Chương 3: THIẾT KẾ MẠCH GIAO TIẾP ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ THÔNG
3.2. Các linh kiện dùng trong bộ điều khiển mạng CAN
3.2.1. Bộ điều khiển độc lập SJA 1000
3.2.1.1. Tổng quan
SJA 1000 là một độc lập sản phẩm điều khiển CAN với các tính năng tiên tiến để sử dụng trong ô tô và ứng dụng trong công nghiệp nói chung. Nó được thiết kế để thay thế PCA82C200 bởi vì phần cứng và phần mềm được tương thích trong nó. Do đó, việc tăng cường các chức năng thiết bị này rất thích hợp cho nhiều ứng dụng, đặc biệt là khi tối ưu hóa hệ thống, chẩn đoán và bảo trì là rất quan trọng.
Bộ điều khiển độc lập SJA 1000 có hai chế độ hoạt động khác nhau:
Chế độ BasicCAN (PCA82C200 tương thích) và chế độ PeliCAN.
Khi khởi động, chế độ BasicCAN là chế độ hoạt động mặc định. Do đó, phần cứng và phần mềm hiện có được phát triển cho các PCA82C200 có thể được sử dụng mà không cần bất kỳ sự thay đổi nào. Ngoài các chức năng được biết đến từ PCA82C200, một số tính năng đã được bổ sung đã được triển khai trong chế độ này làm cho thiết bị thêm hấp dẫn hơn. Tuy nhiên, chúng không ảnh hưởng đến khả năng tương thích với PCA82C200.
Chế độ PeliCAN là chế độ hoạt động mới có thể xử lý tất cả các loại khung theo những đặc điểm kỹ thuật của CAN 2.0B. Hơn nữa nó cung cấp một vài tính năng nâng cao mà làm cho các SJA 1000 phù hợp với nhiều loại ứng dụng.
3.2.1.2. Các tính năng của SJA 1000
Các tính năng của SJA 1000 có thể chia thành ba nhóm chính:
Chức năng thành lập PCA82C200: tính năng của nhóm này được thực hiện trong PCA82C200.
Chức năng cải thiện PCA82C200: một phần các chức năng này đã được thực hiện trong các PCA82C200. Tuy nhiên, trong SJA 1000 chúng được cải thiện về kích thước, tốc độ và hiệu suất.
Tăng cường chức năng trong chế độ PeliCAN: Trong chế đọ này, PeliCAN SJA 1000 cung cấp một vài chức năng phân tích lỗi hỗ trợ chẩn đoán, hệ thống bảo trì và tối ưu hóa. Hơn nữa chức năng cho CP hỗ trợ và kiểm tra lại hệ thống đã được thêm vào trong chế độ này.
Bảng 3.1. Các chức năng cùng với những lợi ích ứng dụng của SJA 1000 Các tính năng được thiết kế tốt của PCA82C200
Giao diện bộ vi xử lý linh hoạt Cho phép giao tiếp hầu hết các bộ vi xử lý hoặc vi điều khiển.
Lập tr nh điều khiển kết nối đầu ra của CAN
Có thể kết nối với tất cả các lớp vật lý
Tốc độ truyền dữ liệu (bit –rate)
của CAN lên đến 1 bit/s SJA1000 bao phủ toàn bộ phạm vi truyền dữ liệu, bao gồm cả các ứng dụng tốc độ cao Bảng 3.2. Các tính năng nâng cao của PCA82C200
CAN 2.0B (tính thụ động) Đặc tính thụ động CAN 2.0B của SJA1000 cho phép bộ điều khiển CAN nhận những thông điệp với 29 bit định danh.
Nguyên tắc FIFO – nhận trước
xuất trước 64 byte Có thể lưu trữ lên đến 21 tin nhắn trong FIFO với kích cỡ tối đa. Ngắt thời gian thực hiện dịch vụ và tránh những điều kiện dữ liệu quá tải.
Tần số cơ bản 24 Hz Truy cập bộ vi xử lý nhanh hơn và nhiều tùy chọn cân chỉnh CAN
Nhận bỏ qua bộ so sánh Rút ngắn độ trễ nội bộ, kết quả là chiều dài CAN bus cao hơn nhiều do một lập tr nh cải thiện bit-timing.
Bảng 3.3. Các chức năng được nâng cao trong chế độ Pelican
CAN 2.0B(tính chủ động)
Tính chủ động CAN 2.0B hỗ trợ mở rộng phạm vi ứng dụng kết nối với hệ thống mạng với 29-bit định danh.
Bộ đệm truyền Bộ đệm truyền thông điệp đơn cho các thông báo 11 bit hoặc 29-bit định danh.
3.2.1.3. Sơ đồ khối của SJA 1000
Hình 3.3. Sơ đồ khối của SJA 1000
Bộ lọc chấp nhận nâng cao Hai chế độ bộ lọc chấp nhận hỗ trợ nhận dạng 11- bit và 29-bit sự lọc.
Bộ đọc lỗi bộ đếm Hỗ trợ phân tích lỗi có thể được sử dụng cho:
- Chẩn đoán, hệ thống bảo tr và hệ thống tối ưu trong giai đoạn nguyên mẫu và trong quá tr nh hoạt động b nh thường.
Giới hạn Cảnh báo Lỗi lập trình
Lỗi ã số đăng ký thu nhận ử lý các thu nhận ngắt mất
đi:
Hỗ trợ tối ưu hóa hệ thống bao gồm phân tích thông báo thời gian trễ
Các truyền tải đơn: Giảm thiểu các lệnh phần mềm và cho phép bộ đệm truyền tải lại một cách nhanh chóng
Chế độ chỉ nghe
SJA1000 có thể hoạt động như CAN quan sát bị động, có thể được sử dụng cho phân tích lưu lượng truy cập CAN bus hoặc để tự động phát hiện tốc độ bit.
Chế độ tự kiểm tra Hỗ trợ chức năng tự kiểm tra các nút CAN hoàn chỉnh hoặc tự nhận trong một hệ thống.
Block Core CAN kiểm soát việc truyền và nhận các khung CAN theo đặc điểm kỹ thuật của CAN.
Interface Management Logic block( khối quản lý giao diện logic ) thực hiện một liên kết đến các bộ điều khiển máy chủ, lưu trữ bên ngoài có thể là một vi điều khiển hoặc thiết bị nào khác. Tất cả các truy cập đăng ký thông qua SJA 1000 ghép địa chỉ / bus dữ liệu và kiểm soát của đầu dò đọc / ghi được xử lý trong đơn vị này.
Transmit buffer( Bộ đệm vận chuyển ) của SJA 1000 có thể lưu trữ một thông điệp đầy đủ( mở rộng hoặc tiêu chuẩn). Bất cư khi nào một sự truyền tin đều được bắt đầu bằng cách điều khiển máy chủ quản lý giao diện( interface management logic ) tác động lên CAN Core Block để đọc các tin nhắn CAN từ đệm truyền tải. Khi nhận được một tin nhắn, Block Core CAN chuyển đổi dòng bit nối tiếp vào dữ liệu song song cho các Acceptance Filter. Với chương tr nh lọcnày SJA 1000 quyết định thông điệp nào thực sự đã được nhận bởi máy chủ.
Tất cả các tin nhắn được chấp nhận bởi bộ lọc( acceptance filter ) được lưu trữ trong một Receive FIFO (FIFO: first-in-first-out memory: vào trước ra trước). Tùy thuộc vào phương thức hoạt động và độ dài dữ liệu lên đến 32 tin nhắn có thể được lưu trữ. Điều này cho phép người sử dụng linh hoạt hơn khi xác định các dịch vụ ngắt và ưu tiên ngắt cho hệ thống bởi vì xác suất của dữ liệu chạy quá điều kiện đã giảm một cách cực kỳ.
3.2.1.4. Ứng dụng của SJA 1000
Việc đăng ký cấu hình và các chân của SJA 1000 cho phép sử dụng tất cả các loại thu phát tích hợp hoặc rời rạc, do có thể triển khai các ứng dụng giao diện linh hoạt của vi điều khiển với các vi điều khiển khác nhau.
Trong h nh 4.1 sơ đồ ứng dụng điển hình SJA 1000 với vi điều khiển 8051C và bộ thu phát PCA82C250. Các chức năng điều khiển CAN như là một nguồn đồng hồ và tín hiệu thiết lập lại (reset signal) được tạo ra bởi một mạch thiết lập bên ngoài (external reset circuitry). Trong đó chip chọn của SJA 1000 được điều khiển bởi vi điều khiển tại cổng P2.7, thay vào đó đầu vào của chip có thể được gắn với VSS.
Hình 3.4. Sơ đồ chân của SJA 1000
SJA 1000 có 3 cặp chân cùng cấp điện áp được sử dụng cho các khối kỹ thuật số (digital) và tương tự (analog) nội bộ của bộ điều khiển CAN.