f.则执行步骤d，否则，顺序执行下一过程；c.置转发忙标志位，并将该数据帧传给另一路CAN接口，发送该数据帧后，清转发忙标致位；返回上述步骤a；d.调整发送数据指针，处理该数据帧；e.按照帧定义在该中央信息集成系统中执行相应控制显示，包括：(1)对于对应脉冲量、模拟量的CAN信息具有各自的数据范围，并均采用各自独立PGN的形式定义打包；(2)对于对应开关量的CAN信息，包括：将来自发动机ECU的信息集中在同一个PDU的数据场中；将来自ABS ECU的信息集中在同一个PDU的数据场中；将来自自动变速器ECU的信息集中在同一个PDU的数据场中；将来自安全气囊ECU的信息集中在同一个PDU的数据场中；将来自前BCM ECU的信息分别集中在两个PDU的数据场中，一个包含车身传感器、开关的信息，一个包含前灯组报警信息；将来自后BCM ECU的信息集中在同一个PDU的数据场中，包含后灯组报警信息。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明是以汽车仪表为载体的中央信息集成系统，该系统把导航定位功能、倒车后视功能和车辆运行状态显示功能都集中于仪表的中央信息显示屏中，可以通过仪表面板上的按键和从CAN总线上接收的信息来在三种界面中进行切换，因此，该系统框架与现有技术的方案相比在结构上更为简化，大大节省了制造成本和汽车中控台的空间。
在本发明中央信息集成系统中，把低速CAN/高速CAN的智能网桥模块整合在仪表系统中，和其他功能模块共用一个MCU模块完成系统的信息接收、转发和相应的显示功能，在保证数据传输的实时性和准确性的基础上，节省了板级成本。
附图说明
图1是本发明汽车中央信息集成系统与CAN总线网络的位置关系示意图；
图2是本发明多功能汽车中央信息集成系统框架图；
图3是图2所示多功能汽车中央信息集成系统的硬件框图；
图4是本发明多功能汽车中央信息集成系统外部及板上分级供电电路；
图5是本发明多功能汽车中央信息集成系统中的视频重建滤波电路；
图6是本发明多功能汽车中央信息集成系统中的GPS模块显示和倒车后视模块显示的两路视频切换电路；
图7是本发明多功能汽车中央信息集成系统中的报警指示LED驱动电路；
图8是本发明多功能汽车中央信息集成系统中的表针背光LED驱动电路；
图9是本发明多功能汽车中央信息集成系统中的表盘背光LED驱动电路；
图10是本发明多功能汽车中央信息集成系统中的光敏管的信号放大电路；
图11是本发明多功能汽车中央信息集成系统中的高速CAN、低速CAN报文处理流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细地描述。
如图1所示，本发明中整车网络电子构架，包括动力总线节点和车身总线节点，所述动力总线节点由发动机ECU、自动变速箱ECU、ABS ECU和安全气囊ECU组成，所述车身总线节点由前车身控制ECU和后车身控制ECU组成；其中，所述前车身控制ECU负责采集车身传感器、组合开关信号及控制前车身执行器；所述后车身控制ECU负责控制后车身执行器；以车辆仪表系统为载体的中央信息集成系统联通动力总线节点和车身总线节点，所需数据均是通过两路CAN总线获得，以完成网络数据的过滤与转发、信息显示和信息存储；所述信息显示的内容包括车辆运行状况和车身状态显示、GPS显示及倒车后视显示，三种显示界面通过逻辑自动切换或手动按键切换。
如图2所示，基于上述整车网络电子构架的多功能汽车中央信息集成系统，包括由车辆运行仪表子系统和车身状态仪表子系统构成的车辆仪表系统，所述车辆运行状态子系统和车身状态子系统分别通过CAN总线模块与MCU模块连接；用于系统供电的电源管理模块；所述MCU模块通过三极管驱动电路与背光LED驱动电路连接；所述MCU模块通过其输入输出端口依次与MCU接口和视频信号接口的转换模块及中央信息显示屏LCD连接，通过中央信息显示屏LCD显示车辆运行状况和车身状态；所述MCU模块通过输入输出端口还分别连接有视频切换模块及GPS模块，所述视频切换模块分别与所述GPS模块和所述MCU接口和视频信号接口的转换模块连接，所述视频切换模块还连接有倒车后视模块；所述中央信息显示屏可显示车辆运行状况和车身状态信息，包括诸如：总里程/单次里程/瞬时油耗/平均油耗/平均车速/续航里程/车门状态/时间/故障显示/保养提示/挡位指示，除此自外，所述中央信息显示屏LCD还具有GPS和倒车后视两路视频图像显示；所述CAN总线模块集成有高速CAN总线控制收发模块和低速CAN总线控制收发模块，由此构成CAN网桥模块。也就是说，所述CAN总线网桥模块整合在上述车辆仪表系统中，所述车辆运行仪表子系统通过动力总线接口与动力总线ECU连接，所述车辆运行子系统通过MCU PWM与四个步进电机连接，所述四个步进电机控制转速表、车速表、水温表和燃油表，该车辆运行子系统反映车辆的发动机转速、车速、水温、燃油液位、喷油量、发动机故障状态、机油压力状态、ABS状态、挡位状态、防盗锁止状态、充电系统状态、安全气囊状态、制动液位低状态和水温过高状态；所述车身状态仪表子系统通过车身总线接口与车身总线ECU连接，所述车身状态仪表子系统反映车辆的安全带状态、车门开启状态、行李箱开启状态、手制动状态、示宽灯状态、近光灯状态、远光灯状态、前后雾灯状态、转向灯状态、双闪灯状态和钥匙位置；如图2所示，所述MCU的SCI端口通过逻辑驱动控制近光指示灯；远光指示灯；前雾灯指示灯；后雾灯指示灯；发动机故障报警灯；低机油压力报警灯；防盗锁止系统指示灯；座椅安全带指示灯；ABS指示灯；手制动指示灯；制动液位低指示灯；左转向指示灯；右转向指示灯；水温过高报警灯；充电系统指示灯和安全气囊指示灯等16个报警指示LED。
由此可见，本发明中央信息集成系统作为CAN/CAN网桥，不仅可以从低速车身CAN总线上获取相关的车身状况信息，同时可以从动力总线上获取相关的动力、底盘系统运行参数和状况信息，并实现两路CAN之间的数据过滤及转发。结合本发明中整车系统的功能，车身CAN总线信息主要包括：安全带状态、车门开启状态、行李箱开启状态、手制动状态、示宽灯状态、近光灯状态、远光灯状态、前后雾灯状态、转向灯状态、双闪灯状态、钥匙位置等；动力CAN总线信息主要包括：发动机转速、车速、水温、燃油液位、喷油量、发动机故障状态、机油压力状态、SRS状态、ABS状态、挡位状态、防盗锁止状态、充电系统状态、制动液位低状态、水温过高状态等。中央信息集成系统具有智能性，可对从总线上获取的数据进行处理、计算、分析、判断，实施各种实时控制和信息显示。信息显示采用步进电机、中央信息显示屏、LED、蜂鸣器的方式。转速表、车速表、水温表、燃油表采用步进电机驱动指针显示；瞬时油耗等车辆状态信息以及GPS、倒车后视视频信息都可在中央信息显示屏上通过自动或手动切换显示。在故障状态下，总线式数字仪表自动将当前的状态进行存储，数据存入FLASH，可掉电保存并可在中央信息显示屏上进行查询。各种状况信息通过LED给出各种警示、指示信息。系统具有诊断接口K线，可通过专用设备与计算机相连并上传数据，以利于进一步分析。表盘背光采用自动感应和手动调节相结合的形式。中央信息集成系统在设计过程中采用了模块化方式，将系统划分成不同的功能模块，实现了系统结构的通用化、系列化。软件的设计采用参数化方式，保证了模块的可移植性，通过后台支撑软件对其进行不同的参数设置，在不改变硬件结构的情况下，可适应各种显示屏和表盘量程的个性化需求，大大降低了生产的复杂度。
下面详细说明本发明中央信息集成系统中各模块的构成及工作原理：
MCU模块
如图3所示，所述MCU模块采用瑞萨公司生产H8SX/1544。中央信息集成系统作为网关或是网桥，会有大量不必要的数据流动，为弄清很多这样的数据流和选择必要的数据，就需要高速数据处理器。H8SX/1544拥有低功耗、高性能的32位CPU。此外，中央信息显示屏的数据量很大，故而MCU要使用大容量闪存。H8SX/1544内置了512Kb的闪存和24Kb的SRAM。标准片上外设包括2路CAN控制器、6路步进电机PWM控制器、16位定时器、UART/时钟同步串行接口、声音发生器等。同时加入了SPI、IIC总线接口、10位A/D转换器、8位D/A转换器。最高工作频率为40MHz。
电源管理模块
本发明中电源管理模块控制系统外部的两路供电和板上供电，其电路构成如图4所示，即：二极管VD1和二极管VD2并联，其正极与蓄电池正极相连，其负极与板上+12V(B)的端口连接。二极管VD3的正极接地，其负极与蓄电池正极相连；五个二极管VD4、VD5、VD6、VD7和VD8并联后，其正极与发电机输出正电压相连，其负极分别与板上+12V(E)、+12V(D)、+12V(C)、+12V(B)、+12V(A)的端口连接；该电路中设置有分别用于过滤供电上的低频、高频干扰的电容C1和电容C2及电容C3和电容C4，其中，C1、C4为极性电容；系统外部供电分为两路：一路是常电C+12，即蓄电池供电；一路是点火后供电D+12，即发动机工作后，系统供电由蓄电池供电转变为发电机的输出电压提供。板上供电又由2路分成5路，分别为：为MCU供电及系统上电自检、里程存储、电机回位所需的+12V，如图4所示的+12V(B)：表针背光所需+12V如图4所示的+12V(C)；表盘背光所需+12V图4所示的+12V(D)；报警指示LED所需+12V，如图4所示的+12V(E)；板上其他芯片或电路所需+12V如图4所示的+12V(A)。此外，当发动机工作后，发电机的输出电压的电位比蓄电池电位要稍高一些，所以根据二极管的特性，此时+12V(B)由发电机输出电压提供，从而节省蓄电池电量。本发明MCU及板上其他芯片所需5V供电采用英飞凌公司生产的TLE4270和TLE4279两款稳压芯片。TLE4279最大的输入电压为+45V，可提供150mA的连续输出电流，具有低漏电压、RESET门槛值可调的特点，其输入端为+12V(B)，输出+5V只为MCU供电。TLE4270最大的输入电压为+42V，可提供650mA的连续输出电流，具有低漏电压、RESET时间可调的特点，其输入端为+12V(A)，输出+5V为板上其他芯片或电路供电。
CAN通讯模块
如图3所示，本发明中央信息集成系统选用的MCU已集成有CAN控制器，只需配备相应的CAN收发器即可。在动力总线接口方面，需要高速的CAN收发器，选用NXP的PCA82C250，其最大可达到1MB的通讯速率，具有很好的EMI特性。在车身总线接口方面，需要低速的CAN收发器，选用NXP的TJA1054，其最大可达到125KB的通讯速率，具有很好的EMI特性。
步进电机模块
如图3所示，本中央信息集成系统选用的MCU已集成了6路步进电机控制器，其中4路可直接通过寄存器设置完成24微步的功能。分别控制车速表、转速表、水温表和燃油表。选用VID-23型步进电机。
中央信息显示屏模块
如图3所示，所述中央信息显示屏驱动模块采用VMC256，它具有两种显示通道：模拟视频信号(CVBS)通道和MCU数字显示通道。通过MCU对其相应寄存器进行设置实现两种显示通道的切换。视频信号通道接受的是复合视频信号，在LCD上显示的是真彩色；MCU通道以8位数据总线方式和MCU接口，可以显示256种颜色。可直接接收行列坐标值，不需要计算显存地址。本控制器采用512K SRAM高速缓存，显示容量大，对于320×234的TFT模拟屏，可以缓存4页显示内容。另外还具有地址自动加1功能，对于图片显示具有极高的速度。
中央信息显示屏模块与MCU通讯接口
采用I/O模拟8位数据总线方式完成读写操作，将各数据信息实时在显示屏中显示。显示256色时，每字节显示一个象素，数据格式定义如下：DB7(R2，红色高位)，DB6(R1)，DB5(R0，红色低位)，DB4(G2，绿色高位)，DB3(G1)，DB2(G0，绿色低位)，DB1(B1，蓝色高位)，DB1(B0，蓝色低位)。在此接口模式下，中央信息显示屏可以实时显示瞬时油耗等车辆运行状况信息及车门开闭等车身状态信息。
中央信息显示屏模块与GPS、CCD视频信号通讯接口
视频输入端口可接收CVBS式模拟信号，并把GPS和CCD两路视频信号经过视频切换电路后在中央信息显示屏上显示视频图像。所述GPS模块采用GB102，具有模拟RGB、CVBS、YC视频输出格式选择；320×240、400×234或480×234视频输出分辨配置；左右声道立体声输出；四线电阻式触摸屏接口和SD存储卡接口；所述CCD模块采用12V供电及CVBS式彩色摄像头。
数字的视频信号转换成模拟信号会产生毛刺噪声，这些毛刺噪声属于带外杂散信号，会对图像产生干扰，所以数字视频经过DAC转换后需要增加视频重建滤波器。本系统设计的视频重建滤波器，如图5所示，所述MCU接口和视频信号接口的转换模块中的视频输入端口接收两路CVBS式模拟信号，并经过两路视频切换电路在显示屏上显示视频图像；数字视频信号转换成模拟信号后经过视频重建滤波器进行信号滤波处理，该视频重建滤波器的电路是：电容C7与电感L1并联后一端与CCD的视频输出端相连，一端与MAX4567的NC1相连，电容C8和电容C9一端接地，另一端分别连接到上述电感L1的两端。
如图6所示，所述GPS模块显示和倒车后视模块显示的两路视频切换电路中的视频切换芯片采用MAXIM公司生产的MAX4567，它是双路、低电压、双向射频/视频转换开关，其最大信号频率可达350MHZ；在该视频切换芯片的接口模式下，中央信息显示屏显示GPS和CCD两路视频信号，并通过倒挡信号自动切换到CCD后视图像或手动按钮以实现上述两路视频的切换。
报警指示LED、背光LED驱动模块
由于报警指示LED数量较多，为节省MCU I/O资源，选用德州仪器生产的串转并芯片TPIC6B595，具有8路输出，每路150m A的驱动能力。报警指示LED驱动电路，如图7所示。系统上电自检LED所需的+12V由+12V(B)提供，其余LED所需的+12V由+12V(E)提供。本系统使用2片TPIC6B595实现级联，利用5个MCU I/O实现16个LED的控制功能，满足了系统中报警指示LED量的需求。
本发明中，所述MCU模块的PWM输出端口通过三极管驱动电路与背光LED驱动电路连接，所述背光LED驱动电路分为表针背光LED驱动电路和表盘背光LED驱动电路；如图8所示，所述表针背光驱动电路构成是：NPN型三级管VT7基极经过R30与MCU的PWM输出端口TIOCA0相连，发射极到地，集电极经过一电阻R31与PNP型三级管VT8的基极相连，PNP型三级管VT8的发射极与二级管VD35的负极相连，其正极接电+12V(C)，PNP型三级管VT8的集电极经基极电阻分别与NPN型三级管VT9和NPN型三级管VT10的基极相连；当PNP型三级管VT8导通时，+12V(C)经电容R32与电阻R33并联再与电阻R34分压后控制NPN型三级管VT9的导通，从而控制串在NPN型三级管VT9集电极的LED；另一路NPN型三级管VT10同理。如图9所示，所述表盘背光驱动电路的构成是：NPN型三级管VT13的基极经一电阻R43与MCU PWM输出端口TIOCB0相连，其发射极到地，其集电极经一电阻R46与PNP型三级管VT14的基极相连，其发射极接电+12V(D)，集电极经过LED与回路电阻后到地。
表针背光和表盘背光的亮度调节原理均是利用MCU产生占空比可调的PWM，控制三级管集电极、发射极的导通程度，从而改变LED亮度。PWM占空比越大，LED亮度越大。串联在LED回路中的电阻均采用两个1812封装、1/2W的电阻并联的形式，防止为保证LED亮度电阻功率不够而导致发热的情况。其中，表针背光LED所需+12V由+12V(C)提供；表盘背光LED所需+12V由+12V(D)提供。
自动背光模块
采用光敏二级管感应环境光强度，经过信号放大电路后，使MCU模块获得不同的电压值，MCU模块根据此电压信号调节背光LED的亮度；在打开示宽灯之前，自动调节背光起作用，一旦示宽灯打开后，转换为手动调节；所述信号放大电路的结构，如图10所示，光敏二极管VT1正极接+5V电，其负极与一电阻R24相连后到地，并且将负极连接到一运算放大器LM358的正向输入端，该运算放大器LM358的负向输入端与R25相连后到地，电阻R24的两端分别与该运算放大器LM358的负向输入端和输出端相连，一二级管VD10的正极与该运算放大器LM358的输出端相连，该二级管VD10的负极连接到MCU模块的模拟信号输入端口。
在本发明的中央信息集成系统中实现两路CAN之间数据过滤及转发的方法，即：本发明中高速CAN、低速CAN报文处理流程图如图11所示，包括以下步骤：
a.判断该CAN数据转发是否空闲，且在CAN信息FIFO缓冲区内是否有数据；若.f.则执行步骤e，否则，顺序执行下一步骤；
b.从上述缓冲区读一帧数据，判断该数据帧是否要转发；若.f.则执行步骤d，否则，顺序执行下一过程；
c.置转发忙标志位，并将该数据帧传给另一路CAN接口，发送该数据帧后，清转发忙标致位；返回上述步骤a；
d.调整发送数据指针，处理该数据帧；
e.按照帧定义在该中央信息集成系统中执行相应控制显示。
本发明中的多功能汽车中央信息集成系统作为网桥节点要接收广播数据帧、需要被转发的数据帧以及目标地址为本节点地址的数据帧三种数据帧。对应于要接收的3种数据帧，分别设置了3个接收滤波器。本发明整车网络电子构架中，动力CAN和车身CAN的数据帧格式都是相同的。因此，采用直接转发方式。CPU采用中断方式接收两个CAN控制器的报文，同时采用了FIFO机制管理内部的接收缓冲区。FIFO缓冲区共有两个指针，即：接收数据指针和发送数据指针。当两指针不相等时即证明缓冲区中存有有效数据。若此时CPU空闲，就从缓冲区读出一帧数据并通过接受滤波器判断该数据帧是否需要被转发到另一路CAN接口，若需要则在置转发忙标志位后传输该数据，然后清转发忙标志位并循环再次判断缓冲区中是否存有有效数据。若该数据帧不需要被转发，则调整发送数据指针，按照表1、表2、表3、表4、表5、表6、表7和表8所制定的参数定义整理该数据帧，并根据整理后各信息对应的数据在中央信息集成系统中执行控制或显示操作。数据缓冲区接收数据指针的调整是通过接收中断子程序实现的，而发送数据指针的调整则是通过发送中断子程序实现。
CAN/CAN网桥的主要功能是实现两路CAN之间的数据过滤及转发。根据仪表功能和网桥功能各自的特点，本发明在软件设计方面的原则包括：在不进行诊断时，系统不向动力总线发送数据；对不同优先级的数据采取不同的响应方式；正常情况下，车身CAN总线的负载率小于20％；当检测到车身CAN总线负载率超过20％时，通过发送相关关闭指令，暂停部分数据的传输；增加软件去抖功能，防止由于开关抖动增加总线负载。
本协议的通信物理层和数据链路层符合CAN2.0B，高速CAN的ID采用250bps的扩展帧，低速CAN的ID采用100bps的扩展帧，应用层协议采用J1939的定义方式，根据ID值越小优先级越高的特性，在上述步骤e中按照帧定义执行相应控制显示，包括以下操作：对于对应脉冲量、模拟量的CAN信息来说，具有各自的数据范围，都采用各自独立PGN的形式定义打包，如表1所示。而对于对应开关量的CAN信息来说，将来自发动机ECU的信息集中在同一个PDU的数据场中，如表2所示；将来自ABS ECU的信息集中在同一个PDU的数据场中，如表3所示；将来自自动变速器ECU的信息集中在同一个PDU的数据场中，如表4所示；将来自安全气囊ECU的信息集中在同一个PDU的数据场中，如表5所示；将来自前BCM ECU的信息分别集中在两个PDU的数据场中，一个包含车身传感器、开关的信息，如表6所示，一个包含前灯组报警信息，如表7所示；将来自后BCM ECU的信息集中在同一个PDU的数据场中，包含后灯组报警信息，如表8所示。
表1至表8是本发明中央信息集成系统中实现两路CAN之间的数据过滤及转发中参数组及相应的参数定义。表1至表8中，发动机ECU SA为02，ABS ECU SA为03，自动变速器ECU SA为04，安全气囊ECU SA为05，中央信息集成系统ECU SA为07，前BCM ECU SA为08，后BCM ECU SA为09。本发明的中央信息集成系统各种显示所需的数据均来自两路CAN总线，实现两路CAN数据的过滤与转发，并不负责直接采集传感器信号或开关信号，所以在参数定义中并没有涉及SA为07的情况。表1示出了脉冲量、模拟量：
表1
信号 P DP PF PS SA PGN 数据长度 数据分配 分辨率 数据范围 偏移量 传送速率
  发动机转速   3   0   FF   02   02   65282(00ff02)   2byte   BYTE0(高8位)BYTE1(低8位)   0.125rpm/bit   0～8191.875rpm   0   100ms
  车速   3   0   FF   03   03   65283(00ff03)   2byte   BYTE0(高8位)BYTE1(低8位)   1/256km/h/bit   0～255.996km/h   0   100ms
  冷却液温度   7   0   FF   05   02   65285(00ff05)   1byte   BYTE0   1℃/bit   -40～210℃   -40   1s
  燃油液位   7   0   FF   06   02   65286(00ff06)   1byte   BYTE0   0.5L/bit   0～127.5L   0   1s
  瞬时燃油效率   6   0   FF   07   02   65287(00ff07)   2byte   BYTE0(高8位)BYTE1(低8位)   1/512L/100km/bit   0～127.998L   0   100ms
  平均燃油效率   6   0   FF   07   02   65287(00ff07)   2byte   BYTE2(高8位)BYTE3(低8位)   1/512L/100km/bit   0～127.998L   0   100ms
  驾驶室内温度   6   0   FF   08   08   65288(00ff08)   2byte   BYTE0(高8位)BYTE1(低8位)   1/32℃/bit   -273～1774.0℃   -273   1s
其中：P-优先级，DP-数据页位，PF-PDU格式，PS-PDU细节，SA-源地址，PGN-参数组编号，PDU-协议数据单元；参数实际值＝总线上传送的数值*分辨率+偏移量。
表2示出了开关量信号1；
表2
Figure A20091006904900191
其中：P＝7，DP＝0，PF＝FF，PS＝09，SA＝02，PGN＝65289(00ff09)，传送速率：有变化就发送。
表3示出了开关量信号2；
表3
Figure A20091006904900192
其中：P＝7，DP＝0，PF＝FF，PS＝0A，SA＝03，PGN＝65290(00ff0a)，传送速率：有变化就发送。
表4示出了开关量信号3；
表4
Figure A20091006904900193
其中：P＝7，DP＝0，PF＝FF，PS＝0B，SA＝04，PGN＝65291(00ff0b)，传送速率：有变化就发送。
表5示出了开关量信号4；
表5
Figure A20091006904900201
其中：P＝7，DP＝0，PF＝FF，PS＝0C，SA＝05，PGN＝65292(00ff0c)，传送速率：有变化就发送。
表6示出了开关量信号5；
表6
Figure A20091006904900202
其中：P＝7，DP＝0，PF＝FF，PS＝0D，SA＝08，PGN＝65293(00ff0d)，传送速率：有变化就发送。
表7示出了开关量信号6；
表7
Figure A20091006904900211
其中：P＝7，DP＝0，PF＝FF，PS＝0E，SA＝08，PGN＝65294(00ff0e)，传送速率：有变化就发送。
表8示出了开关量信号7；
表8
Figure A20091006904900212
其中：P＝7，DP＝0，PF＝FF，PS＝0F，SA＝09，PGN＝65295(00ff0f)，传送速率：有变化就发送。
尽管上面结合图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以作出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (9)

1.一种整车网络电子构架，包括动力总线节点和车身总线节点，所述动力总线节点由发动机ECU、自动变速箱ECU、ABS ECU和安全气囊ECU组成，所述车身总线节点由前车身控制ECU和后车身控制ECU组成；其中，所述前车身控制ECU负责采集车身传感器、组合开关信号及控制前车身执行器；所述后车身控制ECU负责控制后车身执行器；其特征在于：
以汽车仪表系统为载体的中央信息集成系统联通动力总线节点和车身总线节点，所需数据均是通过两路CAN总线获得，以完成网络数据的过滤与转发、信息显示和信息存储；
所述信息显示的内容包括车辆运行状况和车身状态显示及GPS显示和倒车后视显示，三种显示界面通过逻辑自动切换或手动按键切换。
2.一种基于权利要求1所述整车网络电子构架的多功能汽车中央信息集成系统，包括由车辆运行仪表子系统和车身状态仪表子系统构成的车辆仪表系统，所述车辆运行状态子系统和车身状态子系统分别通过CAN总线模块与MCU模块连接；用于系统供电的电源管理模块；所述MCU模块通过三极管驱动电路与背光LED驱动电路连接；
其特征在于：
所述MCU模块通过其输入输出端口依次与MCU接口和视频信号接口的转换模块及中央信息显示屏LCD连接，通过中央信息显示屏LCD显示车辆运行状况和车身状态；
所述MCU模块通过输入输出端口还分别连接有视频切换模块及GPS模块，所述视频切换模块分别与所述GPS模块和所述MCU接口和视频信号接口的转换模块连接，所述视频切换模块还连接有倒车后视模块；所述中央信息显示屏LCD还具有GPS和倒车后视两路视频图像显示；
所述CAN总线模块集成有高速CAN总线控制收发模块和低速CAN总线控制收发模块，由此构成CAN网桥模块。
3.根据权利要求2所述的多功能汽车中央信息集成系统，其特征在于：
所述电源管理模块控制系统外部的两路供电和板上供电，其电路构成是：二极管VD1和二极管VD2并联，其正极与蓄电池正极相连，其负极与板上+12V(B)的端口连接；二极管VD3的正极接地，其负极与蓄电池正极相连；五个二极管VD4、VD5、VD6、VD7和VD8并联后，其正极与发电机输出正电压相连，其负极分别与板上+12V(E)、+12V(D)、+12V(C)、+12V(B)、+12V(A)的端口连接；该电路中设置有分别用于过滤供电上的低频、高频干扰的电容C1和电容C2及电容C3和电容C4，其中，C1、C4为极性电容；
上述系统外部的两路供电电路，其中：一路是常电C+12，采用蓄电池供电；另一路是点火后供电D+12，发动机工作后，系统供电由蓄电池供电转变为发电机的输出电压提供；
上述板上供电由2路分成5路，分别为：为MCU供电及系统上电自检、里程存储、电机回位所需的+12V(B)、表针背光所需+12V(C)、表盘背光所需+12V(D)、报警指示LED所需+12V(E)及板上其他芯片或电路所需+12V(A)；当发动机工作后，发电机的输出电压的电位比蓄电池电位要稍高一些，所以根据二极管的特性，此时，为MCU供电及系统上电自检、里程存储和电机回位所需的+12V(B)由发电机输出电压提供；
所述MCU模块及板上其他芯片所需5V供电采用英飞凌公司生产的TLE4270和TLE4279两款稳压芯片；TLE4279可提供150mA的连续输出电流，输入端为+12V(B)，输出+5V为所述MCU模块供电；TLE4270可提供650mA的连续输出电流，其输入端为+12V(A)，输出+5V为板上其他芯片或电路供电。
4.根据权利要求2所述的多功能汽车中央信息集成系统，其特征在于：
所述MCU接口和视频信号接口的转换模块中的MCU端口接收MCU数据总线信号完成读写操作，将各数据信息实时在显示屏中显示；所述MCU接口和视频信号接口的转换模块中的视频输入端口接收经过两路视频切换电路后的CVBS式模拟信号，在显示屏上显示视频图像；数字视频信号转换成模拟信号后经过视频重建滤波器进行信号滤波处理，该视频重建滤波器的电路是：电容C7与电感L1并联后一端与倒车后视视频的输出端相连，一端与MAX4567的NC1相连，电容C8和电容C9一端接地，另一端分别连接到上述电感L1的两端；
用于切换GPS和倒车后视两路视频图像显示的视频切换电路中的视频切换芯片采用MAXIM公司生产的MAX4567；在该视频切换芯片的接口模式下，通过倒挡信号自动切换到倒车后视图像或手动按键以实现上述两路视频的切换。
5.根据权利要求2所述的多功能汽车中央信息集成系统，其特征在于：
所述MCU模块通过SCI端口和逻辑驱动模块控制报警指示LED，所述逻辑驱动模块采用级联方式，使用2片TPIC6B595实现级联，利用5个MCU I/O实现16个LED的控制功能，以满足系统中报警指示LED量的需求；
所述背光LED驱动电路分为表针背光LED驱动电路和表盘背光LED驱动电路；
所述表针背光驱动电路构成是：NPN型三级管VT7基极经过R30与MCU的PWM输出端口TIOCA0相连，发射极到地，集电极经过一电阻R31与PNP型三级管VT8的基极相连，PNP型三级管VT8的发射极与二级管VD35的负极相连，其正极接电+12V(C)，PNP型三级管VT8的集电极经基极电阻分别与NPN型三级管VT9和NPN型三级管VT10的基极相连；当PNP型三级管VT8导通时，+12V(C)经电容R32与电阻R33并联再与电阻R34分压后控制NPN型三级管VT9的导通，从而控制串在NPN型三级管VT9集电极的LED；另一路NPN型三级管VT10同理；
所述表盘背光驱动电路的构成是：NPN型三级管VT13的基极经一电阻R43与MCUPWM输出端口TIOCB0相连，其发射极到地，其集电极经一电阻R46与PNP型三级管VT14的基极相连，其发射极接电+12V(D)，集电极经过LED与回路电阻后到地。
6.根据权利要求2所述的多功能汽车中央信息集成系统，其特征在于：
由光敏二级管感应环境光强度，经过信号放大电路后，使MCU模块获得不同的电压值，MCU模块根据此电压信号调节背光LED的亮度；在打开示宽灯之前，自动调节背光起作用，一旦示宽灯打开后，转换为手动调节；所述信号放大电路的结构是：光敏二极管VT1正极接+5V电，其负极与一电阻R24相连后到地，并且将负极连接到一运算放大器LM358的正向输入端，该运算放大器LM358的负向输入端与R25相连后到地，电阻R24的两端分别与该运算放大器LM358的负向输入端和输出端相连，一二级管VD10的正极与该运算放大器LM358的输出端相连，该二级管VD10的负极连接到MCU模块的模拟信号输入端口。
7.根据权利要求2所述的多功能汽车中央信息集成系统，其特征在于：
所述车辆运行子系统通过MCU PWM与四个步进电机连接，所述四个步进电机控制所述车辆运行子系统，以反映车辆的发动机转速、车速、水温、燃油液位、喷油量、发动机故障状态、机油压力状态、ABS状态、挡位状态、防盗锁止状态、充电系统状态、安全气囊状态、制动液位低状态和水温过高状态；
所述车身状态仪表子系统反映车辆的安全带状态、车门开启状态、行李箱开启状态、手制动状态、示宽灯状态、近光灯状态、远光灯状态、前后雾灯状态、转向灯状态、双闪灯状态和钥匙位置。
8.一种在中央信息集成系统中实现两路CAN总线之间数据过滤及转发的方法，其特征在于：包括步骤：
a.判断该CAN数据转发是否空闲，且在CAN信息FIFO缓冲区内是否有数据；若.f.则执行步骤e，否则，顺序执行下一步骤；
b.从上述缓冲区读一帧数据，判断该数据帧是否要转发；若.f.则执行步骤d，否则，顺序执行下一过程；
c.置转发忙标志位，并将该数据帧传给另一路CAN接口，发送该数据帧后，清转发忙标致位；返回上述步骤a；
d.调整发送数据指针，处理该数据帧；
e.按照帧定义在该中央信息集成系统中执行相应控制显示，包括：
(1)对于对应脉冲量、模拟量的CAN信息具有各自的数据范围，并均采用各自独立PGN的形式定义打包；
(2)对于对应开关量的CAN信息，包括：
将来自发动机ECU的信息集中在同一个PDU的数据场中；
将来自ABS ECU的信息集中在同一个PDU的数据场中；
将来自自动变速器ECU的信息集中在同一个PDU的数据场中；
将来自安全气囊ECU的信息集中在同一个PDU的数据场中；
将来自前BCM ECU的信息分别集中在两个PDU的数据场中，一个包含车身传感器、开关的信息，一个包含前灯组报警信息；
将来自后BCM ECU的信息集中在同一个PDU的数据场中，包含后灯组报警信息。
9.根据权利要求8所述的在中央信息集成系统中实现两路CAN之间数据过滤及转发的方法，其特征在于：
步骤e(1)对于对应脉冲量、模拟量的CAN信息具有各自的数据范围，并均采用各自独立PGN的形式定义打包；其中，脉冲量和模拟量的定义是：
  信号  P   DP   PF   PS   SA   PGN  数据长度   数据分配   分辨率   数据范围   偏移量   传送速率   发动机转速  3   0   FF   02   02   65282(00ff02)  2byte   BYTE0(高8位)BYTE1(低8位)   0.125rpm/bit   0～8191.875rpm   0   100ms   车速  3   0   FF   03   03   65283(00ff03)  2byte   BYTE0(高8位)BYTE1(低8位)   1/256km/h/bit   0～255.996km/h   0   100ms   冷却液温度  7   0   FF   05   02   65285(00ff05)  1byte   BYTE0   1℃/bit   -40～210℃   -40   1s   燃油液位  7   0   FF   06   02   65286(00ff06)  1byte   BYTE0   0.5L/bit   0～127.5L   0   1s   瞬时燃油效率  6   0   FF   07   02   65287(00ff07)  2byte   BYTE0(高8位)BYTE1(低8位)   1/512L/100km/bit   0～127.998L   0   100ms   平均燃油效率  6   0   FF   07   02   65287(00ff07)  2byte   BYTE2(高8位)BYTE3(低8位)   1/512L/100km/bit   0～127.998L   0   100ms   驾驶室内温度  6   0   FF   08   08   65288(00ff08)  2byte   BYTE0(高8位)BYTE1(低8位)   1/32℃/bit   -273～1774.0℃   -273   1s
其中：P-优先级，DP-数据页位，PF-PDU格式，PS-PDU细节，SA-源地址，PGN-参数组编号，PDU-协议数据单元；参数实际值＝总线上传送的数值*分辨率+偏移量；
步骤e(2)对于对应开关量的CAN信息，包括：
将来自发动机ECU的信息集中在同一个PDU的数据场中；
即：开关量信号1为：
Figure A2009100690490006C1
其中：P＝7，DP＝0，PF＝FF，PS＝09，SA＝02，PGN＝65289(00ff09)，传送速率：有变化就发送；
将来自ABS ECU的信息集中在同一个PDU的数据场中；
即：开关量信号2为：
Figure A2009100690490006C2
其中：P＝7，DP＝0，PF＝FF，PS＝0A，SA＝03，PGN＝65290(00ff0a)，传送速率：有变化就发送；
将来自自动变速器ECU的信息集中在同一个PDU的数据场中；
即：开关量信号3为：
Figure A2009100690490006C3
其中：P＝7，DP＝0，PF＝FF，PS＝0B，SA＝04，PGN＝65291(00ff0b)，传送速率：有变化就发送；
将来自安全气囊ECU的信息集中在同一个PDU的数据场中；
即：开关量信号4为：
其中：P＝7，DP＝0，PF＝FF，PS＝0C，SA＝05，PGN＝65292(00ff0c)，传送速率：有变化就发送；
将来自前BCM ECU的信息分别集中在两个PDU的数据场中，一个包含车身传感器、开关的信息，以开关量信号5表示，另一个包含前灯组报警信息，以开关量信号6表示；
即：开关量信号5为：
Figure A2009100690490007C2
其中：P＝7，DP＝0，PF＝FF，PS＝0D，SA＝08，PGN＝65293(00ff0d)，传送速率：有变化就发送；
开关量信号6为：
Figure A2009100690490008C1
其中：P＝7，DP＝0，PF＝FF，PS＝0E，SA＝08，PGN＝65294(00ff0e)，传送速率：有变化就发送；
将来自后BCM ECU的信息集中在同一个PDU的数据场中，包含后灯组报警信息；
即：开关量信号7为：
其中：P＝7，DP＝0，PF＝FF，PS＝0F，SA＝09，PGN＝65295(00ff0f)，传送速率：有变化就发送。
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