基于CAN总线汽车电子控制单元（ECU）的集成电路设计
摘要
随着汽车的普及和大量使用，国内汽车制造业得到了快速的发展，汽车电子在汽车制造业中占有十分重要的地位，而电子控制单元(ECU)是汽车电子核心器件，实现对发动机、车身、底盘的控制并具有通信功能。
目前，国内部分ECU采用单片机加外围器件来实现，具有集成度低、体积大、可靠性差等不足；ECU芯片大部分依赖进口，价格昂贵，只适合在高档轿车中使用。
本文设计了基于CAN总线的汽车电子控制单元；依据设计要求，提出设计方案。采用流水线技术，裁减并完善了兼容标准的8051MCU核，减少了设计面积，又提高了处理速度。按照自顶而下的设计原则，分别设计了算术逻辑单元、中心控制器、定时／计数器、串行口和2.0A标准CAN总线单元。
为了确保设计的正确性，按照各部分的特点，分别设计仿真、测试文件及引导程序，实现了在FPGA验证过程中的自动装载功能。
该电子控制单元可以实现对车身、底盘等低速设备的控制，具有CAN总线通信功能，具有使用方便、处理速度快、集成度高、可靠性好、价格低廉等优点，具有极其广泛的应用前景。
With the popularization and widely using of automobile, the automobile manufacturing is developing quickly in our country; the automobile electronics has occupied very important position in the field of the automobile manufacturing. Electronic Control Unit (ECU) is the core component in automobile electronics; it acts a part in some aspects such as the engine, bodywork, chassis controlling systems and the communication function.
At present, most of the ECU is designs using singlechip with peripheral circuit, it has some defects such as low integration rate, bulky, bad dependability; most of ECU chip depends on import, it is so costliness that only suit to use on top grade cars.
The thesis discusses the automobile ECU including the CAN bus, according as the design demand, it puts forward the design scheme, adopts the pipeline technique, designs and reduces the standard 8051 MCU core, not only cuts down the area but also increases the processing speed. According Top-Down designing principle, designs the units such as ALU, central controller, timer/counter, the serial port and the standard CAN bus unit based on 2.0A.
In order to insure the correctness, the thesis designs test files respectively bases on the characteristic of each unit, designs the guiding program, realizes the automatic loader function in the FPGA verification procedure.
This design realizes to control the lows speed equipment such as bodywork chassis and so on, obtains CAN bus communication function, it has some advantages such as easing to use, fast processing speed, high integration, good dependability and the low price etc, has a good prospect of application.
目前，国内部分ECU采用单片机加外围器件来实现，具有集成度低、体积大、可靠性差等不足；ECU芯片大部分依赖进口，价格昂贵，只适合在高档轿车中使用。
本文设计了基于CAN总线的汽车电子控制单元；依据设计要求，提出设计方案。采用流水线技术，裁减并完善了兼容标准的8051MCU核，减少了设计面积，又提高了处理速度。按照自顶而下的设计原则，分别设计了算术逻辑单元、中心控制器、定时／计数器、串行口和2.0A标准CAN总线单元。
为了确保设计的正确性，按照各部分的特点，分别设计仿真、测试文件及引导程序，实现了在FPGA验证过程中的自动装载功能。
该电子控制单元可以实现对车身、底盘等低速设备的控制，具有CAN总线通信功能，具有使用方便、处理速度快、集成度高、可靠性好、价格低廉等优点，具有极其广泛的应用前景。
With the popularization and widely using of automobile, the automobile manufacturing is developing quickly in our country; the automobile electronics has occupied very important position in the field of the automobile manufacturing. Electronic Control Unit (ECU) is the core component in automobile electronics; it acts a part in some aspects such as the engine, bodywork, chassis controlling systems and the communication function.
At present, most of the ECU is designs using singlechip with peripheral circuit, it has some defects such as low integration rate, bulky, bad dependability; most of ECU chip depends on import, it is so costliness that only suit to use on top grade cars.
The thesis discusses the automobile ECU including the CAN bus, according as the design demand, it puts forward the design scheme, adopts the pipeline technique, designs and reduces the standard 8051 MCU core, not only cuts down the area but also increases the processing speed. According Top-Down designing principle, designs the units such as ALU, central controller, timer/counter, the serial port and the standard CAN bus unit based on 2.0A.
In order to insure the correctness, the thesis designs test files respectively bases on the characteristic of each unit, designs the guiding program, realizes the automatic loader function in the FPGA verification procedure.
This design realizes to control the lows speed equipment such as bodywork chassis and so on, obtains CAN bus communication function, it has some advantages such as easing to use, fast processing speed, high integration, good dependability and the low price etc, has a good prospect of application.
引文
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[2] 张云龙，袁大宏等．电控汽车故障诊断技术的现状与发展趋势[J]．汽车技术．2000[7]：30-32
[3] 何宇漾．电控汽车中电子技术的应用[J]．渤海大学学报(自然科学版)2005[1]：28-33
[4] 徐建平．现代汽车自诊断系统效率的分析[J]．汽车技术．2004[5]：1-4
[5] 徐建平．现代汽车微机自振断系统及其特性[J]．贵州大学学报．2004[5]：200-204
[6] 唐颖．EDA技术与单片机系统[J]．现代电子技术，2002，11(3)：31-32
[7] 李广军，孟宪儿．可编程ASIC设计及应用[M]．成都：电子科技大学出版社，2004
[8] 任晓东，文博．CPLD／FPGA高级应用开发指南[M]．电子工业出版社，2003：7，67
[9] 徐志军，徐光辉．CPLD／FPGA的开发与应用[M]．电子工业出版社，2002：15-16
[10] 陆重阳，卢东华，文爱军．IP技术在SOC中的地位及应用[J]．微电子技术，2002，(8)：20-23
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[12] 慈艳柯，陈秀英，吴孙桃等．片上系统的设计技术及其研究进展[J]．半导体技术．2001，7(26)：12-16
[13] 张振荣，晋明武，王毅平．MCS-5l单片机原理及实用技术[M]．北京：人民邮电出版社，2000
[14] 梁合庆．增强闪存80C51教程[M]．北京：电子工业出版社[M]，2003
[15] 胡汉才．单片机原理及其接口技术[M]．北京：清华大学出版社，2002
[16] 尹林子，李广军．基于VHDL的8051IP核设计．中国通信学会通信令用集成电路委员会，中国电子学会通信学分会．CCIC2004中国通信集成电路技术与应用研讨会论文集．杭州，2004．62～65
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[20] 慈艳柯．MCS-51单片机芯片反向解剖及正向设计的研究[J]．厦门大学，2002
[21] 饶运涛，邹继军，郑勇芸．现场总线CAN原理与应用技术[M]．北京，空航天大学出版社，2003．6：1-85
[22] 邬宽明．CAN总线原理和应用系统设计[M]．北京，航空航天大学出版社，1996．11
[23] 确定SJA1000 CAN控制器的位定时参数．http://www.zlgmcu.com
[24] SJA1000独立的CAN控制器应用指南．http://www.zlgmcu.com
[25] 罗雪梅．基于SJA1000的CAN总线接口电路的设计与实现[J]．贵州工业大学学报(自然科学版)，2003．32(4)：42-44，54
[26] 宋磊，郑荣良汽车局域网CAN总线在客车上的应用研究[J]．江苏大学学报(自然科学版)，2002．23(2)：55-58
[27] 王建，左启耀，高峰．基于CAN总线的客车控制系统[J]．吉林大学学报(工学版)，2004．34(11)：282-285
[28] 李光升，谢永成，吕强等．基于CAN总线技术的车辆通讯系统[J]．装甲兵工程学院学报，2000．14(3)：48-52
[29] 禹定臣．MCS—51单片机应用系统的设计及仿真调试[J]．天中学刊，2001，16(2)：85-86
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[31] Steven J. E. Wilton and Resve Saleh. Programmable Logic IP Cores in SoC Design; Opportunities Challenges. Proceedings of the Custom Integrated Circuits Confierence. 2001 p63-66
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[33] Michael Keating, Reuse. Methodology Manual for System-on-a-chip Design[J], Kluwer Academic PUBLISHERS, 2002.5
[34] Model Technology. Modelsim SE User's Manual, 2003.9
[35] Janick Bergeron. Writing Testbenches-Founctionl Verification of HDL Models[M], Kluwer Academic Publishers, 2001.7
[36] Prakash Rashinkar, System-on-a-chip Verification Methodology and Techniques[M], Kluwer Academic Publishers, 2002
[37] Nios Development Board Reference Manual, Stratix Professional Edition. Altera Inc, September, 2004
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