基于OSEK的汽车总线网关控制系统设计

0 引言

汽车网关控制器作为不同网络间信息传递的枢纽，可以接收来自不同CAN(ControllerArea Network)总线和LIN(Local InterconnectNetwork)总线的信号，能实现不同网络之间数据、信号直接路由功能，也可以完成将接收信号加工处理后再转发的任务。网关控制器还具备一些应用功能，如能够实现多路模拟信号和多路数字信号的采集，并根据某些条件实现外部高端输出控制。

1 系统设计思想与总体结构

系统设计思想：本网关控制系统具有5路数字信号输入，5路模拟信号输入，5路高端驱动输出，3路高速CAN总线和2路LIN总线组成。其中CAN1为动力CAN总线，波特率为500Kbps，CAN2为车身CAN总线，波特率为250Kbps，CAN3为诊断CAN总线，波特率为500Kbps，LIN1的波特率为19200bps，LIN2的波特率为19200bps。

2 系统硬件电路设计

本系统采用汽车级飞思卡尔32位MPC5604微控制器作为中央处理芯片，MPC56XX系列微控制器采用了先进的交叉连接模块，该模块简化了原来的系统架构，片上存储器以及输入输出外设资源，而其有高速的e200z0处理核、eDMA模块、外部总线控制器、丰富的外围模块(FLEXCAN、SCI、DSPI、I2C、ADC等)，使其功能和性能更加强大，由于其拥有6路CAN控制模块，所以在汽车网络总线设计方面应用的很广泛。

2.1 网关控制器电源设计

系统电源电路如图2所示，其中KL30为电瓶正极12V的电压输入，KL31为电瓶的负极GND。电源芯片采用为英飞凌TLE4278G芯片，输出VDD为5V电压，该芯片自带外部看门狗，需要MCU定时喂狗操作，否则芯片输出复位信号，使MCU进行复位操作。

2.2 CAN收发器电路设计

CAN总线收发器电路设计如图3所示，采用的芯片为NXP的TJA1042T，该芯片为高速CAN收发器芯片，最高可支持1Mbit/s速度，且具有更强的EMC(electromagnetic compatibility)和ESD(electrostatic discharge)性能。

2.3 LIN收发器电路设计

LIN总线收发器电路如图4所示，采用的芯片为NXP的TJA1020T，最高可支持20Kbit/s速度，且具有很低的EME(electromagnetic emission)性能指标和很强的EMI(electromagneticinterference)性能以及很强的抗干扰能力。

3 系统软件设计

OSEK(open systems and the correspondinginterfacesforautomotiveelectronics)是一款被广泛用于汽车电子领域的操作系统，其稳定高效的特点，给汽车电子领域的软件开发设计工作带来了很大便捷。其又是一种汽车电子类开放系统，有对应的接口标准。该系统由四个部分组成，包括：实时的操作系统(OSEK OS)、通信子系统(OSEK COM)、网络管理系统(OSEK NM)和OSEK实现语言(OIL)。

3.1 实时性

由于越来越多的微处理器被应用到汽车控制领域，如汽车刹车的防抱死系统、动力设备的安全控制等。这些系统直接关系着人的生命安全，即出现丝毫的差错也会导致危及生命安全的严重后果，因此要求操作系统具有严格的实时性。OSEK操作系统通过静态的系统配置、占先式调度策略、提供警报机制和优化系统运行机制以提高中断响应速度等手段来满足用户的实时需求。

3.2 可移植性

OSEK规范详细规定了操作系统运行的各种机制，并在这些机制基础上制定了标准的应用程序编程接口，使那些独立编写的代码能够很容易地整合起来，增强了应用程序的可移植性。

3.3 可扩展性

为了适用于广泛的目标处理器，支持运行在广泛硬件基础上的实时程序，OSEK操作系统具备高度模块化和可灵活配置的特性。

4 结束语

目前国内自主品牌汽车厂商在引进国外成熟平台后进行二次设计开发时，需要融入自身的设计理念，如增加一些功能(ECU网络节点)，此时就需要网关作为网络桥梁实现新增节点与原网络间的信号路由功能。本网关系统硬件设计采用主流的汽车级芯片和应用成熟的电路;软件设计是基于OSEK的软件架构，可以很好的解决新增网络节点与原网络间的网络通讯问题，缩短整车开发时间，避免所有网络重新规划设计，降低开发成本。通过实车的功能验证，本系统已经具有商业化的价值。