基于CAN总线的ECU设计

摘要：构建基础CAN本文设计了一个兼容标准8051核心的控制单元MCU，提出总体设计方案，分层实现各模块的功能。利用流水线的设计技术MCU精简优化标准核，提高产品综合处理速度，减少成品设计面积。根据自上而下的设计方法，设计了MCU各单元模块。并根据模块的特点设计模拟测试文件，进行模块模拟测试，设计指导程序，实现FPGA中的验证。此款ECU能准确地采集信息，并实现在CAN通信功能可靠稳定，

关键词：8051IP核 电子控制单元 微控制器 CAN总线

中图分类号：TP273 文献标识码：A 1007-9416(2013)12-016-016

前言

随着现代汽车工业的快速发展，单片机和电子控制单元的应用越来越广泛，需求越来越大，利用率越来越高。电子控制单元的种类也层出不穷。我国大部分电子控制单元采用单片机和外围设备，价格低廉，缺点多；大多数集成芯片依赖进口，成本高，不适合推广应用。总结了国内外的发展状况和特点。本文设计了集成度高、使用方便、价格低廉的集成电子控制单元。

1 介绍电子控制单元

电子控制单元(ECU)又称驾驶电脑。用途上是汽车专用微机控制器。它和普通的单片机一样，由CPU、ROM、RAM、I/O、A/D等模块组成。功能是根据内存程序和数据计算、处理和判断空气流量计和各种传感器输入的信息，然后输出指令，为喷油器提供一定宽度的电脉冲信号，控制喷油量，实现集中控制功能。汽车电子的核心是电子控制单元，它不仅用于发动机，而且广泛应用于许多低速控制系统。随着电子控制单元的种类不断增多，复杂而庞大的线路也成为一大困扰。车内各单元之间需要一条可靠、高效的数据传输总线，并能有效地连接各单元，形成网络，CAN该功能可以通过总线有效实现。

2 电子控制单元(ECU)的单元设计

2.1 MCU的总体设计

鉴于成品的设计成本和整体尺寸，本设计选用8051核作为微控制器，应用广泛，运行稳定MCU。该微控制器具有8位数据宽度，可处理8位二进制数据或程序代码，协调和控制各单元模块的完成，实现编译指令的解码、资源调度和分配，保护中断和恢复现场。该控制器的结构如图1所示。

本设计采用标准硬件描述语言VHDL作为设计语言，成功设计、裁剪并综合了一款兼容标准8051的IP定时器/计数器是微处理器(Timer)、逻辑操作单元(ALU)、由串口和控制单元组成。并配置RAM、ROM及其RAMX等待存储单元，形成整个处理器。微控制器模块采用自上而下的设计原理，顶层为程序测试层，由testbenchfiles文件构成后，模拟测试第二层各模块，第二层包括内外RAM，内置ROM，加上微控制器核。由定时/计数器组成的微控制器是本设计的中心部分(Timer)、算数逻辑单元(ALU)、以及用于通信功能的中央控制单元和串口。其中，算数逻辑单元包括算数逻辑核、加减法运算核、多路选择器和进位调节器，用于实现基本加减等算数运算，以及非等逻辑运算。控制单元包括用于存储状态的存储单元和处理各种状态的状态机(FSM)，编码指令控制编码指令的控制单元。

2.2 CAN总线的实现

按协议标准划分，CAN总线分为两种，一种是标准的CAN总线，标准CAN总线有11位标志符。另一种是扩展CAN标识符长度为29位。考虑到设计产品的复杂性和运行速度，设计选择了标准CAN总线。如图5所示，设计采用自上而下的设计方法，分别设计时序逻辑单元处理时序信息；位置处理逻辑单元处理每个位置的数据信息和位置逻辑操作；以及存储数据信息的存储单元。CAN总线通过接口逻辑单元(IML)与微处理器MCU将中断信息和状态信息等数据信息连接到处理器。

3 系统仿真，FPGA验证及结果

应用ModelSim模拟软件分别对微控制器算数逻辑单元、定时/计数器、串口和CAN总线等单元模拟时序，满足预期时序要求。自启动编写bootloader下载文件的整体代码FPGA系统级验证达到预期效果。完成各种MCU控制功能稳定CAN总线通信功能。

4 结语

本文结合多学科技术和市场需求，开发了标准的电子控制单元CAN现场总线使控制单元更加通用。MCU核是一种完全兼容8051核的处理器，采用自上而下的设计方法，设计各模块单元。根据模块的特点，设计了模拟测试文件，进行了模拟测试，并设计了指导程序FPGA中的验证。实验表明，这ECU它可以准确地收集信息，并且可以CAN可靠可靠。集成度高，稳定性好，应用方便，应用价值和前景高。

参考文献

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