CN103558780A - 一种汽车车载总线控制器 - Google Patents
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Abstract
一种汽车车载总线控制器，通过设置主干总线模块接口可实现接入不同类型的总线作为主干总线，所述主控芯片优先处理主干总线模块接口I上的总线数据的传输，实现可选择不同的总线作为主干网络，满足主干总线数据传输的实时性。主控芯片可根据需要将总线间的数据进行转换、传输。通过设置在电路板上与主控芯片相连的总线拓扑模块接口，可将外接的总线传输的总线数据发送至所述主控芯片，并将所述主控芯片处理后的总线数据发送至外接的总线，从而实现可根据需要外接其他总线模块实现车载总线的拓扑。
Description
技术领域
本发明涉及汽车电子控制技术。具体地说涉及一种汽车车载总线控制器。
背景技术
随着汽车技术的不断发展，应用在汽车上的电子控制单元日益增多，汽车内的线束也日益增多，使得汽车内电气系统的线路越来越多。线路的增加导致汽车内部空间紧缺，成本增加，同时提高维修难度。为解决这些问题，车载总线应用而生。车载总线可简化布线、减小整车重量、降低成本、降低能耗，实现电控单元间快速的信息传递和数据交换，增强整车电子系统的可靠性和安全性。目前汽车常用的车载总线主要有RS232、LIN、CAN和FlexRay四种总线。其中，CAN是控制器局域网络(Controller Area Network)的简称，它最初是德国BOSCH公司为解决现代汽车中众多的控制与测试仪器之间的数据交换而开发的一种串行数据通信协议，它是一种多主总线，通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光导纤维，通信速率可达1MBPS。CAN总线采用了多主竞争式总线结构，具有多主站运行和分散仲裁的串行总线以及广播通信的特点。CAN总线上任意节点可在任意时刻主动地向网络上其它节点发送信息而不分主次，因此可在各节点之间实现自由通信。在汽车电子领域，以CAN总线为主网。可以控制电动机、变速箱、ABS等车身安全模块，并将转速、车速、油温等共享至全车，实现汽车智能化控制。FlexRay作为一种新型的高速车载总线通信协议，数据传输率高达10Mbps，当采用双通道非冗余传输时最快可达20Mbps。FlexRay是基于时间触发通信为主，兼顾事件触发，可进行同步数据传输和异步数据传输，在高数据传输率的情况下，仍能够满足线控系统的实时性和可靠性指标，是一种具有更高数据传输率，更灵活的数据通信方式、更多样的网络拓扑结构选择和更全面的容错选择的总线通信协议。FlexRay总线越来越被广泛的应用到线控换挡、线控制动、线控转向等线控技。汽车车载总线并不是一个单一的局域网，这是因为汽车本身也是由若干具有独立功能的系统组成的，大体上分为动力系统、诊断系统、舒适系统、信息系统和仪表系统。各个系统之间对信息的实时性要求不一致，为了充分合理的利用总线资源和节省控制器成本，需选择不同的通信总线。
当今汽车整车控制系统中需要协调管理的电子控制模块和车载传感器越来越多，用到的车载总线的种类越来越复杂，因此，开发一款完全适应各种总线的整车控制系统显得越来越重要。中国专利文献CN201813394U公开了一种基于FlexRay总线的电车载网关设备，该汽车车载网关设备包括数字信号处理器，与数字信号处理器连接以连接CAN总线的CAN收发器、与数字信号处理器连接以连接LIN总线的LIN总线收发器，与数字信号处理器连接的FlexRay通信控制器及与FlexRay通信控制器连接以连接FlexRay总线的FlexRay总线驱动器。使得该网关设备能够同时连接FlexRay网络、CAN网络、LIN网络，实现FlexRay、CAN、LIN三个网络之间的数据交换。并通过协议转换软件将FlexRay、CAN、LIN三个网络之间的数据进行转换使之能够在另一个网络中识别、传输。该汽车车载网关设备，采用固定的三种总线。三种总线的优先级关系是FlexRay>CAN总线>LIN总线。系统工作时需依次判断各总线是否有数据接收，若车辆仅使用CAN总线为主干网络时，则汽车内部主干总线的数据通讯的实时性得不到保障。同时也无法满足多种不同类型的总线的通信需求。
发明内容
为此，本发明所要解决的技术问题在于现有技术中主干总线数据传输的实时性得不到保障，从而提出一种汽车车载总线控制器。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种汽车车载总线控制器，包括
电路板，电路板上布有信号线；
设置于所述电路板上的主控芯片、主干总线模块接口、总线拓扑模块接口；其中，
所述主干总线模块接口，用于接入不同的总线作为主干总线，进一步包括：
主干总线模块接口I，与主控芯片相连，将接入的主干总线上的总线数据传输至主控芯片；同时，接收主控芯片处理后的总线数据并将处理后的所述总线数据传输至相应的总线；
主干总线模块接口II，与主控芯片相连，将接入的主干总线上的总线数据传输至主控芯片；同时，接收主控芯片处理后的总线数据并将处理后的所述总线数据传输至相应的总线；
主干总线模块接口I上传输的总线数据优先级大于主干总线模块接口II传输的总线数据，所述主控芯片按优先级顺序处理主干总线模块接口的总线数据；
所述总线拓扑模块接口，与主控芯片相连，将拓扑得到的总线所传输的总线数据发送至所述主控芯片，并将所述主控芯片处理后的总线数据发送至外接的总线；
所述主干总线模块接口上总线传输的总线数据优先级大于所述总线拓扑模块接口上总线传输的总线数据；
所述主控芯片，接收输入的总线数据，按照优先级顺序处理总线传输来的总线数据，将接收的总线数据直接输出或转换后输出。
所述电路板上还设置有：
非总线传输信号输入模块，接收外部输入的非总线上传输的信号，并将信号传输至所述主控芯片处理；
非总线信号输出模块，接收所述主控芯片处理后的非总线上传输的信号并输出至非总线线路。
所述非总线信号输入模块，进一步包括：
模拟量输入子模块，用于向所述主控芯片输入模拟量信号；
开关量输入子模块，用于向所述主控芯片输入开关量信号；
PWM输入子模块，用于向所述主控芯片输入PWM信号。
所述非总线信号输出模块，进一步包括：
开关量输出子模块，用于输出经主控芯片处理的开关量信号；
PWM输出子模块，用于输出经主控芯片处理的PWM信号和经主控芯片处理并转换为PWM信号的模拟量信号。
所述主控芯片采用德州仪器公司型号为TM570LS20216的芯片。
所述主干总线模块接口可接入：CAN总线模块，用于收发CAN总线上传输的总线数据；和/或FlexRay总线模块，用于收发FlexRay总线上传输的总线数据。
所述总线拓扑模块接口可外接以下四种车载总线模块中的一种或多种：
（1）CAN总线模块，用于收发CAN总线上传输的总线数据；
（2）FlexRay总线模块用于收发FlexRay总线上传输的总线数据；
（3）LIN总线模块，通过所述总线拓扑模块接口与所述主控芯片相连，用于收发LIN总线上传输的总线数据；
（4）RS232总线模块，用于收发串口总线上传输的总线数据。
所述电路板上还设置有存储器接口模块，将所述主控芯片处理的总线数据和信号输出至外接的存储器。
所述的一种汽车车载总线控制器，还包括用于在所述总线拓扑接口和所述FlexRay总线模块之间进行数据隔离的亚诺德公司型号为ADUM5401芯片。
所述的一种汽车车载总线控制器，还包括设置在所述总线拓扑接口和所述LIN总线模块之间进行信号隔离的亚诺德公司型号为ADUM1201的芯片。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
（1）一种汽车车载总线控制器，通过设置主干总线模块接口可实现接入不同类型的总线作为主干总线，所述主控芯片优先处理主干总线模块接口I上的总线数据的传输，实现可选择不同的总线作为主干网络，满足主干总线数据传输的实时性。主控芯片可根据需要将总线间的数据进行转换、传输。通过设置在电路板上与主控芯片相连的总线拓扑模块接口，可将外接的总线传输的总线数据发送至所述主控芯片，并将所述主控芯片处理后的总线数据发送至外接的总线，从而实现可根据需要外接其他总线模块实现车载总线的拓扑。
（2）一种汽车车载总线控制器的电路板上还设置有非总线信号输入模块和非总线信号输出模块，非总线信号输入模块将采集到非总线上的信号传输至主控芯片，主控芯片在收到信号后进行处理，并将处理后的信号发送至非总线输出模块，进一步增强了主控芯片的功能。
（3）一种汽车车载总线控制器的非总线信号输入模块包括：模拟量输入子模块、开关量输入子模块和PWM输入子模块。通过设置对应的子模块可识别不同类型的信号，方便主控芯片识别，使采集到的信号更加全面。
（4）一种汽车车载总线控制器的非总线信号输出模块，进一步包括：开关量输出子模块、PWM输出子模块，通过输出子模块可将主控芯片处理的数据分开发送相应类型的设备。
（5）一种汽车车载总线控制器的信号输出模块的主控芯片采用德州仪器的高性能处理器。能确保所述汽车车载总线控制器的稳定、高效地工作。
（6）一种汽车车载总线控制器的主干总线模块接口可以接入CAN总线模块和/或FlexRay总线模块，满足不同汽车对车载总线控制器不同的需求。
（7）一种汽车车载总线控制器的总线拓扑模块接口可外接以下总线模块：CAN总线模块、FlexRay总线模块、LIN总线模块、RS232总线模块，并可实现拓扑的多种组合，实现多种常用车载总线的拓扑。
（8）一种汽车车载总线控制器通过在设置存储器接口，可实现对主控芯片处理的数据进行存储备份。
（9）一种汽车车载总线控制器通过在总线拓扑接口和外接的总线模块之间设置芯片进行数据的隔离，可减少其他数据信号的干扰。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
图1是本发明一个实施例的一种汽车车载总线控制器的结构框图。
图中附图标记表示为：1-电路板；2-主控芯片；3-主干总线模块接口；4-总线拓扑模块接口；5-主干总线模块接口I；6-主干总线模块接口II。
具体实施方式
实施例1
一种汽车车载总线控制器，其特征在于：包括
电路板1，电路板1可以采用常规的印刷电路板（PCB，PrintedCircuit Board），电路板1上布有信号线，用于传输数据。
置于所述电路板上的主控芯片2、主干总线模块接口3、总线拓扑模块接口4；其中，
所述主干总线模块接口3，用于接入不同的总线作为主干总线，进一步包括：
主干总线模块接口I5，与主控芯片2相连，将接入的主干总线上的总线数据传输至主控芯片2；同时，接收主控芯片2处理后的总线数据并将处理后的所述总线数据传输至相应的总线。
主干总线模块接口II6，与主控芯片2相连，将接入的主干总线上的总线数据传输至主控芯片2；同时，接收主控芯片2处理后的总线数据并将处理后的所述总线数据传输至相应的总线。
主干总线模块接口I5上传输的总线数据优先级大于主干总线模块接口II6传输的总线数据，所述主控芯片按优先级顺序处理主干总线模块接口的总线数据。所述主控芯片优先处理所述主干总线模块接口I5上传输的总线数据；若所述主干总线模块接口I5上没有接有主干总线，而所述主干总线模块接口II6上接有主干总线，则所述主控芯片2自动将所述主干总线模块接口II6设置为优先级，所述主控芯片2自动优先处理所述主干总线模块接口II6上传输的总线数据。
所述总线拓扑模块接口4，与主控芯片2相连，将拓扑得到的总线所传输的总线数据发送至所述主控芯片2，并将所述主控芯片2处理后的总线数据发送至外接的总线。
所述主干总线模块接口3上总线传输的数据优先级大于所述总线拓扑模块接口4上总线传输的总线数据，即所述主控芯片优先处理主干总线模块接口3上总线传输的总线数据后再处理所述总线拓扑模块接口4上总线传输的总线数据。例如，若所述主干总线模块接口I5上接有主干总线，同时所述主干总线模块接口II6上也接有主干总线，则所述主控芯片2先处理所述主干总线模块接口I5上传输的总线数据再处理所述主干总线模块接口II6上传输的总线数据，最后处理所述总线拓扑模块接口4上传输的总线数据。
所述主控芯片2，接收输入的总线数据，按照优先级顺序处理总线传输来的数据，将接收的总线数据直接输出或转换后输出，所述主控芯片2可以将不同的总线间传输的总线数据进行协议转换，使的其他总线可识别、传输。例如，当所述主干总线模块接口I5上接有主干总线，同时所述主干总线模块接口II6上也接有采用不同于所述主干总线模块I5上接入的总线作为主干总线时，所述主控芯片2可将所述主干总线模块接口I5上传输的主干总线数据进行转换使转换后的总线数据可在所述主干总线模块接口II6上接入的主干总线上识别、传输。
实施例2
作为本发明的一个实施例，在上述实施例1的基础上，所述电路板上还设置有：
非总线传输信号输入模块，接收外部输入的非总线上传输的信号，并将信号传输至所述主控芯片处理。
非总线信号输出模块，接收所述主控芯片处理后的非总线上传输的信号并输出至非总线的线路。
一种汽车车载总线控制器的电路板上还设置有非总线信号输入模块和非总线信号输出模块，非总线信号输入模块将采集到非总线上的信号传输至主控芯片，主控芯片在收到信号后进行处理，并将处理后的信号发送至非总线输出模块，进一步增强了主控芯片的功能。
实施例3
作为本发明的一个实施例，在上述实施例1或2的基础上，所述非总线信号输入模块，进一步包括：
模拟量输入子模块，用于向所述主控芯片输入模拟量信号，例如可以是加速踏板信号和制动踏板信号。
开关量输入子模块，用于向所述主控芯片输入开关量信号，例如可以是钥匙开关信号、充电开关信号、档位开关信号、空调开关信号。
PWM输入子模块，用于向所述主控芯片输入PWM信号，例如可以是车辆速度和车轮转速信号。
一种汽车车载总线控制器的非总线信号输入模块包括：模拟量输入子模块、开关量输入子模块和PWM输入子模块。通过设置对应的子模块可识别不同类型的信号，方便主控芯片识别，使采集到的信号更加全面。
实施例4
作为本发明的一个实施例，在上述实施例3的基础上，所述非总线信号输出模块，进一步包括：
开关量输出子模块，用于输出经主控芯片处理的开关量信号，同时还可外接LED灯光，作为所述汽车车载总线控制器运行状态的显示。
PWM输出子模块，用于输出经主控芯片处理的PWM信号（PWM信号包括车辆速度和车轮转速信号）和经主控芯片处理并转换为PWM信号的模拟量信号（模拟量信号加速踏板信号和制动踏板信号），主控芯片根据输入的PWM信号和模拟量信号进行运算处理输出油门加/减速信号。
一种汽车车载总线控制器的非总线信号输出模块，进一步包括：开关量输出子模块、PWM输出子模块，通过输出子模块可将主控芯片处理的数据分开发送相应类型的设备。
实施例5
作为本发明的一个实施例，在上述1-4任一实施例的基础上，所述主控芯片采用德州仪器公司型号为TM570LS20216的芯片。也可以其他实现相同功能的芯片替代，同样可以实现本发明的目的。
一种汽车车载总线控制器的信号输出模块的主控芯片采用德州仪器的高性能处理器。能确保所述汽车车载总线控制器的稳定、高效地工作。
实施例6
作为本发明的一个实施例，在上述1-5任一实施例的基础上，所述主干总线模块接口可接入：CAN总线模块，用于收发CAN总线上传输的总线数据；和/或FlexRay总线模块，用于收发FlexRay总线上传输的总线数据。例如可以接入CAN总线模块和FlexRay总线模块实现双主干总线，也可选择任一种总线模块实现单主干总线。具体接入方式如下：
（1）CAN(Controller Area Network)总线模块，与所述主控芯片相连，所述CAN总线模块可以采用德州仪器（TI）公司型号为ISO1050的芯片，用于收发CAN总线上传输的数据。
（2）FlexRay总线模块，与所述主控芯片相连，所述FlexRay总线模块可以采用恩智浦半导体公司型号为TJA1080A的芯片，用于收发FlexRay总线上传输的数据，并通过采用亚诺德（ADI）公司型号为ADUM5401的芯片进行数据的隔离（只传输FlexRay总线上的数据并阻断其他数据的传输），可有效降低其他数据信号的干扰。
一种汽车车载总线控制器的主干总线模块接口可以接入CAN总线模块和/或FlexRay总线模块，满足不同汽车对车载总线控制器不同的需求，通过在总线拓扑接口和外接的总线模块之间设置芯片进行数据的隔离，可减少其他数据信号的干扰。
实施例7
作为本发明的一个实施例，在上述1-6任一实施例的基础上，所述总线拓扑模块接口可外接以下四种车载总线模块中的一种或多种：
（1）CAN(Controller Area Network)总线模块，可以采用德州仪器型号为ISO1050的芯片作为CAN总线模块，所述CAN总线模块通过所述总线拓扑模块接口与所述主控芯片相连，用于实现所述主控芯片收发CAN总线上传输的数据；
（2）FlexRay总线模块，可以采用恩智浦半导体公司型号为TJA1080A的芯片作为FlexRay总线模块，所述FlexRay总线模块通过所述总线拓扑模块接口与所述主控芯片相连，用于收发FlexRay总线上传输的数据，可在所述总线拓扑接口和所述FlexRay总线模块之间通过采用亚诺德（ADI）公司型号为ADUM5401的芯片进行数据的隔离（只传输FlexRay总线上的数据并阻断其他数据的传输），可有效降低其他数据信号的干扰；
（3）LIN(Local Interconnect Network)总线模块，可以采用英飞凌公司型号为TLE7259的芯片作为LIN总线模块，所述LIN总线模块通过所述总线拓扑模块接口与所述主控芯片相连，用于收发LIN总线上传输的数据，可在所述总线拓扑接口和所述LIN总线模块之间通过采用亚诺德（ADI）公司型号为ADUM1201的芯片进行信号的隔离（只传输LIN总线上的数据并阻断其他数据的传输），可有效降低其他数据信号的干扰；
（4）RS232(RS232是美国电子工业协会制定的一种串行物理接口标准。RS是英文“recommended standard”的缩写)总线模块，可以采用美信公司型号为MAX3160的芯片作为RS232总线模块，所述RS232总线模块通过所述总线拓扑模块接口与所述主控芯片相连，用于收发串口总线上传输的数据，可在所述总线拓扑接口和所述RS232总线模块之间通过采用亚诺德（ADI）公司型号为ADUM1201的芯片进行信号的隔离（只传输RS232总线上的数据并阻断其他数据的传输），可有效降低其他信号的干扰。
一种汽车车载总线控制器的总线拓扑模块接口可外接以下总线模块：CAN总线模块、FlexRay总线模块、LIN总线模块、RS232总线模块，并可实现拓扑的多种组合，实现多种常用车载总线的拓扑，并通过在总线拓扑接口和外接的总线模块之间设置芯片进行数据的隔离，减少其他数据信号的干扰。
实施例8
作为本发明的一个实施例，在上述1-7任一实施例的基础上，所述电路板上还设置有存储器接口模块，将所述主控芯片处理的数据输出至外接的存储器。所述外接的存储器可以是采用64K非易失铁电存储器FM25640芯片，例如可以进行实时行车的故障信息和续航里程等运行状态信息的记录以及对处理的总线数据和信号数据进行备份。
一种汽车车载总线控制器通过在设置存储器接口，可实现对主控芯片处理的数据进行存储备份。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种汽车车载总线控制器，其特征在于：包括
电路板，电路板上布有信号线；
设置于所述电路板上的主控芯片、主干总线模块接口、总线拓扑模块接口；其中，
所述主干总线模块接口，用于接入不同的总线作为主干总线，进一步包括：
主干总线模块接口I，与主控芯片相连，将接入的主干总线上的总线数据传输至主控芯片；同时，接收主控芯片处理后的总线数据并将处理后的所述总线数据传输至相应的总线；
主干总线模块接口II，与主控芯片相连，将接入的主干总线上的总线数据传输至主控芯片；同时，接收主控芯片处理后的总线数据并将处理后的所述总线数据传输至相应的总线；
主干总线模块接口I上传输的总线数据优先级大于主干总线模块接口II传输的总线数据，所述主控芯片按优先级顺序处理主干总线模块接口的总线数据；
所述总线拓扑模块接口，与主控芯片相连，将拓扑得到的总线所传输的总线数据发送至所述主控芯片，并将所述主控芯片处理后的总线数据发送至外接的总线；
所述主干总线模块接口上总线传输的总线数据优先级大于所述总线拓扑模块接口上总线传输的总线数据；
所述主控芯片，接收输入的总线数据，按照优先级顺序处理总线传输来的总线数据，将接收的总线数据直接输出或转换后输出。
2.根据权利要求1所述的一种汽车车载总线控制器，其特征在于，所述电路板上还设置有：
非总线传输信号输入模块，接收外部输入的非总线上传输的信号，并将信号传输至所述主控芯片处理；
非总线信号输出模块，接收所述主控芯片处理后的非总线上传输的信号并输出至非总线线路。
3.根据权利要求2所述的一种汽车车载总线控制器，其特征在于，所述非总线信号输入模块，进一步包括：
模拟量输入子模块，用于向所述主控芯片输入模拟量信号；
开关量输入子模块，用于向所述主控芯片输入开关量信号；
PWM输入子模块，用于向所述主控芯片输入PWM信号。
4.根据权利要求2所述的一种汽车车载总线控制器，其特征在于，所述非总线信号输出模块，进一步包括：
开关量输出子模块，用于输出经主控芯片处理的开关量信号；
PWM输出子模块，用于输出经主控芯片处理的PWM信号和经主控芯片处理并转换为PWM信号的模拟量信号。
5.根据权利要求1-4任一所述的一种汽车车载总线控制器，其特征在于，所述主控芯片采用德州仪器公司型号为TM570LS20216的芯片。
6.根据权利要求1-5任一所述的一种汽车车载总线控制器，其特征在于，所述主干总线模块接口可接入：CAN总线模块，用于收发CAN总线上传输的总线数据；和/或FlexRay总线模块，用于收发FlexRay总线上传输的总线数据。
7.根据权利要求1-6任一所述的一种汽车车载总线控制器，其特征在于，所述总线拓扑模块接口可外接以下四种车载总线模块中的一种或多种：
（1）CAN总线模块，用于收发CAN总线上传输的总线数据；
（2）FlexRay总线模块用于收发FlexRay总线上传输的总线数据；
（3）LIN总线模块，通过所述总线拓扑模块接口与所述主控芯片相连，用于收发LIN总线上传输的总线数据；
（4）RS232总线模块，用于收发串口总线上传输的总线数据。
8.根据权利要求1-7任一所述的一种汽车车载总线控制器，其特征在于，所述电路板上还设置有存储器接口模块，将所述主控芯片处理的总线数据和信号输出至外接的存储器。
9.根据权利要求7所述的一种汽车车载总线控制器，其特征在于，还包括用于在所述总线拓扑接口和所述FlexRay总线模块之间进行数据隔离的亚诺德公司型号为ADUM5401芯片。
10.根据权利要求7所述的一种汽车车载总线控制器，其特征在于，还包括设置在所述总线拓扑接口和所述LIN总线模块之间进行信号隔离的亚诺德公司型号为ADUM1201的芯片。
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