控制器局域網(wǎng)(CAN)協(xié)議是在20世紀(jì)80年代中期專(zhuān)為汽車(chē)行業(yè)設(shè)計(jì)的一種規(guī)范，可在日益增長(zhǎng)的互聯(lián)應(yīng)用中減少數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟季€復(fù)雜性(重量、數(shù)量和成本)。

CAN的優(yōu)勢(shì)也被其他市場(chǎng)(包括工廠自動(dòng)化和醫(yī)療應(yīng)用)接受和吸納，這使其應(yīng)用范圍更加廣泛，全球每年交付的CAN節(jié)點(diǎn)超過(guò)10億個(gè)。同樣，每年交付的8位單片機(jī)(MCU)也超過(guò)10億個(gè)。如今，雖然這些統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)有部分重疊，但今后仍會(huì)有大幅增長(zhǎng)。

CAN繼續(xù)滿(mǎn)足汽車(chē)制造商的需求

傳統(tǒng)的CAN通信以事件為基礎(chǔ)，允許單片機(jī)和專(zhuān)用集成電路(ASICS)在應(yīng)用中直接相互通信，無(wú)需主機(jī)。CAN經(jīng)過(guò)半導(dǎo)體公司集成后極大降低了成本，并且能夠與更多汽車(chē)系統(tǒng)兼容。自2000年初以來(lái)，8位MCU也引入了CAN協(xié)議。最近，2015年最先推出的8位MCU設(shè)計(jì)方案使用獨(dú)立于內(nèi)核的外設(shè)(CIP)，全新的8位MCU系列能夠解決CAN應(yīng)用中的許多系統(tǒng)問(wèn)題。

除了成本效益高之外，CAN的成功還可以歸功于：

·穩(wěn)健性

·可靠的數(shù)據(jù)傳輸

·易于實(shí)現(xiàn)

毫無(wú)疑問(wèn)，除了成本效益極高之外，8位MCU還具有上述優(yōu)勢(shì)。因此，8位MCU和CAN是用于滿(mǎn)足汽車(chē)網(wǎng)絡(luò)需求的完美組合。

多年來(lái)的實(shí)踐足以證明CAN能夠滿(mǎn)足各種控制系統(tǒng)的需求。隨著汽車(chē)網(wǎng)絡(luò)需要的各種屬性不斷增加，包括時(shí)間觸發(fā)、容錯(cuò)和單線實(shí)現(xiàn)以及具有靈活數(shù)據(jù)傳輸速率的CAN(CAN FD)，CAN規(guī)范也得到擴(kuò)展。表1顯示的是自30多年前首次推出以來(lái)CAN發(fā)生的諸多變化。

表1.用于滿(mǎn)足不同汽車(chē)需求的CAN版本

為了將傳感器和執(zhí)行器聯(lián)網(wǎng)以提高系統(tǒng)舒適度，汽車(chē)工程師使用局域互連網(wǎng)絡(luò)(LIN)協(xié)議來(lái)降低成本。但是，LIN是單線主從式網(wǎng)絡(luò)，需要對(duì)使用CAN的硬件和軟件進(jìn)行更改。使用CAN的最新汽車(chē)應(yīng)用包括門(mén)禁控制、電池充電/電池管理和診斷設(shè)備。為了實(shí)現(xiàn)全部的車(chē)輛要求，尤其是需要從另一個(gè)CAN控制系統(tǒng)訪問(wèn)數(shù)據(jù)的車(chē)輛要求，需要使用8位MCU/CAN。圖1顯示的是將8位MCU/CAN節(jié)點(diǎn)輕松添加到現(xiàn)有CAN總線的示例。

圖1.不同的CAN實(shí)現(xiàn)可以共存，這增加了CAN總線的靈活性

使用支持CAN的8位MCU滿(mǎn)足低成本網(wǎng)絡(luò)需求

連接到CAN總線是系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員需要實(shí)現(xiàn)的最低功能，通過(guò)增加專(zhuān)門(mén)用于滿(mǎn)足其他系統(tǒng)要求的外設(shè)，簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)人員的任務(wù)。這些系統(tǒng)任務(wù)包括感測(cè)一個(gè)或兩個(gè)用于控制目的的參數(shù)、移動(dòng)電機(jī)或激活電磁線圈或者提供其他功能。

使用CIP方法可以降低軟件的復(fù)雜程度，并以較低的時(shí)鐘速度提供更快的響應(yīng)時(shí)間，同時(shí)降低功耗。Microchip PIC18 K83系列中豐富的CIP系統(tǒng)類(lèi)別包括：

·智能模擬(包括傳感器接口)

·波形控制

·時(shí)序和測(cè)量

·邏輯和數(shù)學(xué)

·安全和監(jiān)視

·通信

·低功耗和系統(tǒng)靈活性

在這些類(lèi)別中，具體外設(shè)包括：

·帶有存儲(chǔ)器掃描的循環(huán)冗余校驗(yàn)(CRC)，用于確保非易失性存儲(chǔ)器的完整性

·直接存儲(chǔ)器訪問(wèn)(DMA)，用于在沒(méi)有CPU參與的情況下進(jìn)行存儲(chǔ)器和外設(shè)之間的數(shù)據(jù)傳輸

·窗口看門(mén)狗定時(shí)器(WWDT)，用于觸發(fā)系統(tǒng)復(fù)位

·帶計(jì)算功能的12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC2)，可自動(dòng)進(jìn)行模擬信號(hào)分析，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)系統(tǒng)響應(yīng)

·互補(bǔ)波形發(fā)生器(CWG)，用于使能電機(jī)控制的高效同步開(kāi)關(guān)

除了使用CAN 2.0B外，集成CAN控制器還能夠完全兼容以前版本的CAN模塊(CAN 1.2和CAN 2.0A)。該產(chǎn)品的功能包括存儲(chǔ)器訪問(wèn)分區(qū)(MAP)，用于在數(shù)據(jù)保護(hù)和自舉程序應(yīng)用中為設(shè)計(jì)人員提供支持。器件信息區(qū)(DIA)，用于為工廠編程的器件ID和外設(shè)校準(zhǔn)值提供專(zhuān)用存儲(chǔ)空間。

由于CAN節(jié)點(diǎn)的主要目標(biāo)是通信，因此8位MCU改進(jìn)了串行通信，包括支持異步通信和LIN協(xié)議的UART以及更高速的獨(dú)立I2C和SPI串行通信接口。表2顯示了15個(gè)CIP以及它們滿(mǎn)足具體系統(tǒng)需求的方式。

表2. PIC18 K83系列中獨(dú)立于內(nèi)核的外設(shè)可滿(mǎn)足多種系統(tǒng)需求

過(guò)去并沒(méi)有考慮過(guò)在8位MCU中實(shí)施這些片上結(jié)構(gòu)，而正是由于這些結(jié)構(gòu)，現(xiàn)在的8位MCU的性能與許多設(shè)計(jì)人員的期望完全不同，提供的功能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)十年前設(shè)計(jì)的MCU。

8位MCU的編程方式非常簡(jiǎn)單，與CAN和CIP結(jié)合使用時(shí)甚至更加容易。當(dāng)這些8位MCU能夠提供足夠的處理能力時(shí)，特別是針對(duì)遠(yuǎn)程節(jié)點(diǎn)的處理能力，便能夠替代更昂貴且更難編程的16位MCU。而CIP可以提供更多處理能力，實(shí)現(xiàn)更多8位MCU選項(xiàng)。

可靈活配置的片上硬件模塊能夠更高效更確定地處理重復(fù)嵌入。事實(shí)上，由于CAN的確定性，如果MCU陷入循環(huán)，使用CIP的CAN仍然可以在內(nèi)核之外繼續(xù)運(yùn)行。

借助最新的8位MCU/CAN + CIP和LIN，網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)人員現(xiàn)在可以為CAN和LIN通信提供更多靈活性和選擇。實(shí)際上，一些典型的8位MCU LIN應(yīng)用現(xiàn)在是潛在的CAN應(yīng)用。例如，如果模塊需要了解網(wǎng)絡(luò)上的其他數(shù)據(jù)(如車(chē)輛速度)，CAN可能是更好的選擇，或者至少是LIN的備選方案。這對(duì)于擋風(fēng)玻璃雨刮非常有用，可以根據(jù)車(chē)輛的速度改變雨刷速度，而無(wú)需CAN到LIN的網(wǎng)關(guān)。另外，如圖2所示，使用系統(tǒng)級(jí)CIP可以少用一兩個(gè)額外的ASIC。

多年來(lái)，汽車(chē)中一直使用相同的PWM和互補(bǔ)波形發(fā)生器CIP生成相當(dāng)復(fù)雜的多色LED氣氛照明。由于MCU沒(méi)有應(yīng)用CAN功能，這些驅(qū)動(dòng)程序會(huì)連接到LIN總線。將該功能與支持CAN功能的高性?xún)r(jià)比8位MCU相結(jié)合，可為設(shè)計(jì)提供更高的靈活性和簡(jiǎn)化的備用方法。

雖然市面上大多數(shù)8位MCU都嚴(yán)重依賴(lài)內(nèi)核來(lái)處理外設(shè)功能，但CIP可實(shí)現(xiàn)其他系統(tǒng)設(shè)計(jì)可能性，不會(huì)對(duì)CPU造成明顯負(fù)擔(dān)，這包括：各種傳感器的高精度接口、高功率LED驅(qū)動(dòng)器和/或相當(dāng)復(fù)雜的電機(jī)控制水平。

可以使用各種開(kāi)發(fā)工具確定這些和其他可能性中的哪一種適合特定網(wǎng)絡(luò)。例如，MPLAB?代碼配置器(MCC)是一款免費(fèi)的軟件插件，可提供圖形界面來(lái)配置特定于應(yīng)用的外設(shè)和功能。借助該工具，系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師在完成特定任務(wù)時(shí)可以輕松配置基于硬件的外設(shè)，而不必編寫(xiě)和驗(yàn)證整個(gè)軟件程序。

樹(shù)立自信的態(tài)度

對(duì)于汽車(chē)和工業(yè)應(yīng)用中的總線架構(gòu)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員肯定有多種選擇。作為一種廣受認(rèn)可的總線，當(dāng)需要為現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)增加檢測(cè)和/或控制功能時(shí)，具有附加功能來(lái)滿(mǎn)足不同系統(tǒng)需求的MCU使CAN成為一種出色的選擇。憑借其獨(dú)立于內(nèi)核的外設(shè)，8位MCU/CAN系列可將CAN擴(kuò)展到網(wǎng)絡(luò)上更具成本效益的節(jié)點(diǎn)中。

新型8位MCU/CAN + CIP為新興汽車(chē)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用提供了靈活、經(jīng)濟(jì)高效、簡(jiǎn)單而可靠的數(shù)據(jù)傳輸以及訪問(wèn)控制、電池充電/電池管理和診斷設(shè)備所需的更高性能和系統(tǒng)支持。