基于CPLD的電池管理系統(tǒng)雙CAN控制器的設(shè)計(jì)

本文針對(duì)整車(chē)對(duì)電池管理系統(tǒng)提出雙CAN通信的要求，設(shè)計(jì)了由CPLD、TMS320LF2407與SJA1000構(gòu)成的雙CAN控制器。文中介紹了其硬件電路和軟件流程。關(guān)鍵詞：混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē);電池管理系統(tǒng);雙CAN控制器

　　電池管理系統(tǒng)是混合動(dòng)力汽車(chē)中重要的電子控制單元，具有保障電池正常、可靠和高效工作的作用，是電池與用電設(shè)備之間的橋梁。在研制以及批量生產(chǎn)過(guò)程中都需要對(duì)其內(nèi)部控制參數(shù)進(jìn)行離線(xiàn)或在線(xiàn)匹配標(biāo)定，而電池管理系統(tǒng)需要采集和處理大量的數(shù)據(jù)，本文選用TMS320LF2407作為標(biāo)定用CAN控制器。作為電動(dòng)汽車(chē)上的一個(gè)CAN節(jié)點(diǎn)，需要接收整車(chē)發(fā)來(lái)的CAN消息來(lái)執(zhí)行對(duì)外部繼電器、風(fēng)扇以及電池等器件的控制命令，本文選用SJA1000。

　　雙CAN硬件電路和

　　CPLD邏輯設(shè)計(jì)

　　雙CAN硬件電路設(shè)計(jì)

　　TMS320LF2407基于增強(qiáng)的哈佛結(jié)構(gòu)，是地址線(xiàn)和數(shù)據(jù)線(xiàn)分離的微處理器，對(duì)晶振倍頻后，頻率高達(dá)40MHz。而SJA1000的地址線(xiàn)和數(shù)據(jù)線(xiàn)復(fù)用，增加了DSP與SJA1000之間讀寫(xiě)數(shù)據(jù)的難度，這也是本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)。常規(guī)的設(shè)計(jì)方式是在DSP與SJA1000之間加一個(gè)電平轉(zhuǎn)換雙向緩沖驅(qū)動(dòng)，其結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。按這種方式設(shè)計(jì)的電路，當(dāng)對(duì)SJA1000進(jìn)行讀寫(xiě)操作時(shí)，先配置DSP的I/O端口，將ALE拉高，鎖存地址，然后通過(guò)DSP的I/O端口將和()拉低，進(jìn)行讀(寫(xiě))數(shù)據(jù)，最后拉高()和。按此方式每次讀寫(xiě)SJA1000寄存器中的值，均需通過(guò)程序?qū)LE、和() 信號(hào)進(jìn)行設(shè)置, 增加了程序源代碼。如果控制器的閃存空間比較緊張，采取這種硬件連接方式顯然是不可取的。而且，為使?fàn)顟B(tài)寄存器的狀態(tài)位讀寫(xiě)正確，CAN報(bào)文讀寫(xiě)時(shí)需在程序中加一定延時(shí)，這將影響電池管理系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。

圖1 一般雙CAN控制器的硬件結(jié)構(gòu)圖

　　為了盡量減少程序源代碼，節(jié)省寶貴的存儲(chǔ)資源并提高電池管理系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，本文采用CPLD連接雙CAN控制器的接口電路，實(shí)現(xiàn)CAN報(bào)文收發(fā)。其硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 基于CPLD的雙CAN控制器硬件結(jié)構(gòu)圖

　　CPLD的邏輯設(shè)計(jì)

　　CPLD具有速度快、體積小、驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)、可在線(xiàn)編程等優(yōu)點(diǎn)?；贑PLD的邏輯控制電路適合完成譯碼任務(wù)，本文選用EPM7064芯片，通過(guò)譯碼電路的軟件設(shè)計(jì)，完成SJA1000輸入信號(hào)的邏輯選通控制。

　　CPLD的輸入信號(hào)是DSP發(fā)送的信號(hào)，由高位地址A[15…13]、I/O空間選通引腳以及寫(xiě)/讀信號(hào)組成。其中，地址線(xiàn)A13作為 SJA1000的地址和數(shù)據(jù)的選擇線(xiàn)，地址線(xiàn)A14和A15經(jīng)譯碼后作為片選信號(hào)。地址線(xiàn)A13和I/O空間選通信號(hào)產(chǎn)生SJA1000的地址鎖存信號(hào) SJA_ALE，地址線(xiàn)A13和讀寫(xiě)信號(hào)產(chǎn)生SJA1000的數(shù)據(jù)和地址讀寫(xiě)信號(hào)。其CPLD的輸入/輸出信號(hào)邏輯關(guān)系如表1所示。

　　雙CAN軟件程序設(shè)計(jì)

　　該CAN控制器的收發(fā)程序包括兩部分：DSP的CAN收發(fā)程序和SJA1000的CAN收發(fā)程序。每個(gè)CAN收發(fā)程序主要由三個(gè)函數(shù)組成： CAN初始化程序、CAN報(bào)文接收程序和CAN報(bào)文發(fā)送程序。由于DSP的CAN收發(fā)程序比較容易設(shè)計(jì)，只需設(shè)置CAN控制器寄存器中的相應(yīng)位，就可實(shí)現(xiàn) CAN報(bào)文的收發(fā)。所以，本文主要介紹SJA1000的CAN報(bào)文收發(fā)程序設(shè)計(jì)。

　　從表1中可以看到，SJA1000的寄存器映射到DSP的I/O空間。本文選擇0x8000作為SJA1000地址輸入端口，0xA000作為 SJA1000數(shù)據(jù)輸入/輸出端口。其程序主要由SJA1000初始化、SJA1000接收?qǐng)?bào)文和SJA1000發(fā)送報(bào)文三個(gè)子函數(shù)組成。其收發(fā)函數(shù)的流程如圖3所示。

圖3 SJA1000發(fā)送報(bào)文程序流程圖

　　SJA1000初始化

　　通過(guò)向CAN控制器SJA1000模式寄存器寫(xiě)0x01，讓其進(jìn)入復(fù)位模式，然后分別對(duì)SJA1000的時(shí)鐘分頻寄存器、錯(cuò)誤報(bào)警限額寄存器、中斷使能寄存器、接收代碼和接收屏蔽寄存器、總線(xiàn)時(shí)序寄存器和輸出控制寄存器設(shè)置，最后向模式寄存器寫(xiě)0x08，進(jìn)入正常工作模式。初始化程序如下：

　　#define SJA1000_Data_Port portA000

　　ioport unsigned int portA000; //定義數(shù)據(jù)輸入/輸出端口

　　#define SJA1000_Address_Port port8000

　　ioport unsigned int port8000; //定義地址輸入端口

　　……

　　SJA1000_WRITE(REG_MODE, 0x01);

　　TempData= SJA1000_READ(REG_MODE);

　　//向模式寄存器寫(xiě)0x01，進(jìn)入復(fù)位模式

　　while((TempData & 0x01) != 0x01); //等待SJA1000復(fù)位

　　……

　　do

　　{

　　SJA1000_WRITE(REG_MODE, 0x08);

　　TempData= SJA1000_READ(REG_MODE);

　　}while ((TempData & 0x01)!=0x00); //等待SJA1000進(jìn)入正常工作模式

　　發(fā)送CAN報(bào)文

　　CAN報(bào)文發(fā)送函數(shù)負(fù)責(zé)電池管理系統(tǒng)向整車(chē)控制器發(fā)送報(bào)文，發(fā)送時(shí)需將待發(fā)送的數(shù)據(jù)按CAN協(xié)議格式組合成一幀報(bào)文，送入SJA1000發(fā)送緩沖區(qū)中，然后啟動(dòng)發(fā)送命令。CAN發(fā)送程序如下：

　　if((TempData & 0x10) != 0x10) //CAN控制器空閑

　　{

　　if((TempData & 0x08) != 0x0) //最近一次發(fā)送已成功

　　{

　　if((TempData & 0x04) == 0x04)

　　//CPU可以向發(fā)送緩沖器寫(xiě)報(bào)文

　　{

　　…… //配置發(fā)送報(bào)文

　　SJA1000_WRITE(REG_ COMMAND,0x01);//發(fā)送報(bào)文指令

　　}

　　}

　　}

　　接收CAN報(bào)文

　　CAN報(bào)文接收函數(shù)主要負(fù)責(zé)接收整車(chē)控制器發(fā)送的控制指令，來(lái)完成對(duì)充放電繼電器、風(fēng)扇以及電池等器件的控制。CAN接收程序如下：

　　if(TempData != 0)

　　{

　　if((TempData & 0x80) == 0x80) //總線(xiàn)關(guān)閉

　　{

　　…… //總線(xiàn)關(guān)閉處理

　　}

　　if((TempData & 0x02) == 0x02) //數(shù)據(jù)溢出

　　{

　　…… //數(shù)據(jù)溢出處理

　　}

　　if((TempData & 0x01) == 0x01) //RXFIFO存在完整有效的報(bào)文

　　{

　　…… //讀取緩沖區(qū)報(bào)文

　?。?/P>

　?。?/P>

　　結(jié)語(yǔ)

　　本文設(shè)計(jì)的基于CPLD的雙CAN控制器已運(yùn)用于實(shí)際應(yīng)用中，電池管理系統(tǒng)運(yùn)行可靠，CAN報(bào)文收發(fā)平穩(wěn)，完全適合混合動(dòng)力汽車(chē)的使用。

　　參考文獻(xiàn)：

　　1.劉永吉吉. 混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)鎳氫電池管理系統(tǒng)的研制[D]. 北京：北京航空航天大學(xué)，2007.03

　　2.劉和平,王維俊,江渝,鄧力. TMS320LF240x DSP C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)應(yīng)用[M]. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2006.03

　　3.吳紅杰. 混合動(dòng)力電動(dòng)轎車(chē)鎳氫動(dòng)力電池管理技術(shù)[D]. 北京：北京航空航天大學(xué), 2005,10