轿车CAN节点的低功耗规划及完成

作者 / 马建辉1,2,3 张云1,2,3 胡代荣1,2,3 孙常青1,2,3 1、齐鲁工业大学(山东省科学院)(山东 济南 250353) 2、山东省科学院主动化研讨所(山东 济南 250014) 3、山东省轿车电子技术要点实验室(山东 济南 250014)

　　*基金项目：山东省要点研制计划(严重要害技术)(编号：2016ZDJS03A04);山东省科学院立异工程专项《纯电动轿车要害技术研讨及产业化使用》;山东省要点研制计划(编号：2016GGC01023)

　　马建辉(1983-)，男，助理研讨员，研讨方向：嵌入式及轿车电子。

摘要：满意OSEK NM规范的CAN节点进入休眠后，一方面能够被本地唤醒信号唤醒，另一方面能够被总线上的有用显性位唤醒，当本地唤醒信号的滤波电路滤除不掉杂波时，本地唤醒信号线上的杂波会唤醒本地CAN节点。当CAN物理层收发器电路滤除不掉总线上的毛刺时，总线毛刺也会唤醒CAN节点。为了防止CAN节点被过错唤醒，经过规划暂时唤醒形式和唤醒承认形式，判别是否存在有用的本地唤醒条件或CAN报文，防止了CAN节点被误唤醒然后唤醒，整个网络，然后大大添加整车电流耗费的问题。

0 导言

　　跟着轿车功用和电子电气体系越来越杂乱，常电供电节点也越来越多。现代轿车CAN网络大多遵从OSEK直接网络办理协议完结常电供电CAN节点的休眠和唤醒功用^[1]。依据OSEK直接网络办理协议，一切常电供电CAN节点都满意休眠条件后，整个CAN网络协同进入睡觉状况，当某个CAN节点被本地唤醒条件唤醒后，它将向CAN网络上发送ALIVE报文唤醒整个CAN网络^[2]，其它CAN节点检测到CAN网络上呈现有用的显性位时，CAN物理层收发器向CAN操控器的接纳脚输出一个下拉脉冲，唤醒MCU和CAN节点，然后，被唤醒的CAN节点向总线上发送ALIVE报文，这些节点经过ALIVE报文完结网络建环。一般情况下，整车静态电流一般为唤醒状况下的几十分之一，乃至几百分之一。

　　在一个完结了OSEK直接网络办理规范的CAN网络中，当CAN网络进入休眠状况后，CAN节点一方面能够被本地唤醒^[3](一般为开关信号)，一方面能够被总线唤醒。总线物理层收发器及其外围电路具有滤波功用，当总线上呈现比较短的毛刺时，总线物理层收发器会过滤掉该毛刺，可是，因为CAN物理层规范对CAN信号的上升沿和下降沿有必定要求，它能过滤掉的杂波一般都只是微秒级，当总线上呈现时刻长度比较宽的毛刺时，物理层收发器便会在MCU的CAN操控器的接纳引脚上发生一个低有用电平，这样，该CAN节点便会被唤醒，依据直接网络办理规范，除了本身被唤醒之外，它还会经过ALIVE报文唤醒其它CAN节点，使得整个CAN网络退出休眠状况，使得整车的电流耗费比休眠状况下的整车静态电流大几十倍，乃至上百倍，不只大大添加了整车的电流耗费，还可能会形成蓄电池亏电无法发动发动机的景象^[4]。本地唤醒条件也有相似的误唤醒问题。

　　为了确保CAN节点不会被本地唤醒信号或许CAN信号误唤醒，本文规划了一种办法，只要在的确满意本地唤醒条件的情况下，或许总线上的确存在有用报文的条件下，节点才会被唤醒^[5]。

1 计划规划

　　为CAN节点规划四种作业形式：唤醒形式、休眠形式、暂时唤醒形式^[6]和唤醒承认形式。其间，唤醒形式为正常作业形式，CAN节点电流耗费最大。休眠形式、暂时唤醒形式和唤醒承认形式为低功耗形式，其间，休眠形式下的电流耗费最小。CAN节点的静态电流是指CAN节点在低功耗形式下的电流耗费^[7]，即在休眠形式、暂时唤醒形式和唤醒承认形式下的均匀电流耗费。四种作业形式跳转如图1所示。

　　CAN节点上电后主动进入唤醒形式，并在休眠条件不满意的情况下坚持唤醒形式。CAN节点满意本地休眠条件且整个CAN网络协同休眠后，CAN节点禁能CAN收发器和操控器_[8]，设置唤醒源，然后进入休眠形式。

　　为了确保本地唤醒信号线上的杂波不会误唤醒CAN节点，进入休眠形式时只设置两个唤醒源——CAN信号和内部定时器。其间，CAN唤醒源能够确保当CAN总线上呈现一个有用的显性位时，CAN节点会立刻唤醒，内部定时器唤醒源定时值记为T_sleep，能够确保CAN节点被周期唤醒。

　　暂时唤醒形式坚持时刻为T_tempwake，在暂时唤醒形式中轮询本地唤醒条件，不只能够防止本地唤醒信号线的杂波唤醒MCU，减少了MCU的唤醒次数，降低了静态电流，还降低了对MCU唤醒中止引脚的需求。

　　T_sleep和Tt_empwake时刻依据CAN节点静态电流约束条件和本地唤醒时刻界说，为了确保功用的实时性，呈现本地唤醒后，CAN节点要在必定的时刻内向CAN网络上发送ALIVE报文唤醒其它节点，T_sleep越大，本地唤醒时刻越长，T_sleep和T_tempwake的比值越大，CAN节点静态电流越小。

2 唤醒算法规划

　　为了确保CAN节点不被总线毛刺和本地唤醒信号毛刺误唤醒，规划了暂时唤醒形式和唤醒承认形式。在暂时唤醒形式下，CAN节点轮询CAN操控器标志位和本地唤醒信号电平，在唤醒承认形式下，CAN节点查询CAN报文接纳和本地唤醒条件是否有用。唤醒算法流程如图2所示。

　　当节点进入休眠后，CAN信号或许内部定时器暂时唤醒节点，进入暂时唤醒形式，暂时唤醒形式坚持时刻为T_tempwake，在暂时唤醒形式期间轮询CAN操控器的唤醒状况位和本地唤醒信号的电平，假如CAN操控器唤醒状况位和本地唤醒信号电平一向无效，T_tempwake后CAN节点再次进入休眠形式。假如CAN操控器唤醒状况位有用或许本地唤醒信号电平有用，进入唤醒承认形式。

　　在唤醒承认形式中，假如CAN操控器唤醒标志位有用，使能CAN物理层收发器和CAN操控器，依据该CAN网络的波特率，设定必定的滤波时刻(记为T_filter)，查看该段时刻以内是否接纳到CAN报文，假如接纳到，阐明这是有用的CAN报文唤醒，CAN节点进入唤醒形式，假如没有收到，阐明CAN节点是被总线上的毛刺唤醒的，这时，节点回来休眠形式。在唤醒承认形式中，假如本地唤醒信号有用，以2 ms为周期，接连检测三次本地唤醒信号电平，假如均有用，进入唤醒形式。不然，节点回来休眠形式。

　　T_filter依据总线网络的波特率承认，依据CAN协议，CAN报文数据场的最大长度为8字节，一条数据场长度为8字节的CAN报文包括108个总线位，依据波特率能够计算出报文数据场长度为8字节的CAN报文的时长，T_filter设置为最大CAN报文时长的2倍左右。轿车CAN网络的波特率有500 kbps、250 kbps、125 kbps三种，详细而言：

　　波特率为500 kbps时，CAN报文最大时长为0.216 ms，T_filter设置为0.5 ms;

　　波特率为250 kbps时，CAN报文最大时长为0.432 ms，T_filter设置为1 ms;

　　波特率为125 kbps时，CAN报文最大时长为0.864 ms，T_filter设置为2 ms。

3 定论

　　本文规划了一种轿车CAN节点的低功耗计划，经过设置唤醒承认形式，区别有用的CAN报文和总线毛刺，区别有用的本地唤醒条件和信号毛刺，防止了误唤醒。依据CAN网络的波特率承认CAN报文滤波时刻，防止了无效等候。本办法使用在为某车型规划的PEPS中，具有较强的实用性。

　　参考文献：

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　　[2]苗斌,王卫华,赵永胜,等.具有OSEK功用轿车外表的睡觉及唤醒办理研讨[J].轿车电器,2014,(2):15-18.

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　　[5]山东省科学院主动化研讨所.一种轿车CAN节点的低功耗规划办法:我国, 201710458567.7 [P].2017-6-16.

　　[6]马建辉,刘源杨,候冬冬,等.轿车BCM的低功耗规划及完结[J].电子产品世界,2016,(11):55-56,30.

　　[7]山东省科学院主动化研讨所.一种低功耗车身操控器及其操控办法:我国, 201510125944.6 [P].2015-03-20.

　　[8]初洪超.网络办理在轿车CAN体系的使用[J].轿车实用技术,2016,(5):114-118.

　　本文来源于《电子产品世界》2018年第3期第42页，欢迎您写论文时引证，并注明出处。