作者：李潤鑫，邱瑞昌，劉 彪，高 健

引言

    高精度、高速度、高可靠性的混合動(dòng)力汽車整車控制器是實(shí)現(xiàn)整車控制的基礎(chǔ)。為了避免車載環(huán)境中的電磁干擾，滿足閉環(huán)控制系統(tǒng)的快速響應(yīng)，整車控制器與其他控制器的通信采取CAN總線方式。CAN總線位速率最大可達(dá)1 Mb／s，可以滿足整車控制器與外界的高速通信。

Freeseal公司MC9S12XE(簡稱S12X)系列單片機(jī)專門用于汽車網(wǎng)絡(luò)和通用車身應(yīng)用，具有32位單片機(jī)的性能，且具有16位MCU的所有優(yōu)點(diǎn)和功效。內(nèi)部的增強(qiáng)型XGATE模塊，允許高速數(shù)據(jù)自主地在單片機(jī)外設(shè)和內(nèi)部RAM、I／O端口之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸與處理，XGATE內(nèi)置有一個(gè)16位的精簡指令集內(nèi)核，可以對要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理并執(zhí)行復(fù)雜的通信協(xié)議，易于用C語言進(jìn)行編程。合理地使用XGATE可以提高整車控制器與外界CAN總線的通信速度，而不增加主CPU(S12X CPU)的中斷負(fù)荷，從而提高了單片機(jī)的數(shù)據(jù)處理能力。

1 CAN總線硬件接口設(shè)計(jì)

    S12X雙核單片機(jī)CAN總線結(jié)點(diǎn)接口原理圖如圖1所示。為了增強(qiáng)CAN總線節(jié)點(diǎn)的抗干擾能力，S12X單片機(jī)的CAN總線收發(fā)引腳并不是直接與PCA82C250的TxD和RxD相連，而是通過高速光耦6N137后與PCA82C250相連，這樣就很好地實(shí)現(xiàn)了總線上各CAN總線結(jié)點(diǎn)間的電氣隔離。




    CANH和CANL引腳與地之間并聯(lián)了兩個(gè)電容C1、C2，可以濾除總線上的高頻干擾，并具有一定的防電磁輻射的能力。另外，在兩根CAN總線輸入端與地之間分別接了TVS管D1和D2，當(dāng)兩輸入端與地之間出現(xiàn)瞬變干擾時(shí)，可起到保護(hù)作用。

2 CAN總線數(shù)據(jù)處理的基本流程

    S12X單片機(jī)利用XGATE進(jìn)行CAN總線數(shù)據(jù)處理的流程如圖2所示(執(zhí)行順序從左到右)。當(dāng)S12X的MSCAN模塊收到來自CAN總線上的消息時(shí)，XGATE首先執(zhí)行中斷處理程序，其可以對數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理或獨(dú)自處理，也可以將數(shù)據(jù)保存到合適的內(nèi)存緩沖區(qū)，以提交給主CPU(即S12X CPU)進(jìn)行進(jìn)一步操作。在XGATE上的代碼執(zhí)行期間，S12X CPU上的代碼也一直運(yùn)行，這樣在每100μs接收一幀CAN總線信息的情況下(這也是高速CAN總線的理論最大值)，就可以有效地提高程序代碼的性能。尤其在對實(shí)時(shí)性要求較高的工業(yè)場合中，如進(jìn)行混合動(dòng)力汽車中的CAN總線通信等，有很大的應(yīng)用價(jià)值。這些情況下，閉環(huán)控制系統(tǒng)都需要快速的系統(tǒng)響應(yīng)，以及合理有效地配置好XGATE，可以很好地滿足控制系統(tǒng)的需要。MC9S12XE單片機(jī)的結(jié)構(gòu)配置在混合動(dòng)力汽車控制系統(tǒng)的應(yīng)用中具有很高的性價(jià)比。

3 XGATE的典型配置方法

    XGATE的應(yīng)用與編程方法在參考文獻(xiàn)和中均有介紹，但基于XGATE的CAN總線的C語言編程大都沒有具體說明。這里給出一個(gè)含有XGATE的

MC9S12XEP100單片機(jī)通過ZLG USBCAN接口卡與上位機(jī)進(jìn)行CAN總線通信的例子，XGATE模塊編寫的基本步驟如下：

    ①存Code Warrior軟件中新建一個(gè)雙核的工程文件，在main．c和xgate．h中對共享數(shù)據(jù)段進(jìn)行初始化，并將CAN1接收中斷提交給XGATE處理，然后啟動(dòng)XGATE。

    ②初始化S12X CPU和CAN1通道，在xgate．cxgate中編寫接收中斷函數(shù)，并對中斷向量表進(jìn)行設(shè)置。

    ③編寫與XGATE中CAN1接收中斷相對應(yīng)的主處理器中斷函數(shù)，使主處理器能夠響應(yīng)來自XGATE的中斷請求。

    其主要配置方法如下：

    ①新建一個(gè)雙核工程義件，在main．c中對共享數(shù)據(jù)段進(jìn)行初始化：

   

    在prm文件中，SHARED DATA定義于一塊獨(dú)立的內(nèi)存塊中，并放置于未分貝的RAM頁中，這樣雙核運(yùn)行時(shí)均能存取SHARED_DATA塊中的變量，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)共享。

    “#definc CAN0RECEIVE_VEC 0xAA”語句中對XGATE中的CAN1接收中斷向量地址進(jìn)行定義，其為CAN1在XGATE中的接收中斷號(hào)乘以2．CAN1的接收中斷向量號(hào)可在xgate．cxgate進(jìn)行查找。代碼如下：

   

    將CAN1的接收中斷交由XGATE進(jìn)行處理，即將XGATE模塊的中斷請求配置寄存器置1(RQST=1)，優(yōu)先級(jí)設(shè)置為1(PRIO=1)。

在xgate.h中對共享數(shù)據(jù)段進(jìn)行初始化：

   

    ②在xgate．cxgate中編寫接收中斷函數(shù)，代碼如下：

   

    XGATE中的中斷函數(shù)可以對數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，如提取整車控制器所感興趣的CAN總線信息等，然后利用SIF向S12X CPU發(fā)出中斷請求。在xgate．cxgate中還要對中斷向量表進(jìn)行設(shè)置：

    {(XGATE Function)CAN1RECEIVE，0)／／對應(yīng)通道號(hào)55

    第一個(gè)參數(shù)為CAN1接收中斷函數(shù)的入口，第二個(gè)參數(shù)不使用，可以配置為任意值。

    在main．c中初始化CPU12X和CAN1通道：

   

對主函數(shù)進(jìn)行初始化，可對接收到的感興趣信息用與PORTB端口的相連發(fā)光二極管進(jìn)行顯示。

    ③編寫主處理器的中斷函數(shù)，使主處理器能夠響應(yīng)來自XGATE的中斷請求，代碼如下：

   

    CPU12X的CAN1接收中斷號(hào)可在mc9s12xep100．h進(jìn)行查詢，其定義為：

    #define VectorNumber_Vcanlrx 42

    需要補(bǔ)充說明的是，由于S12X CPU與XGATE之間常用的通信方式是共享資源。由于這兩個(gè)內(nèi)核可以獨(dú)立異步地訪問內(nèi)存及片上外設(shè)，就產(chǎn)生了數(shù)據(jù)完整性的問題，因此在訪問共享數(shù)據(jù)時(shí)還要進(jìn)行特定的操作。

    在Code Warrior環(huán)境下對含有XGATE的MC9S12XEP100進(jìn)行調(diào)試的界面如圖3所示。由于工程使用了雙核，故調(diào)試器有兩套窗口，左側(cè)是S12X CPU，有側(cè)是XGATE。

結(jié)語

    飛思卡爾S12X系列16位單片機(jī)是較流行的車載型單片機(jī)，應(yīng)用廣泛，它的眾多優(yōu)勢中最有特色的就是XGATE。與以往的單核單片機(jī)相比，利用S12X系列可以顯著提高整車控制器在CAN總線通信時(shí)的性能，使整車控制器的主CPU擺脫耗時(shí)的中斷處理，能夠集中執(zhí)行與混合動(dòng)力汽車整車控制策略相關(guān)的算法程序。而XGATE的編程實(shí)際就是寫一組中斷服務(wù)程序和相關(guān)寄存器的設(shè)置，可以根據(jù)具體情況對本文提供的主要配置函數(shù)加以修改。