[发明专利]一种汽车车身CAN-LIN网关的设计

说明书

技术领域

本发明属于汽车通信网络系统技术领域，特别涉及CAN总线与LIN总线的网关设计。

背景技术

汽车通信系统是现代汽车的重要标志。如今，为了减少汽车车身线束，现场总线技术已经广泛应用于车身电子控制系统。目前汽车上普遍采用的车载总线有：局部互联协议LIN、控制区域网CAN。CAN-LIN网关是将两个使用不同协议的网络段连接在一起，它的作用就是对两个网段中的使用不同传输协议的数据进行互相的转换。在CAN/LIN网关中，所需要实现的就是将CAN总线上，属于该网关下属LIN局域网设备的消息中的数据，按照LIN协议的形式打包，按CAN消息ID查转换表得到的目的地址发给相应LIN设备；如果LIN设备有消息发向CAN总线上的高速设备，则需经由网关提取数据，打包，之后按LIN消息ID查转换表得到的目的地址发给相应CAN设备。在国内对于汽车网关安全性及容错性的研究属于初步阶段，本发明将实时操作系统引入汽车网络具有创新意义。

发明内容

本发明目的是设计实现一种基于操作系统的CAN-LIN网关。针对汽车车身控制的强实时要求，根据实时操作系统uC/OS-II的中断延时可预知性，提出了基于实时操作系统的CAN/LIN网关的设计，详细地给出了该网关硬件、软件的实现方法。针对网关节点在垂直网络中的特殊地位，其协议转换导致的延时容易造成消息丢弃的现象，本发明构造了消息缓冲队列结构，降低了系统消息丢包率。同时，成功将多关键度任务调度算法引入本系统，使得系统在过载时，仍能保证高关键任务优先调度的情况下让尽可能多的次关键或非关键任务得到执行。

本发明在硬件设计上不仅需要考虑选择带有CAN、LIN收发器，CAN控制器和MCU的芯片，还需考虑到uC/OS-II对硬件平台的要求，所以选择MC9S12D64。硬件结构如图1。

本发明的软件构架有三部分组成，总线驱动层，操作系统层和应用层。驱动层由基本的API构成，在实现芯片功能的基础上，进一步讨论了两类网络速率不匹配问题的解决机制-接收缓冲机制。并采用了基于时间的先进先出原则进行排队，有效地降低了速度差异引起的丢包率，同时，也保证了消息报文处理时先来先服务的时序性。

操作系统层采用当前流行的实时操作系统uC/OS-II。在将uC/OS-II移植到MC9S12单片机的过程中，除了要做必要的底层修改之外，本发明解决了瞬时过载情况下的任务调度问题，尤其是解决了不能在保证高关键任务优先调度的情况下让尽可能多的次关键或非关键任务得到执行的问题。为解决这一问题引入了任务关键度这一概念，并定量地描述了任务错过时限的关键度。将任务集划分为三种状态：正常状态、紧急状态、失效状态。从而明确地提出任务调度器设计目标：让多级关键度任务尽可能地处在正常状态，偶尔处于紧急状态，但绝对不能处于失效状态。

应用层主要负责收发CAN/LIN消息，然后进行消息的协处理。前者首先检查消息ID是否为该节点应收消息，然后检验消息内容的正确性，最后将消息内容(消息标识和数据)送入协议缓冲中。后者查消息转换表，判断该消息是否需要协议转换(部分消息是发送给网关节点的，不需要进行消息转发)，如果不需要转换，直接调用消息处理函数；否则，调用消息转换函数。

本发明的积极意义是将实时操作系统引入汽车网关中，适用于汽车车身控制系统等对安全关键度要求较高的实时环境。该系统将CAN、LIN网络有机结合起来，完成了一个完整透明控制网络的构建，降低了系统消息丢包率，并且保证高关键任务优先调度的情况下让尽可能多的次关键或非关键任务得到执行。

附图说明

图1CAN/LIN网关硬件结构框图

图2CAN/LIN网关消息转换系统结构图

具体实施方案

本发明在硬件上选用MC9S12D64芯片。由于CAN/LIN网关具有CAN节点和LIN主节点的双重身份，它的传输是基于两个基本假设的：

1.任何CAN节点都可以发送一串预先准备好的信息流，在发送相邻的两条信息之间不需要释放总线。在发送前一个消息帧后进行仲裁，只有失败时才会释放总线。

2.任何CAN节点的内部消息都先进行整理，如果有多条信息等待发送，那么具有最高优先级的信息将先被发送出去。以上功能在只有一个发送缓冲时是不可实现的。