CN105429997A - FlexRay总线与CAN总线协议转换装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种FlexRay总线与CAN总线协议转换装置及方法，它包括CAN总线收发器和FlexRay总线收发器，其特征在于：CAN总线收发器与CAN总线隔离电路连接，CAN总线隔离电路与微控制器连接，FlexRay总线收发器与微控制器连接，电源电路与CAN总线收发器、FlexRay总线收发器、CAN总线隔离电路和微控制器连接；解决了FlexRay总线和CAN总线间数据不兼容问题，能够实现直接通信传输数据，适合在同时具有FlexRay总线和CAN总线的车辆中使用等优点。

Description

FlexRay总线与CAN总线协议转换装置及方法

技术领域

本发明属于车载网络技术领域，尤其涉及一种FlexRay总线与CAN总线协议转换装置及方法。

背景技术

随着汽车电子技术的发展，汽车上的电子控制单元ECU（ElectronicControlUnits，ECU）越来越多，采用CAN（ControllerAreaNetwork，CAN）总线车载网络系统，能够将大量的ECU连接在一起组成一个车内局域网，能够提高车载网络工作效率以及安全性、简化汽车布线、降低生产成本。因此，CAN总线车载网络系统在汽车动力系统和车身控制系统中得到了广泛的应用。与此同时，为了弥补CAN总线的不足以及满足车内一些特殊应用的要求，如悬挂控制、换挡控制、刹车控制、转向控制等，一种具有传输速率高、可确定性、故障可容错的新型汽车标准总线FlexRay也在汽车上得到了应用，因此出现一辆汽车上同时具有CAN总线和FlexRay总线，而FlexRay总线与CAN总线中数据不兼容。

在现有的技术中，对于汽车中总线数据不兼容的问题，是利用VDM通过跨系统编写不同总线之间通信网关来实现不同总线系统数据兼容。但是汽车上的网关都是固化集成的，一旦出现问题，就会导致车载网络中的所有数据出现混乱，当总线通信协议复杂时通信网关编写也会很困难。

发明内容

本发明要解决的技术问题：提供一种FlexRay总线与CAN总线协议转换装置及方法，以解决现有技术车辆上同时具有CAN总线和FlexRay总线时，FlexRay总线与CAN总线数据不兼容，采用VDM通过跨系统编写不同总线之间通信网关来实现不同总线系统数据兼容，存在的容易导致车载网络中的所有数据出现混乱，总线通信协议复杂时通信网关编写困难等技术问题。

本发明技术方案：

一种FlexRay总线与CAN总线协议转换装置，它包括CAN总线收发器和FlexRay总线收发器，CAN总线收发器与CAN总线隔离电路连接，CAN总线隔离电路与微控制器连接，FlexRay总线收发器与微控制器连接，电源电路与CAN总线收发器、FlexRay总线收发器、CAN总线隔离电路和微控制器连接。

它还包括外围电路和时钟分频电路，所述外围电路包括看门狗复位电路、晶振电路和BDM调试电路。

所述CAN总线收发器采用TJA1040芯片构成。

CAN总线隔离电路采用双通道的HCPL2630高速光电耦合器构成。

微控制器采用飞思卡尔公司生产的MC9S12XF512芯片构成。

FlexRay总线收发器采用双路FlexRay总线收发器TJA1080ATS/2芯片构成。

FlexRay总线收发器通过滤波隔离电路与FlexRay总线接口连接。

一种FlexRay总线与CAN总线协议转换装置的转换方法，它包括：

步骤1、PC端通过BDM调试器，将指令发送至微控制器，微控制器根据程序指令生产FlexRay总线与CAN总线之间的协议映射表；

步骤2、微控制器通过内部的FlexRay通信控制器来控制FlexRay总线收发器读取FlexRay总线上的数据或者通过内部CAN协议控制器来控制CAN总线隔离电路和CAN总线收发器读取CAN总线上的数据；

步骤3、微控制器将总线上读取的数据先存储到存储器中，再根据协议映射表，映射到映射表；

步骤4、微控制器将根据协议映射表，查找CAN总线存储地址的数据所对应的FlexRay总线上周期时槽或者查找FlexRay总线存储地址的数据所对应的CAN总线的数据帧的ID；

步骤5、微控制器根据协议映射表将CAN总线存储地址的数据转换成对应的FlexRay总线的数据格式或者将FlexRay总线存储地址的数据转换成对应的CAN总线的数据格式；

步骤6、微控制器根据协议映射表将转换好的数据在CAN总线上所对应的数据帧ID上传输，或者将转换后的数据在所对应的FlexRay总线周期时槽中传输。

步骤2中FlexRay总线是采用时间触发方式发送和接收数据及采用时槽的方式进行数据的接收和发送，CAN总线则是采用主从方式发送和接收数据。

本发明的有益效果：

本发明提供FlexRay总线与CAN总线的协议转换装置及方法，通过在微控制器内部建立协议映射表，对FlexRay总线与CAN总线的数据进行映射，可以实现FlexRay总线与CAN总线之间的通信。FlexRay总线具有高容错性、高实时性和高带宽等特点，本发明解决了FlexRay总线和CAN总线间数据不兼容问题，能够实现直接通信传输数据，适合在同时具有FlexRay总线和CAN总线的车辆中使用。

附图说明

图1本发明协议转换装置结构示意图；

图2本发明协议转换装置具体连接示意图；

图3一种FlexRay总线与CAN总线的协议转换方法流程示意图；

图4一种FlexRay总线与CAN总线的协议转换方法协议映射流程图。

具体实施方式

一种FlexRay总线与CAN总线协议转换装置（见图1），它包括CAN总线收发器和FlexRay总线收发器，CAN总线收发器与CAN总线隔离电路连接，CAN总线隔离电路与微控制器连接，FlexRay总线收发器与微控制器连接，电源电路与CAN总线收发器、FlexRay总线收发器、CAN总线隔离电路和微控制器连接。

本发明总线协议转换装置中微控制器和CAN总线收发器与CAN总线隔离电路以及FlexRay总线收发器的电路具体连接示意图（见图2），CAN总线收发器和CAN总线隔离电路主要是通过微控制器的PM0和PM1口和CAN总线隔离电路连接，CAN总线隔离电路再与CAN总线收发器连接，实现数据信息的传输；而FlexRay总线收发器则是微控制器通过PH0，PH1，PH2，PH3，PJ3，PJ5，PH4，PH5，PH6，PH7，PJ4，PJ6接口与FlexRay总线收发器相连接。

FlexRay总线收发器输出口BP、BM与滤波隔离电路连接，滤波隔离电路与FlexRay总线接口连接。由于FlexRay总线收发器采用的是双路，因此每一路输出分别采用一个滤波隔离电路。滤波隔离电路分别与FlexRay总线接口A和FlexRay总线接口B连接。

电源电路：本转换装置中用到的电源电路，是采用LM2940芯片搭建的稳压电路，输出端直接与微控制器、CAN总线收发器、CAN总线隔离电路和FlexRay总线收发器相连接，为其提供工作电源；

CAN总线收发器，作为CAN总线协议控制器和物理传输线路之间的接口，用于接收CAN总线节点的数据信息或者将数据信息发送至CAN总线节点；采用TJA1040芯片构成；TJA1040符合ISO189标准，速度高达1M，电磁辐射EME低，具有抗电磁干扰等优点。在发明中采用TJA1040构成CAN总线收发器，与CAN总线隔离电路直接连接，微控制器可通过CAN总线隔离电路和CAN总线收发器组成的电路，实现CAN总线的数据的传输。

FlexRay总线收发器，作为FlexRay网络的物理总线和微控制器间的接口，提供接收物理总线节点的数据信息，或者将数据信息发送至FlexRay物理总线节点，并且作为微控制器和总线节点之间的收发芯片，提供了一种隔离电路，增加FlexRay总线数据传输的抗干扰能力；FlexRay总线收发器：采用双路FlexRay总线收发器TJA1080ATS/2芯片。在本发明中采用TJA1080ATS/2芯片组成FlexRay总线收发器，直接与微控制器的FlexRay总线模块接口连接，即可实现微控制器在FlexRay总线中的数据传输。

CAN总线隔离电路，用于增强CAN总线节点上的抗干扰性能和隔离性能。微控制器通过CAN总线隔离电路与CAN总线收发器相连，可以很好的实现CAN总线上各个节点的电气隔离，提高了总线节点的稳定性和安全性；CAN总线隔离电路采用双通道的HCPL2630高速光电耦合器构成，其速度能达到10Mbit/s，能够很好的实现总线节点之间的电气隔离和提高抗干扰能力。在采用高速光电耦合器HCPL2630构成的CAN总线隔离电路中，微控制器内部CAN总线模块接口直接与CAN总线隔离电路相连接，而CAN总线隔离电路的输出则是与CAN总线收发器相连接；

微控制器，采用16位嵌入式单片机MC9S12XF512为核心构成的FlexRay总线与CAN总线的转换装置，并且配有相应外围电路，形成了一个即有CAN总线模块又有FlexRay总线模块的可编程的转换装置。微控制器通过内部的FlexRay通信控制器来控制FlexRay总线收发器传输FlexRay总线上的数据或者通过内部CAN协议控制器来控制CAN总线隔离电路和CAN总线收发器传输CAN总线上的数据；微控制器采用飞思卡尔公司生产的MC9S12XF512芯片，该芯片内部存储大小有512KBFLASH和32KBRAM，其中512KB的FLASH可以用来保存程序和原始数据，32KB的RAM可用做堆栈以及保存动态数据，足够存储和映射我们所需要发送和接受的总线上的数据。另外该单片机内部含有FlexRay控制器的FlexRay总线模块接口和CAN总线协议控制器的CAN总线模块接口，适合作为本发明装置中的核心控制单元。

它还包括外围电路和时钟分频电路，所述外围电路包括看门狗复位电路、晶振电路和BDM调试电路。BDM调试电路提供BDM调试接口，供BDM调速器连接，进行编程调速。

一种FlexRay总线与CAN总线的协议转换方法流程示意图（见图3），

微控制器是本发明中转换装置中的核心，我们通过BDM调试器来将指令发送至微控制器。

步骤1、微控制器通过BDM调试器与BDM调试电路中的BDM调试接口相连接，进行编程，生成FlexRay总线与CAN总线之间的协议映射表；

步骤2、微控制器通过内部的FlexRay通信控制器来控制FlexRay总线收发器读取FlexRay总线上的数据或者通过内部CAN协议控制器来控制CAN总线隔离电路和CAN总线收发器读取CAN总线上的数据；

步骤3、微控制器将总线上读取的数据先存储到存储器中，再根据协议映射表，映射到映射表；

步骤4、微控制器将根据协议映射表，查找CAN总线存储地址的数据所对应的FlexRay总线上周期时槽或者查找FlexRay总线存储地址的数据所对应的CAN总线的数据帧的ID；

步骤5、微控制器根据协议映射表将CAN总线存储地址的数据转换成对应的FlexRay总线的数据格式或者将FlexRay总线存储地址的数据转换成对应的CAN总线的数据格式；

步骤6、微控制器根据协议映射表将转换好的数据在CAN总线上所对应的数据帧ID上传输，或者将转换后的数据在所对应的FlexRay总线周期时槽中传输。

对于步骤2,微控制器中CAN总线和FlexRay总线工作机制是不一样的，FlexRay是采用时间触发方式发送和接受数据及采用时槽的方式进行数据的接收和发送，而CAN总线则是采用主从方式发送和接收数据，对微控制器的程序编写时，则需要根据这两种工作机制，发送不同的指令，使装置能够正常工作。

对于步骤2，微控制器MC9S12XF512芯片，其内部既包含FlexRay总线模块接口也包含CAN总线模块接口，单片机可以根据指令直接在内部对读取到的数据进行存储和映射。可将读取到的CAN总线上的数据存储到对应的CAN总线模块存储地址中，或者将读取到的FlexRay总线上的数据存储到对应的FlexRay总线模块的存储地址中。在进行具体的协议映射转换时，当微控制器读取CAN总线的数据并存储到对应的CAN总线模块的不同存储地址中之后，微控制器就可以对CAN总线中的数据进行映射，其过程是微控制器根据协议映射表查找与CAN总线数据存储地址相对应的FlexRay总线周期时隙，在不同存储地址对应的时槽到来之前的一个时槽读取该地址内的数据，并将数据打包成FlexRay数据格式，微控制器将打包后的数据通过FlexRay总线收发器发送到FlexRay总线中。当微控制器读取FlexRay总线上的数据并存储到对应的FlexRay模块的存储地址中之后，微控制器对FlexRay总线数据进行映射，微控制器根据协议映射表查找FlexRay总线存储地址的数据所对应的CAN总线的数据帧的ID，在CAN总线空闲时顺序读取不同存储地址的数据并将数据打包成CAN总线的数据格式，微控制器将打包后的数据通过CAN总线收发器和CAN总线隔离电路发送到CAN总线中。具体的协议装换映射流程图见图4。

对于步骤3,分为两种情况，一个是从CAN总线上读取到数据，此时微控制器会根据内部生成的协议映射表查找CAN总线所对应的FlexRay总线的周期时槽数，另一个是微控制器从FlexRay总线上读取到数据，再根据协议映射表查找FlexRay总线上的数据存储映射所对应的CAN总线的数据帧的ID号。

对于步骤4由于CAN总线数据要转换成FlexRay总线的数据，微控制器在FlexRay总线工作机制下，在不同存储地址对应的时槽到来之前有一个时槽读取CAN总线数据的存储地址内的数据，并将其打包成FlexRay总线传输的数据格式。对于FlexRay总线数据转换成CAN总线的数据，则微控制器工作在CAN总线工作机制下，在CAN总线空闲是顺序读取FlexRay总线存储不同地址的数据并将其打包成CAN总线的数据格式。

对于步骤5和6,分为两种情况，一种是微控制器工作在FlexRay总线工作机制下，则微控制器则通过内部FlexRay总线控制器控制FlexRay总线收发器将上述打包好的数据发送到FlexRay总线上。另一种是微控制器工作在CAN总线工作机制下，则微控制器通过内部CAN总线协议控制器通过CAN总线隔离电路和CAN总线收发器将打包好的数据发送到CAN总线上。

Claims (9)

1.一种FlexRay总线与CAN总线协议转换装置，它包括CAN总线收发器和FlexRay总线收发器，其特征在于：CAN总线收发器与CAN总线隔离电路连接，CAN总线隔离电路与微控制器连接，FlexRay总线收发器与微控制器连接，电源电路与CAN总线收发器、FlexRay总线收发器、CAN总线隔离电路和微控制器连接。

2.根据权利要求1所述的一种FlexRay总线与CAN总线协议转换装置，其特征在于：它还包括外围电路和时钟分频电路，所述外围电路包括看门狗复位电路、晶振电路和BDM调试电路。

3.根据权利要求1所述的一种FlexRay总线与CAN总线协议转换装置，其特征在于：所述CAN总线收发器采用TJA1040芯片构成。

4.根据权利要求1所述的一种FlexRay总线与CAN总线协议转换装置，其特征在于：CAN总线隔离电路采用双通道的HCPL2630高速光电耦合器构成。

5.根据权利要求1所述的一种FlexRay总线与CAN总线协议转换装置，其特征在于：微控制器采用飞思卡尔公司生产的MC9S12XF512芯片构成。

6.根据权利要求1所述的一种FlexRay总线与CAN总线协议转换装置，其特征在于：FlexRay总线收发器采用双路FlexRay总线收发器TJA1080ATS/2芯片构成。

7.根据权利要求1所述的一种FlexRay总线与CAN总线协议转换装置，其特征在于：FlexRay总线收发器通过滤波隔离电路与FlexRay总线接口连接。

8.如权利要求1所述的一种FlexRay总线与CAN总线协议转换装置的转换方法，其特征在于：它包括：

步骤1、PC端通过BDM调试器，将指令发送至微控制器，微控制器根据程序指令生产FlexRay总线与CAN总线之间的协议映射表；

步骤2、微控制器通过内部的FlexRay通信控制器来控制FlexRay总线收发器读取FlexRay总线上的数据或者通过内部CAN协议控制器来控制CAN总线隔离电路和CAN总线收发器读取CAN总线上的数据；

步骤3、微控制器将总线上读取的数据先存储到存储器中，再根据协议映射表，映射到映射表；

步骤4、微控制器将根据协议映射表，查找CAN总线存储地址的数据所对应的FlexRay总线上周期时槽或者查找FlexRay总线存储地址的数据所对应的CAN总线的数据帧的ID；

步骤5、微控制器根据协议映射表将CAN总线存储地址的数据转换成对应的FlexRay总线的数据格式或者将FlexRay总线存储地址的数据转换成对应的CAN总线的数据格式；

步骤6、微控制器根据协议映射表将转换好的数据在CAN总线上所对应的数据帧ID上传输，或者将转换后的数据在所对应的FlexRay总线周期时槽中传输。

9.根据权利要求8所述的一种FlexRay总线与CAN总线协议转换装置的转换方法，其特征在于：步骤2中FlexRay总线是采用时间触发方式发送和接收数据及采用时槽的方式进行数据的接收和发送，CAN总线则是采用主从方式发送和接收数据。