基于CPLD的电池管理系统双CAN控制器的设计

双CAN硬件电路和CPLD逻辑设计

双CAN硬件电路设计

TMS320LF2407基于增强的哈佛结构，是地址线和数据线分离的微处理器，对晶振倍频后，频率高达40MHz。而SJA1000的地址线和数据线复用，增加了DSP与SJA1000之间读写数据的难度，这也是本系统设计的难点。常规的设计方式是在DSP与SJA1000之间加一个电平转换双向缓冲驱动，其结构框图如图1所示。按这种方式设计的电路，当对SJA1000进行读写操作时，先配置DSP的I/O端口，将ALE拉高，锁存地址，然后通过DSP的I/O端口将和()拉低，进行读(写)数据，最后拉高()和。按此方式每次读写SJA1000寄存器中的值，均需通过程序对ALE、和()信号进行设置, 增加了程序源代码。如果控制器的闪存空间比较紧张，采取这种硬件连接方式显然是不可取的。而且，为使状态寄存器的状态位读写正确，CAN报文读写时需在程序中加一定延时，这将影响电池管理系统的实时性。

图1 一般双CAN控制器的硬件结构图

为了尽量减少程序源代码，节省宝贵的存储资源并提高电池管理系统的实时性，本文采用CPLD连接双CAN控制器的接口电路，实现CAN报文收发。其硬件结构如图2所示。

图2 基于CPLD的双CAN控制器硬件结构图

CPLD的逻辑设计

CPLD具有速度快、体积小、驱动能力强、可在线编程等优点。基于CPLD的逻辑控制电路适合完成译码任务，本文选用EPM7064芯片，通过译码电路的软件设计，完成SJA1000输入信号的逻辑选通控制。

CPLD的输入信号是DSP发送的信号，由高位地址A[15…13]、I/O空间选通引脚以及写/读信号组成。其中，地址线A13作为SJA1000的地址和数据的选择线，地址线A14和A15经译码后作为片选信号。地址线A13和I/O空间选通信号产生SJA1000的地址锁存信号SJA_ALE，地址线A13和读写信号产生SJA1000的数据和地址读写信号。其CPLD的输入/输出信号逻辑关系如表1所示。

双CAN软件程序设计

该CAN控制器的收发程序包括两部分：DSP的CAN收发程序和SJA1000的CAN收发程序。每个CAN收发程序主要由三个函数组成：CAN初始化程序、CAN报文接收程序和CAN报文发送程序。由于DSP的CAN收发程序比较容易设计，只需设置CAN控制器寄存器中的相应位，就可实现CAN报文的收发。所以，本文主要介绍SJA1000的CAN报文收发程序设计。

从表1中可以看到，SJA1000的寄存器映射到DSP的I/O空间。本文选择0x8000作为SJA1000地址输入端口，0xA000作为SJA1000数据输入/输出端口。其程序主要由SJA1000初始化、SJA1000接收报文和SJA1000发送报文三个子函数组成。其收发函数的流程如图3所示。

图3 SJA1000发送报文程序流程图

SJA1000初始化

通过向CAN控制器SJA1000模式寄存器写0x01，让其进入复位模式，然后分别对SJA1000的时钟分频寄存器、错误报警限额寄存器、中断使能寄存器、接收代码和接收屏蔽寄存器、总线时序寄存器和输出控制寄存器设置，最后向模式寄存器写0x08，进入正常工作模式。初始化程序如下：

#define SJA1000_Data_Port portA000

ioport unsigned int portA000; //定义数据输入/输出端口

#define SJA1000_Address_Port port8000

ioport unsigned int port8000; //定义地址输入端口

……

SJA1000_WRITE(REG_MODE, 0x01);

TempData= SJA1000_READ(REG_MODE);

//向模式寄存器写0x01，进入复位模式

while((TempData & 0x01) != 0x01); //等待SJA1000复位

……

do

{

SJA1000_WRITE(REG_MODE, 0x08);

TempData= SJA1000_READ(REG_MODE);

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

发送CAN报文

CAN报文发送函数负责电池管理系统向整车控制器发送报文，发送时需将待发送的数据按CAN协议格式组合成一帧报文，送入SJA1000发送缓冲区中，然后启动发送命令。CAN发送程序如下：

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

{

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

{

if((TempData & 0x04) == 0x04)

//CPU可以向发送缓冲器写报文

{

…… //配置发送报文

SJA1000_WRITE(REG_ COMMAND,0x01);//发送报文指令

}

}

}

接收CAN报文

CAN报文接收函数主要负责接收整车控制器发送的控制指令，来完成对充放电继电器、风扇以及电池等器件的控制。CAN接收程序如下：

if(TempData != 0)

{

if((TempData & 0x80) == 0x80) //总线关闭

{

…… //总线关闭处理

}

if((TempData & 0x02) == 0x02) //数据溢出

{

…… //数据溢出处理

}

if((TempData & 0x01) == 0x01) //RXFIFO存在完整有效的报文

{

…… //读取缓冲区报文

｝

｝

结语

本文设计的基于CPLD的双CAN控制器已运用于实际应用中，电池管理系统运行可靠，CAN报文收发平稳，完全适合混合动力汽车的使用。

参考文献：

1.刘永吉吉. 混合动力电动汽车镍氢电池管理系统的研制[D]. 北京：北京航空航天大学，2007.03

2.刘和平,王维俊,江渝,邓力. TMS320LF240x DSP C语言开发应用[M]. 北京：北京航空航天大学出版社，2006.03

3.吴红杰. 混合动力电动轿车镍氢动力电池管理技术[D]. 北京：北京航空航天大学, 2005,10