CN103001841B - 一种汽车总线系统 - Google Patents

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Abstract

本发明适用于汽车局域网技术领域，提供了一种汽车总线系统，包括一主控制单元以及至少一从控制单元，主控制单元和从控制单元之间、以及从控制单元相互之间通过总线连接，主控制单元或从控制单元进一步包括一接收驱动单元、接收状态机单元、处理单元、发送状态机单元以及发送驱动单元，其中，接收驱动单元的驱动方式不同于现有的单端驱动方式，而采用差分驱动方式，从而提高了系统的抗干扰能力、使得接收驱动单元输出的数据可靠性增强。

Description

一种汽车总线系统
技术领域
本发明属于汽车局域网技术领域，尤其涉及一种应用于汽车的总线系统。
背景技术
汽车总线系统是指通过某种通信协议，将汽车中的各电控单元、传感器、智能仪表等功能单元连接起来的一种汽车内部局域网络系统。其在减少了车内线束的同时，实现了各功能单元的信息共享，提高了汽车运行的可靠性及可维护性。
控制器局域网(ControllerAreaNetwork，CAN)总线系统是目前广泛应用的汽车总线系统。CAN总线系统属于多路传输系统的一种，支持分布式控制及实时控制，具有低成本、高实时处理能力等优点。
现有技术提供的应用于汽车的CAN总线系统由于需传输的数据一般是控制数据，数据量小，因此采用低速运行设计。而随着汽车中音视频功能的普及，需要应用于汽车的CAN总线系统必须具备传输大量数据的能力，但现有技术提供的应用于汽车的CAN总线系统不具备承担大量数据可靠传输的能力。
发明内容
本发明的目的在于提供一种汽车总线系统，旨在解决现有技术提供的应用于汽车的CAN总线系统由于采用低速运行设计，不具备承担大量数据可靠传输的能力的问题。
本发明是这样实现的，一种汽车总线系统，包括一主控制单元以及至少一从控制单元，所述主控制单元和从控制单元之间、以及所述从控制单元相互之间通过总线连接，所述主控制单元或从控制单元进一步包括一接收驱动单元、接收状态机单元、处理单元、发送状态机单元以及发送驱动单元，所述接收驱动单元采用差分驱动方式接收经所述总线发送的数据包。
本发明实施例提供的汽车总线系统中，接收驱动单元的驱动方式不同于现有的单端驱动方式，而采用差分驱动方式，从而提高了系统的抗干扰能力、使得接收驱动单元输出的数据可靠性增强。
附图说明
图1是现有技术提供的汽车总线系统的原理图；
图2是图1中主控制单元或从控制单元的结构图；
图3是本发明实施例提供的汽车总线系统中，接收驱动单元的电路图；
图4是本发明实施例提供的汽车总线系统中，发送状态机单元的结构图；
图5是本发明实施例提供的汽车总线系统中，接收状态机单元的结构图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提供的汽车总线系统中，接收驱动单元的驱动方式不同于现有的单端驱动方式，而采用差分驱动方式。
一般地，现有技术提供的汽车总线系统包括一主控制单元以及连接该主控制单元的至少一个从控制单元，主控制单元和从控制单元之间、以及从控制单元相互之间通过总线连接，如图1所示，其中的总线可以是现有各种具有数据传输能力的总线，如：CAN总线，本地互连网络(LocalInterconnectNetwork，LIN)总线，车辆局域网(VehicleAreaNetwork，VAN)总线等。具体地，如图2所示，主控制单元或从控制单元包括：连接总线的接收驱动单元，用于接收其它从控制单元或主控制单元通过总线发送的数据包；接收状态机单元，用于将接收驱动单元接收到的数据包的串行数据转换成并行数据后输出；处理单元，用于将接收状态机单元输出的并行数据进行处理后，控制汽车内相应的功能单元动作，并将汽车内功能单元发出的并行数据处理后输出；发送状态机单元，用于将处理单元输出的并行数据转换成串行数据后输出；发送驱动单元，用于将发送状态机单元输出的串行数据发送到总线上。其中的数据包结构可以包括：起始位，标示符，数据长度符，数据本身，校验位，响应符，以及结束位；在主控制单元和各从控制单元中的多个同时发送数据包时，标识符较小的数据包及发送该数据包的控制单元获得总线的优选使用权。
由于现有技术采用的低速运行设计中，接收驱动单元是采用单端驱动方式，其抗干扰能力差、使得接收驱动单元输出的数据可靠性差，为此，本发明实施例中，接收驱动单元采用差分驱动方式接收经总线发送的数据包，如图3示出了本发明实施例提供的汽车总线系统中，接收驱动单元的电路，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。
本发明实施例提供的汽车总线系统中，接收驱动单元包括：差分放大器A1、电阻R1、电阻R2、NPN型绝缘栅双极型晶体管(InsulatedGateBipolarTransistor)Q1、NPN型绝缘栅双极型晶体管Q2、以及一驱动单元。
其中，差分放大器A1的同相输入端连接总线的正极线缆，同时通过电阻R1连接一直流电VDD，并同时连接NPN型绝缘栅双极型晶体管Q1的集电极，NPN型绝缘栅双极型晶体管Q1的栅极连接一直流电VDD；差分放大器A1的反相输入端连接总线的负极线缆，同时通过电阻R2连接一直流电VDD，并同时连接NPN型绝缘栅双极型晶体管Q2的集电极，NPN型绝缘栅双极型晶体管Q2的栅极连接驱动单元；NPN型绝缘栅双极型晶体管Q1的发射极及NPN型绝缘栅双极型晶体管Q2的发射极连接等电势，差分放大器A1的输出端连接接收状态机单元。
该接收驱动单元在工作时，当需要接收驱动单元输出0比特位时，驱动单元向NPN型绝缘栅双极型晶体管Q2的栅极输出直流电VDD，此时，差分放大器A1的同相输入端和反相输入端的输入信号在任何共模噪声下均相等，差分放大器A1可靠的输出0比特位；当需要接收驱动单元输出1比特位时，驱动单元向NPN型绝缘栅双极型晶体管Q2的栅极输出一非零且非直流电VDD的电信号，此时，差分放大器A1的输出主要取决于差分放大器A1的同相输入端和反相输入端的输入信号的差值，除非有极端的非共模噪声的存在，差分放大器A1可靠的输出1比特位。由于采用了差分驱动方式，相对于现有的单端驱动方式，本发明实施例提供的汽车总线系统内部可以更加可靠的传输大量数据，而不易受到其它噪声信号的干扰。
为了进一步提高处理单元的汽车总线系统的数据处理速度，本发明实施例中，发送状态机单元是采用直接内存存取(DirectMemoryAccess，DMA)方式实现总线数据传输的。具体地，如图4示出了本发明实施例提供的汽车总线系统中，发送状态机单元的结构，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。
本发明实施例提供的汽车总线系统中，发送状态机单元包括：并串数据转换单元42，用于将处理单元输出的并行数据转换成串行数据后输出；第一直接内存存取控制单元41，用于在处理单元发出的一次命令下，接收并串数据转换单元42输出的多个数据包，并识别该多个数据包分别的位置和总长度后，一次发送到总线上，从而提高了系统的数据处理速度。
同样地，为了提高处理单元的汽车总线系统的数据处理速度，本发明实施例中，接收状态机单元也可以采用直接内存存取方式实现总线数据传输。具体地，如图5示出了本发明实施例提供的汽车总线系统中，接收状态机单元的结构，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。
本发明实施例提供的汽车总线系统中，接收状态机单元包括：第二直接内存存取控制单元51，用于在处理单元发出的一次命令下，配置多个数据包或接收接收驱动单元输出的多个数据包后输出；串并数据转换单元52，用于将第二直接内存存取控制单元51输出的多个数据包的串行数据转换成并行数据后，在预设时钟后通过一次中断输出给处理单元，同样提高了系统的数据处理速度。
为了节省处理单元的资源，减少不必要的中断，本发明实施例中，主控制单元和/或从控制单元还可以包括：存储至少一个滤波函数的滤波函数寄存器；此时，经总线发送的数据包还可以包括一组指定位，发送驱动单元和/或接收驱动单元还可以在接收到经总线发送的数据包后，将数据包中的指定位与滤波函数寄存器中的滤波函数相比较，从而判断是否接收此数据包。
例如，给每一从控制单元中的寄存器中配置一八位地址，配置如下：有效寄存器配置为29’b11111111_00000000_00000000_00000；滤波函数寄存器配置为29’b00001001_00000000_00000000_00000；从控制器仅响应给它的命令。
再如，一从控制单元处于睡眠状态，配置如下：有效寄存器配置为29’b00000000_00000000_00000000_11111；滤波函数寄存器配置为29’b00001001_00000000_00000000_00001；该从控制单元仅响应表征唤醒命令的1，系统定义的唤醒命令。
本发明实施例提供的汽车总线系统中，接收驱动单元的驱动方式不同于现有的单端驱动方式，而采用差分驱动方式，从而提高了系统的抗干扰能力、使得接收驱动单元输出的数据可靠性增强；再有，发送状态机单元和/或接收状态机单元是采用直接内存存取方式实现总线数据传输的，提高了数据的传输速度，尤其适用于音视频等大数据量的总线传输；另外，主控制单元和/或从控制单元配置有滤波函数寄存器，可以减少处理单元的中断次数，提高处理单元的处理能力。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种汽车总线系统，包括一主控制单元以及至少一从控制单元，所述主控制单元和从控制单元之间、以及所述从控制单元相互之间通过总线连接，所述主控制单元或从控制单元进一步包括一接收驱动单元、接收状态机单元、处理单元、发送状态机单元以及发送驱动单元，其特征在于，所述接收驱动单元采用差分驱动方式接收经所述总线发送的数据包；
所述接收驱动单元包括：差分放大器、电阻R1、电阻R2、NPN型绝缘栅双极型晶体管Q1、NPN型绝缘栅双极型晶体管Q2、以及一驱动单元；
所述差分放大器的同相输入端连接所述总线的正极线缆，同时通过电阻R1连接一直流电，并同时连接所述NPN型绝缘栅双极型晶体管Q1的集电极，所述NPN型绝缘栅双极型晶体管Q1的栅极连接所述直流电；所述差分放大器的反相输入端连接所述总线的负极线缆，同时通过所述电阻R2连接所述直流电，并同时连接所述NPN型绝缘栅双极型晶体管Q2的集电极，所述NPN型绝缘栅双极型晶体管Q2的栅极连接所述驱动单元；所述NPN型绝缘栅双极型晶体管Q1的发射极及所述NPN型绝缘栅双极型晶体管Q2的发射极连接等电势，所述差分放大器的输出端连接所述接收状态机单元；
当需要所述接收驱动单元输出0比特位时，所述驱动单元向所述NPN型绝缘栅双极型晶体管Q2的栅极输出所述直流电；当需要所述接收驱动单元输出1比特位时，所述驱动单元向所述NPN型绝缘栅双极型晶体管Q2的栅极输出一非零且非所述直流电的电信号，差分放大器的输出主要取决于差分放大器的同相输入端和反相输入端的输入信号的差值。
2.如权利要求1所述的汽车总线系统，其特征在于，所述发送状态机单元采用直接内存存取方式实现所述总线的数据传输。
3.如权利要求2所述的汽车总线系统，其特征在于，所述发送状态机单元包括：
并串数据转换单元，用于将所述处理单元输出的并行数据转换成串行数据后输出；
第一直接内存存取控制单元，用于在所述处理单元发出的一次命令下，接收所述并串数据转换单元输出的多个数据包，并识别所述多个数据包分别的位置和总长度后，一次发送到所述总线上。
4.如权利要求1所述的汽车总线系统，其特征在于，所述接收状态机单元采用直接内存存取方式实现所述总线的数据传输。
5.如权利要求4所述的汽车总线系统，其特征在于，所述接收状态机单元包括：
第二直接内存存取控制单元，用于在所述处理单元发出的一次命令下，配置多个数据包或接收所述接收驱动单元输出的多个数据包后输出；
串并数据转换单元，用于将所述第二直接内存存取控制单元输出的多个数据包的串行数据转换成并行数据后，在预设时钟后通过一次中断输出给所述处理单元。
6.如权利要求1所述的汽车总线系统，其特征在于，所述主控制单元和/或从控制单元还包括：存储至少一个滤波函数的滤波函数寄存器；经总线发送的数据包还可以包括一组指定位；
所述发送驱动单元和/或所述接收驱动单元在接收到经总线发送的数据包后，将数据包中的所述指定位与所述滤波函数寄存器中的所述滤波函数相比较，以判断是否接收所述数据包。
7.如权利要求1至6任一项所述的汽车总线系统，其特征在于，所述总线是控制器局域网总线。
8.如权利要求1至6任一项所述的汽车总线系统，其特征在于，所述数据包的结构包括：起始位，标示符,数据长度符，数据本身，校验位，响应符，以及结束位。
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