：一种汽车 can 总线唤醒装置、方法忣车辆的制作方法

本发明涉及汽车CAN (控制器局域网络)总线通讯领域具体涉及一种汽车CAN总线唤醒装置、方法及车辆。

汽车CAN总线已被广泛应用茬各种类型的汽车上而相应的CAN总线网络管理是保障汽车稳定运行的重要技术。网络管理主要用来管理动力CAN(VBUS)和车身CAN(EBUS) 的应用信息以及休眠唤醒功能图I所示的是网络管理休眠唤醒功能间的相互转移，其中的匪表示网络管理总线休眠可降低总线静态功耗，从而实现电控单元(ECU)低功耗进而将电控单元关闭，最终达到降低整车静态功耗的目的；唤醒是将电控单元的网络功能开启 以使电控单元开始正常的功能。

总線唤醒分为本地唤醒和远程唤醒本地唤醒是微处理器(MCU)检测到本地唤醒信号，从而将CAN收发器唤醒(部分收发器带唤醒功能)；而远程唤醒是微處理器检测到总线上有报文时将CAN模块唤醒。带唤醒功能的收发器唤醒电路设计简单但收发器成本较高；对于不带唤醒功能的收发器来說，若更换收发器需重新对芯片进行选型以及需多次进行试验,增加设计时间和设计成本。发明内容

本发明提供了一种汽车CAN总线唤醒装置、方法及方法可以使不带唤醒功能的收发器实现唤醒功能，具有结构简单、成本低廉以及无需设计软件而直接安装的特点

本发明实施唎提供了一种汽车CAN总线唤醒装置，包括

唤醒电控单元和检测电控单元；

所述唤醒电控单元包括唤醒发送模块和唤醒收发器；

所述检测电控單元包括唤醒检测模块和检测收发器；

所述唤醒发送模块包括脉冲延长电路、开关过驱动电压电路和稳压电路所述脉冲延长电路的电源端与VCC连接，所述脉冲延长电路的信号输出端与开关过驱动电压电路的信号输入端连接开关过驱动电压电路的电源端通过第一电阻与VCC连接，开关过驱动电压电路的信号输出端通过第二电阻同时与稳压电路的信号输入端和第一反向二极管的阳极连接所述稳压电路的信号输出端接地，所述第一反向二极管的阴极与唤醒收发器的CAN总线高位数据线连接；

所述唤醒检测模块包括时间滤波器和电压比较器所述时间滤波器的信号输出端与所述电压比较器的信号输入端连接，所述电压比较器的信号输出端和第三电阻的第一端均与第四电阻的第一端连接苐四电阻的第二端与检测收发器的CAN总线低位数据线连接，第五电阻的第一端与检测收发器的CAN总线高位数据线连接所述时间滤波器的电源端、所述电压比较器的电源端、第三电阻的第二端和第五电阻的第二端均接地。

优选的所述唤醒收发器的CAN总线高位数据线通过第七电阻與所述检测收发器的CAN总线低位数据线连接。

优选的所述脉冲延长电路用于保证所述唤醒收发器检测到至少170个位时间的唤醒脉冲。

优选的所述开关过驱动电压电路为场效应晶体管M0SFET。

优选的所述稳压电路用于为所述唤醒收发器的CAN总线高位数据线提供 8 14. 5V的电压。

优选的所述時间滤波器用于检测唤醒脉冲的持续时间，且当所述唤醒脉冲的持续时间少于3个位时间时检测电控单元不能被唤醒，并且检测电控单元被唤醒时间不超过10个位时间

优选的，所述电压比较器用于检测所述检测收发器的CAN总线低位数据线的唤醒电压当所述唤醒电压在4. 5V飞.5V之间時，唤醒检测电控单元

本发明实施例还提供了一种基于上述本发明实施例提供的汽车CAN总线唤醒装置的汽车CAN总线唤醒方法，包括

当唤醒电控单元接收到网络系统的唤醒信号后通过脉冲延长电路产生唤醒脉冲，并通过唤醒收发器将所述唤醒脉冲发送给检测电控单元；

检测电控单元接收所述唤醒脉冲通过时间滤波器检测所述唤醒脉冲的持续时间，并通过电压比较器检测检测收发器的CAN总线低位数据线的电压當所述唤醒脉冲的持续时间和所述检测收发器的CAN总线低位数据线的电压都达到预定值时，唤醒检测电控单元

优选的，所述唤醒脉冲的持續时间的预定值为大于等于3个时间位小于等于10 个时间位；

所述检测收发器的CAN总线低位数据线的电压的预定值为4. 5V至5. 5V。

本发明实施例还提供叻一种车辆该车辆具体可以设置有上述本发明实施例提供的汽车CAN总线唤醒装置。

从以上所述可以看出本发明提供的汽车CAN总线唤醒装置、方法及车辆，可以使不带唤醒功能的收发器实现唤醒功能具有结构简单、成本低廉以及无需设计软件而直接安装的特点。

图I为现有技術中网络管理休眠唤醒功能间的相互转移图；2为本发明实施例提供的汽车CAN总线唤醒装置的结构示意图 3为本发明实施例提供的唤醒发送模块嘚电路结构示意图；4为本发明实施例提供的唤醒检测模块的电路结构示意图；5为本发明实施例提供的汽车CAN总线唤醒方法流程示意图； 6为本發明实施例提供的节点状态报文示意图；7为本发明实施例提供的网络管理状态转移图

具体实施方式 本发明的具体实施方式

提供了一种汽車CAN总线唤醒装置，如附图2所示该装置具体可以包括

唤醒电控单元I和检测电控单元2 ；

所述唤醒电控单元I包括唤醒发送模块11和唤醒收发器12 ；

所述检测电控单元2包括唤醒检测模块21和检测收发器22 ；

唤醒发送模块11中，具体可以包括

脉冲延长电路、开关过驱动电压电路和稳压电路

所述脉冲延长电路的电源端与VCC连接，所述脉冲延长电路的信号输出端与开关过驱动电压电路的信号输入端连接

所述开关过驱动电压电路的電源端通过第一电阻Rl与VCC连接，开关过驱动电压电路的信号输出端通过第二电阻R2同时与稳压电路的信号输入端和第一反向二极管Dl的阳极连接

所述稳压电路的信号输出端接地，所述第一反向二极管Dl的阴极与唤醒收发器 12的CAN总线高位数据线连接；

唤醒检测模块21中具体可以包括

时间濾波器和电压比较器

所述时间滤波器的信号输出端与所述电压比较器的信号输入端连接。

所述电压比较器的信号输出端和第三电阻R3的第┅端均与第四电阻R4的第一端连接第四电 阻R4的第二端与检测收发器22的CAN总线低位数据线连接，第五电阻R5的第一端与检测收发器22的CAN总线高位数據线连接

所述时间滤波器的电源端、所述电压比较器的电源端、第三电阻R3的第二端和第五电阻R5的第二端均接地。

提供的汽车CAN总线唤醒装置的结构中包括设置在唤醒电控单元I中的唤醒发送模块11和设置在检测电控单元2中的唤醒检测模块21，并且在唤醒电控单元I和检测电控单元2Φ还分别设置有唤醒收发器12和检测收发器22唤醒收发器12的CAN总线高位数据线通过第七电阻R7与检测收发器22的CAN总线低位数据线连接，第七电阻R7的阻值为60 Ω。图2中的各物理参数如下的唤醒电压和时间参数具体可如表I所示其中的CAN_H表示CAN总线高位数据线，简称为CAN高CAN_L表示CAN总线低位数据线，简称为CAN低

权利要求 1.一种汽车CAN总线唤醒装置，其特征在于包括 唤醒电控单元和检测电控单元； 所述唤醒电控单元包括唤醒发送模块和喚醒收发器； 所述检测电控单元包括唤醒检测模块和检测收发器； 所述唤醒发送模块包括脉冲延长电路、开关过驱动电压电路和稳压电路，所述脉冲延长电路的电源端与VCC连接所述脉冲延长电路的信号输出端与开关过驱动电压电路的信号输入端连接，开关过驱动电压电路的電源端通过第一电阻与VCC连接开关过驱动电压电路的信号输出端通过第二电阻同时与稳压电路的信号输入端和第一反向二极管的阳极连接，所述稳压电路的信号输出端接地所述第一反向二极管的阴极与唤醒收发器的CAN总线高位数据线连接； 所述唤醒检测模块包括时间滤波器囷电压比较器，所述时间滤波器的信号输出端与所述电压比较器的信号输入端连接所述电压比较器的信号输出端和第三电阻的第一端均與第四电阻的第一端连接，第四电阻的第二端与检测收发器的CAN总线低位数据线连接第五电阻的第一端与检测收发器的CAN总线高位数据线连接，所述时间滤波器的电源端、所述电压比较器的电源端、第三电阻的第二端和第五电阻的第二端均接地

2.如权利要求I所述的汽车CAN总线唤醒装置，其特征在于所述唤醒收发器的CAN总线高位数据线通过第七电阻与所述检测收发器的CAN总线低位数据线连接。

3.如权利要求I所述的汽车CAN總线唤醒装置其特征在于，所述脉冲延长电路用于保证所述唤醒收发器检测到至少170个位时间的唤醒脉冲

4.如权利要求I所述的汽车CAN总线唤醒装置，其特征在于所述开关过驱动电压电路为场效应晶体管MOSFET。

5.如权利要求I所述的汽车CAN总线唤醒装置其特征在于，所述稳压电路用于為所述唤醒收发器的CAN总线高位数据线提供8 14. 5V的电压

6.如权利要求I所述的汽车CAN总线唤醒装置，其特征在于所述时间滤波器用于检测唤醒脉冲嘚持续时间，且当所述唤醒脉冲的持续时间少于3个位时间时检测电控单元不能被唤醒，并且检测电控单元被唤醒时间不超过10个位时间

7.洳权利要求I所述的汽车CAN总线唤醒装置，其特征在于所述电压比较器用于检测所述检测收发器的CAN总线低位数据线的唤醒电压，当所述唤醒電压在4. 5疒5. 5V之间时唤醒检测电控单元。

8.一种基于权利要求I至7任意一项所述的汽车CAN总线唤醒装置的汽车CAN总线唤醒方法其特征在于，包括 当喚醒电控单元接收到网络系统的唤醒信号后通过脉冲延长电路产生唤醒脉冲，并通过唤醒收发器将所述唤醒脉冲发送给检测电控单元； 檢测电控单元接收所述唤醒脉冲通过时间滤波器检测所述唤醒脉冲的持续时间，并通过电压比较器检测检测收发器的CAN总线低位数据线的電压当所述唤醒脉冲的持续时间和所述检测收发器的CAN总线低位数据线的电压都达到预定值时，唤醒检测电控单元

9.根据权利要求8所述的汽车CAN总线唤醒方法，其特征在于所述唤醒脉冲的持续时间的预定值为大于等于3个时间位，小于等于10个时间位； 所述检测收发器的CAN总线低位数据线的电压的预定值为4. 5V至5. 5V

10.一种车辆，其特征在于设置有如权利要求I至7任意一项所述的汽车CAN总线唤醒装置。

全文摘要 本发明提供了┅种汽车CAN总线唤醒装置、方法及车辆所述装置中，唤醒发送模块包括脉冲延长电路、开关过驱动电压电路和稳压电路；唤醒检测模块包括时间滤波器和电压比较器本发明使不带唤醒功能的收发器实现唤醒功能，具有结构简单、成本低廉及无需设计软件直接安装的特点

孫江辉, 姬广斌 申请人:北京汽车股份有限公司

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基于嵌入式系统设计的工业控制装置在工业控制現场受到各种干扰，如电磁、粉尘、天气等对系统的正常运行造成很大的影响在工业控制现场各个设备之间要经常交换、传输数据，需偠一种抗干扰性强、稳定、传输速率快的现场总线进行通信文章采用CAN总线，基于嵌入式系统32位的S3C44B0X微处理器通过其SPI接口，MCP2510 CAN控制器扩展CAN总線；将嵌入式操作系统嵌入到S3C44B0X微处理器中能实现多任务、友好图形用户界面；针对S3C44B0X微处理器没有内存管理单元MMU，采用uClinux嵌入式操作系统這样在嵌入式系统中扩展CAN设备关键技术就是CAN设备在嵌入式操作系统下过驱动电压程序的实现。文章重点解决了CAN总线在嵌入式操作系统下过驅动电压程序实现的问题对于用户来说，CAN设备在嵌入式操作系统过驱动电压的实现为用户屏蔽了硬件的细节用户不用关心硬件就可以編出自己的用户程序。实验结果表明过驱动电压程序的正确性能提高整个系统的抗干扰能力，稳定性好最大传输速率达到1Mb/s；硬件的错誤检定特性也增强了CAN的抗电磁干扰能力。

系统采用S3C44B0X微处理器,需要扩展CAN控制器常用的CAN控制器有SJA1000和MCP2510,这两种芯片都支持CAN2.0B标准。SJA1000采用的总线是地址线和数据线复用的方式但是嵌入式处理器外部总线大多是地址线和数据线分开的结构，这样每次对SJA1000操作时需要先后写入地址和数据2次數据而且SJA1000使用5V逻辑电平。所以应用MCP2510控制器进行扩展收发器采用82C250。MCP2510控制器特点：1.支持标准格式和扩展格式的CAN数据帧结构（CAN2.0B）；2.0～8字节的囿效数据长度支持远程帧；3.最大1Mb/s的可编程波特率；4.2个支持过滤器的接受缓冲区，3个发送缓冲区；5.SPI高速串行总线最大5MHz；6.3～5.5V宽电压范围供電。MCP2510工作电压为3.3V能够直接与S3C44B0X微处理器I/O口相连。为了进一步提高系统抗干扰性可在CAN控制器和收发器之间加一个光隔6N137。其结构原理框图如圖1：

Linux把设备看成特殊的文件进行管理添加一种设备，首先要注册该设备增加它的过驱动电压。设备过驱动电压程序是操作系统内核与設备硬件之间的接口并为应用程序屏蔽了硬件细节。在linux中用户进程不能直接对物理设备进行操作必须通过系统调用向内核提出请求，甴内核调用相应的设备过驱动电压因此首先建立Linux设备管理、设备过驱动电压、设备注册、Linux中断这几个概念。

Linux支持各种各样的外围设备,对這些设备的管理通称为设备管理设备管理分为两部分：一部分是过驱动电压程序的上层，与设备无关的这部分根据输入输出请求，通過特定的设备过驱动电压程序接口与设备进行通信；另一部分是下层与设备有关的，通常称为设备过驱动电压程序它直接与硬件打交噵，并且向上层提供一组访问接口Linux设备管理为了对设备进行读、写等操作，把物理设备逻辑化把它看成特殊的文件，称为设备文件采用文件系统接口和系统调用来管理和控制设备。Linux把设备分为三类块设备、字符设备和网络设备。每类设备都有不同管理控制方式和不哃的过驱动电压程序这样方便于对系统进行裁减。Linux内核对设备的识别是根据设备类型和设备号在字符设备中使用同一个过驱动电压程序的每种设备都有唯一的主设备号。CAN设备通过在/vendor/Samsung/44b0/Makefile文件下设置设备类型和设备号分别为can、125

Linux对设备操作的具体实现是由设备过驱动电压程序唍成。设备过驱动电压程序加载到系统中通过设备注册实现Linux过驱动电压程序对文件的操作通过file_operations结构体来完成。file_operations结构体是文件操作函数指針的集合在设备管理中该结构体各个成员项指向的操作函数就是设备过驱动电压程序的各个操作例程，编写过驱动电压程序实质上就是編写该结构体中的各个函数对不同的设备可以配备其中全部或部分的操作函数，不使用的函数指针置为NULL下面是CAN设备file_operations结构体：

这个结构嘚每一个成员的名字都对应着一个系统调用。用户进程利用系统调用来调用自己的过驱动电压接口,系统调用通过设备文件的主设备号找箌相应的设备过驱动电压程序,然后读取这个数据结构相应的函数指针,接着把控制权交给该函数。

在linux中当一种设备安装到系统时必须向系統进行注册，设备注册的主要任务是把设备过驱动电压程序加载到系统中Linux对不同的设备（如字符设备和块设备）分开进行注册管理。每個设备描述符包括两个指针：name指向设备名字符串fops指向文件操作函数结构file_operations，该结构体中包含着指向过驱动电压程序各个操作例程的指针圖2给出了linux字符设备注册表的示意图。CAN字符设备的注册函数是内核函数:register_chrdev(MAJOR_NR,DEVICE_NAME,&s3c44b0_mcp2510_fops);

在linux系统里对中断的处理是属于系统核心部分，因而如果设备与系统の间以中断方式进行数据交换就必须把该设备的过驱动电压程序作为系统核心的一部分。设备过驱动电压程序通过用request_irq函数来申请中断通过free_irq来释放中断。由于本实验未用到中断因此在此不作详细介绍。

CAN设备属于字符设备对于CAN总线设备，除了发送（使用write方法）、接受（使用read方法）以外还需要控制CAN总线通信的波特率、设置工作模式、设置ID等，所以使用ioctl是最合适的方法

CAN过驱动电压程序的入口函数：