新型电动汽车锂电池管理系统的研究与实现 — CAN 总线设计2 管理系统, 电动汽车, 控制器, 电池, 工业

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在系统中，CAN节点的CAN控制器采用SJA1000， SJA1000是一种独立的CAN控制器，主要用于移动目标和一般工业环境中的区域网络控制。SJA1000具有两种操作模式：

• BasicCAN模式：与它的前款PCA82C200兼容的模式
• PeliCAN模式：扩展模式。这种模式全面支持CAN2.0B协议。

SJA1000的模块结构如图5.5所示。



SJA1000是CAN总线接口电路的核心，主要完成CAN的通讯协议，CAN收发器采用PCA82C250，它的主要功能是提高CAN总线的保护和驱动功能，它们之间通过6N137光藕进行隔离，节点结构如图5.6.





5.4 CAN系统的软件设计
CAN总线的软件设计主要是3个部分：初始化、发送与接收数据、检错机制，下面分别加以介绍。


5.4.1初始化
SJA1000在上电硬件复位之后，必须对其进行软件初始化之后才可以进行数据通讯，初始化过程主要在其复位模式下配置时钟分频寄存器CDR、总线定时寄存器BTR0和BTR1、验收代码寄存器ACR、验收屏蔽寄存器AMR及输出控制寄存器OCR等，实现对总线的速率、验收屏蔽码、输出引脚驱动方式、总线模式及时钟分频进行定义。

为了可靠收发数据，SJA1000的工作频率不能低于单片机的频率。系统中，单片机80C552的晶体振荡器频率为12MHz，而SJA1000的晶振频率为16MHz. SJA1000的通讯波特率由BTR0、BTR1、晶振等参数共同决定。表5.1列出了一组推荐的BTR0、BTR1值，标注*符号的值是由CiA协会推荐的标准值。





总线上的14个节点数据接收发送的主要关系是：9块测量板向总线上发送所测量的各单电池电压温度信息，同时接受中央处理模块发出的均衡信号；SOC估计单元向总线上发送SOC等相关信息，同时接收中央处理模块的各参数信息；专家诊断模块要向显示模块发送诊断的相关信息，同时接收总线上各模块发出的信息；中央处理单元既要向总线上发送总电压、总电流和环境温度，同时接收测量板的均衡信息；显示控制模块和与整车通讯模块接收各个模块发送到总线上的数据，同时与整车通讯模块还将数据传给整车。数据流图如图5.7：



对应上面的数据流图，我们定义了CAN控制器的验收码寄存器（ACR）和验收屏蔽寄存器（AMR）。定义的原则是：各个节点模块只接收与自己有关的数据而屏蔽其它数据。譬如9块测量板之间发送到总线上的数据应该是互不相关的，而且它们的数据量很大，所以必须两两加以屏蔽。我们采取的是BasicCAN模式，由于显示控制模块和与整车通讯模块所接收的数据完全一样，所以这俩个节点的验收码寄存器（ACR）和验收屏蔽寄存器（AMR）可以设计的相同。具体各节点的ACR和AMR的定义如表5.2：
5.4.2发送与接收数据




在本系统中，每一个模块的CAN发送都采用查询方式来控制，接收采用中断方式来控制，这里最好把CAN中断优先级设为高优先级。发送时，CPU检查SJA1000状态寄存器中“发送缓冲器状态”标志（TBS），若发送缓冲器处于“释放”状态，则CPU将发送的信息传送到SJA1000的发送缓冲器，然后将命令寄存器里的“发送请求”标志（TR）置位，启动发送，发送期间，TBS处于“锁定”状态，此时CPU不能访问发送缓冲器；发送成功结束时，TBS处于“释放”状态，这时CPU就可以访问发送缓冲器，进行下一次发送操作。接收时，当SJA1000已接收一条信息，并且这条信息已通过验收滤波器且已放在接收FIFO中，那么SJA1000会产生一个接收中断，CPU立刻起作用，将接收到的信息存到信息暂存器，然后对SJA1000的命令寄存器的“释放接收缓冲器”标志（RR）置位，这样一次中断接收就算完成。接收和发送数据的流程图如图5.8.

5.4.3检错机制
SJA1000的BasicCAN模式提供了完善的检错机制，它提供了8个中断源，除了发送中断、接收中断和唤醒中断外，其余5个都是通信过程中出现的各种意外状态的反映。当接收FIFO满了，但还在接收其它信息，这时SJA1000就会置位状态寄存器中的数据溢出状态位，并产生一个数据溢出中断通知CPU数据溢出。当本节点与其它节点总线竞争失败丢失仲裁权时，SJA1000将会立即产生一个仲裁丢失中断，并且当前丢失仲裁的具体位号将被捕捉进仲裁丢失捕捉寄存器，这样便于我们分析总线竞争的情况。

当发送或接收数据时，发生任何一种错误，比如位错、格式错、填充错等情况，SJA1000将会立即产生总线错误中断，同时当前错误的位置被捕捉入错误代码捕捉寄存器，通过读取寄存器值并查表可知道当前错误发生的情况。SJA1000还定义了发送错误计数器和接收错误计数器，当错误产生时，根据不同类型错误的严重性，计数器加相应的值。根据错误计数器的值，定义了错误的三种状态：当错误计数器的值在0－127之间为错误激活状态；当计数器的值在127－255之间为错误消极状态；当计数器的值高于255则处于总线关闭状态。同时SJA1000定义一个错误报警限额寄存器，默认为96，当上述任意两个计数器的值超过限额寄存器的值时，SJA1000状态寄存器的错误状态位将置位；当计数器的值超过255时，状态寄存器的总线状态位将置位，总线关闭，本节点模块自动脱离CAN总线。当错误状态位或总线状态位发生变化时，SJA1000将立即产生错误警告中断，以便CPU采取相应的处理措施。当CAN控制器在错误消极状态处变化则产生错误消极中断。这种做法是合理的，因为一个节点模块如果经常出错，就应该自动脱离总线，免得干扰其它节点的正常通信，这也是CAN总线的一个突出优点。

在节点处于总线关闭状态脱离总线时，SJA1000将置位复位请求位进入复位状态，如果没有CPU的干预来清除复位请求位，则节点将一直处于总线关闭状态。