汽车CAN总线通信网络可视化仿真和监控系统设计
摘要：CAN总线已经成为当今最成功的车载网络标准，被广泛应用于现代汽车控制中，但由于汽车应用环境的复杂性，CAN协议车载网络的安全(容错)性、实时性、可靠性以及带宽资源利用能力至今仍未能满足实际要求与发展需要。本课题就是在该背景之下深入研究了CAN总线通信协议，同时在VC++6.0环境下开发了CAN总线通信协议的可视化操作试验平台。该平台能够对CAN总线通信仿真，同时能够实时的监控实际车型的CAN总线通信系统。此外，仿真平台开放了CAN总线上层应用层协议的制定，能够按照用户的需求，在基于CAN总线通信原则和通信数据格式的条件下来制定应用层协议。此外，考虑到CAN总线通信数据多，速度快的特点，设计了数据库，能够实时的存储通信数据。
关键词：CAN总线，VC++6.0，通信网络
第一章绪论
1.1研究背景
CAN 总线是种类众多的现场总线的一种，它不但属于一个开放通信网络，同时也可以看做一种全分布控制系统。它作为智能设备的联系桥梁，把挂接在总线上、作为网络节点的智能设备相互连接，最终形成一个庞大的网络系统，同时更进一步构建自动化系统，用来达到都基本控制、补偿计算、参数修改、报警、监控、优化及控管一体化的综合的目的[1][2][3][4]。其规模属于局域网、总线型结构，简单但能满足工业控制的需要。CAN 总线传输的信息帧短小，可靠性高[3][6]。目前，高速发展的CAN 总线已经形成了国际标准，被国际上众多专家认为几种最有前途的现场总线之一[5][6][7][9][11]。
汽车电子装置更新速度如此之快，通信方式也由原来的点对点变为网络化，这就要求建立一个完整的测试平台，对其复杂功能和参数进行测试，确保电子设备正常工作。CAN 现场总线由于其各方面的优越性能，可以有效保证这些要求。CAN 总线整体性能虽然优于其它总线，但在网络负载较高情况下低优先级信息帧的发送时延过长甚至无法发送，不仅影响整个通信网络的实时性，在严重的情况下甚至会发生不可预料的事故。在比较复杂的环境下（如高温、电磁干扰），都会对嵌有CAN 装置设备的可靠性产生一定影响。
1.2研究意义
本问的目的是希望开发出一套基于CAN总线通信的可视化监控及仿真的试验平台。该可视化仿真平台能够模拟CAN总线通信的基本原理和方法，有些部分甚至能够独立运行，同时可以让用户按照CAI总线通信的标准制订客户的应用层协议来观察其通信得质量。此外，通过所设计之后的硬件接口和实车系统进行连接，监控试验平台能够对其进行测试及监控，进而得到真车通信系统上层通信协议格式，随后深入分析该格式的优势。此外，平台能够对通信数据进行显示、统计、处理以及分析。经过了上述的仿真和监控，帮助我们研究一些国外先进车型的CAN总线技术特长和优点。
1.3国内外研究现状
CAN总线自诞生之初，中间历经了上世纪90年代的飞速发展[1-3]，已经制定了在世界范围内被广泛接受的ISO国际标准(IS011898) 以及CAN技术规范(CAN 2.0)。根据国际CAN用户和制造商非营利组织CiA(CAN in Automation) 于上世纪90年代初的统计:在1998年CAN节点销售量已经达到9700万个，其中80%安装在欧洲，在这些CAN节点中80%应用在汽车工业，剩下20%则应用于工业控制系统和嵌入式网络，如监测系统、工业控制系统以及机器人控制系统等。令人注意的是CAN总线也应用在欧洲高能物理项目CERN之中。在21世纪之初，CAN总线技术发展迅速，在除了继续应用于传统的汽车应用领域，更开始逐渐应用在其他新的领域，如: 航空航天、医疗器械、自动化控制、航海和国防军事等多种领域。经历了多年的发展，CAN总线已经被全世界多家权威研究机构和大型公司认为是今后最有前途的现场总线之一。我国科技创新的突飞猛和进经济的高速发展，CAN总线作为我国新兴的科学技术手段，必将会在我国工业、农业以及生活等众多领域发挥出巨大的作用和潜力，为推动我国的现代化建设做出应有的贡献。
现在，国际上流行的总线主要有如下几种：基金会现场总线、ProfiBus、ControlNet和CAN总线等。虽然都是总线，不过每一种总线技术所具有的特点都有着不同，而他们主要的应用的领域也都没有重叠与交叉。
(1) 基金会现场总线(Foundation Fieldbus)
国际著名的现场总线基金会[22]是被国际多家研究机构和知名公司所认可的唯一一个既不附属与某厂家，同时还是非商业化的国际标准化组织。它的前身是以美国Fisher-Rosemount公司为首联合了ABB、横河、Foxboro等80家公司一起制定的ISP协议。基金会现场总线选择了ISO的开放互联系统OSI的简化模型（1、2、7层），即数据链路层、物理层、用户层和应用层。信号的发射方式是由无线和光纤来发射，且传输的协议协议符合流行的IEC1158-2标准。FF的传输信号采用曼彻斯特编码，每段最多允许240个节点，段数目最多可达65000个，最大允许报文可达128个比特组。
(2) Profibus
ProfiBus 有着比较强烈的地域特性，是以欧洲用户和厂家为主而研发的特殊领域的现场总线系统。它是建立在德国标准(DIN19245)以及欧洲标准(EN50170)基础上的现场总线标准[27]。ProfiBus是一种多主多从的令牌网络，目前它可提供三种模式，Profibus 是由Profisbus-DP、Profibus-FMS、Profibus-PA系列组成。一般可以用在过程自动化方面，由于是属于低速总线，因此它可以提供总线供电
以及本质安全。网络中由耦合器连接和耦合两个相异的网段，耦合器还可发挥出防爆和供电的作用。
德国国家标准DIN19245 和欧洲标准EN50170 的现场总线标准[28][29]，用于物料输送机械、大型装配和过程控制，并由ProfiBus.DP，ProfiBus.FMS，ProfiBus.PA 组成了ProfiBus 系列。Profisbus-DP 型一般会用来分散的外部设备之间高速的数据的传输，非常适于自动化加工领域等方面的应用。Profibus-FMS 多数都会用在一般的自动化控制，因其支持多主处理，因此非常适用于纺织领域，同时在低压开关、可编程控制器和楼宇自动化等也有着许多的应用。
ProfiBus 支持多主多从式混合系统、纯主站式系统、主从式系统等几种传输的方式。ProfiBus 的传输速率一般在9.6k~12Mbit/s左右，其最大传输距离在9.6kbit/s 的条件下为1200m，在12Mbit/s 的条件下为200m。也支持使用中继器延长至10km，以光缆或双绞线做为传输介质，可允许的最多连接数为127 个站点。
(3) DeviceNet
DeviceNet 是一种低成本的通信连接，也是一种简单的网络解决方案。有着开放的网络标准。DeviceNet 是具有的直接互连性，不仅改善了设备间的通信，也提供了非常重要的设备间的功能。基于CAN 技术，DeivceNet的传输速率达到了125~500kbit/s ，每一个网络最大的节点数是64 。DeivceNet的通信方式为：客户/生产者(Consumer / Porducer)，选择的是信息发送多信道广播的方法。
在目前，现场总线在中国等一些发展中国家以及欧美等发达国家发展非常迅速，而且已经成功应用在很多领域，在全球很多地区，有许多的大专院校以及研究机构都在利用拥有的资源以及他们本身所学的知识，想尽办法来帮助那些普通用户加深对现场总线技术的认识和理解[27-33]。国内外的很多仪表制造商，都把对现场总线技术的发展以及产品作为重点来研究，这种策略是基于他们目前对国际时尚的需求和现场技术的发展趋势，是非常有远见的。
在国内的汽车行业中，如上海帕萨特B5、国产一汽宝来(BORA)、一汽奥迪A6等很多汽车厂商都开始使用CAN总线系统。不仅在汽车业，CAN总线系统也已成功应用在如火车、船舶、煤矿等其他几种交通工具中。
煤炭科学研究总院抚顺分院曾经将CAN总线运用到了KJF-1型煤矿火灾监控系统中[34][35]。由于KJF-1型煤矿火灾监控系统使用了CAN总线，不仅节点间实现了直接数据通讯，具备了无主通讯功能，而且通讯速率也远大于原有的监控系统。
CAN总线所独有的诸多优势，使CAN成为串行总线的领头羊，早在上世纪1999年，6千万个CAN控制器就已经在各个领域中表现颇为出色，显示出了很
好的前景，2000年，超过1亿个CAN器件已经开始大规模销售。现如今，CAN 总线已经开始应用在一些过去被认为根本不会被使用的领域，比如家庭消费需要CAN总线的实时监控以及娱乐方便等，而在一些涉密单位，更加需要一些结合更高层协议应用的特殊保全系统，它们不同于早先简单的安保系统，这样就要釆用有着更高性能的CAN总线。目前已经有一些基于CAN的保安系统经通过了权威认证，权威机构包括了TUV（德国安全标准权威）以及BIA（即德国专业委员），这足以说明CAN总线的优越性。在全球范围内Open-Safety CAN解决方案有幸获得了他们的第一个许可认证。在此之后，很多其他方案开始逐步扩大CAN的应用范围。比如DeviceNet-Safety[36][42][43]，不仅要CAN应用在陆地上，更要向海空方面进行发展。全球分级协会的领导正在设计方案要在海事运输中实现CANopen固件的使用。
总的说来，CAN总线有着很强大的发展潜力、市场前景和生命力。作为在国内外正处于发展鼎盛时期的技术手段，其技术应用水平在近十几年中以极高的速度在发展，带动了我国工业控制的自动化水平。在现代工业技术的发展和我国经济改革不断深入的背景下，在巨大的全球市场中，CAN总线必然以其独特之处而得到更加广泛的应用。
第二章CAN总线技术原理及特点
2.1现场总线的原理
CAN 是一个多主的总线网络，网络上的各节点都有权向其它的节点发送信息，通信介质可以是光纤、同轴电缆或双绞线，其主要的特点为:通信速率/ 距离为5kbps/10km～1Mbps/ 40m，网络的节点数可以达到110个，每以个节点都可以主动的进行传输，通信介质可以是光纤、同轴电缆或双绞线; 采取点对点、全局广播发送接受数据; 可以实现全分布式的多机系统，并且没有主从机之分，每点都可以主动发送报文，能够方便地构成多机备份系统; 使用了非破坏性总线优先级仲裁技术时，在两个节点同时向网上发送信息的时候，优先级低的那些节点将会主动的停止发送数据; 支持4种报文帧即远程帧、数据帧、超载帧、出错帧，选择了短帧结构，受干扰概率低、传送时间短; 选择了CRC 校验及其他校验措施，可以达到极低的信息出错率; 具备了自动关闭的功能，当节点错误严重时，自动切断与总线的联系，以不影响系统的工作。
2.2现场总线的特点
现场总线是连接智能现场设备和其他自动化系统的双向全数字的多站通信系统，也就是说，即现场总线的网络节点是具有数字化与智能化特征的控制设备与监测系统，这些以分散的设备通过总线与系统相连接实现双向的信息交互，共同协作完成自动控制，网络管理和分级管理。现场总线技术为现场控制设备和高级控制或应用系统之间的信息交互提供了必备的通讯网络，解决了工业现场的智能化仪器仪表、控制器、执行部件等现场设备间的数字通信问题[2]。现场总线技术的主要应用领域包括：机械制造业、交通运输业、冶金制造业与能源行业等。现场总线系统的技术基础是测量控制仪表具备数字计算和数字通讯能力[3]。伴随着微电子技术与集成电路技术的发展，现在数字测量控制仪表都具有专用的微处理器与通讯接口，多个测量控制仪表之间采用双绞线作为总线，进行简单连接后即可形成基本的网络系统。系统内部的各组成单元按照规范公开的通信协议进行数字通信，初步形成了适合现场环境与监控领域的自动化网络控制系统，通过现场总线控制中心系统对位于现场的数字测量控制仪表设备之间进行远程控制。
现场总线系统在技术上具有以下特点：
(1) 功能的自治性
自治性是指现场设备可在脱离控制设备或控制系统的情况下，独自完成基本的自动控制功能，由于设备自身具有一定的计算能力，所以能够将传感信息进行自动采集并进行补偿计算，通过总线通信接口将工程信息以数字信号的形式发送给控制系统。
(2) 结构的分散性
分散性是指现场总线的系统建构具有分布式的特点，构成现场总线的是一种全分散的控制系统结构，这种结构提高了整体的可靠性，局部因素不会影响整体系统的运行，并且在异常状态系统可进行自诊断。
(3) 环境的适应性
环境的适应性是指现场总线所支持的通讯介质多样，可适应不同环境下对通讯技术的要求，一般来讲，绝大多数现场总线支持双绞线与光纤两种通讯介质，此外，部分现场总线设备还支持、外线，射频信号以及电力线等，现场总线可根据实施环境的不同而选择不同的通讯介质进行通讯。
（4）安装容易
现场总线由其独特的模块化结构，体积小，节省空间;同时属于标准导轨安装，可以做到即插即用，非常方便。
（5）防护级别高
现场总线的防护箱可达IP65 防护等级: 为适应工业现场工业总线系统的发展，例如化工业、食品业等系统防护需求，以及冶金、化工等工矿企业恶劣的现场环境，提供了具有IP65 防护等级的产品。
2.3现场总线数据处理系统
从系统组成方面来看，现有的现场总线控制系统是由仪器仪表，总线传输设备与软件系统共同组成，其中软件系统按照系统功能，可划分为测量软件系统、控制软件系统、设备管理软件系统，数据处理软件系统四个组成部分[11]。下面针对软件系统的功能进行概要介绍：
(1)数据处理软件系统与企业办公网络不同，工业总线是一个相对独立封闭的自动化工控网络，要实现自动化控制网与计算机之间的信息交互，就需要一套数据处理系统负责自动化控制网与计算机之间的双向信息交互[12]。现场总线控制系统中的数据处理系统，通常与控制系统部署在一起，在工业总线网络运行过程中，通过网络技术与组态技术对系统实时采集数据、进行数据处理与计算。
(2)控制软件系统：
控制软件系统是现场总线控制系统中的最重要的软件系统之一，一套完整的控制软件系统通常由组态软件，仿真软件和监控软件共同组成[13]。系统操作员通过人机软件接口对系统进行配置，通过组态软件完成对设备进行功能参数定义，设置各个功能模块的连接，同时优化网络结构与控制逻辑。当系统组态配置完成之后，系统使用人员即可通过监控软件，实时监视现场总线的工作情况，系统还提供了查询统计，报表输出，报警提示等其他监测软件所必备的常用功能。
(3)测量软件系统：
伴随着智能测量仪表的出现，数字式仪表已经具有数据采集与计算能力，通过总线网络将采集数据发送到测量软件系统。测量软件系统具有多参数高性能的技术特点，并且能够实时显示仪表的状态信息，例如仪表电压，电量，阀门通断等[13]。系统操作员可通过测量软件随时观测各设备的工作状态与现场参数变化，极大的方便了生产流程的调度与控制。
(4)设备管理软件系统：
设备管理软件系统主要是针对设备的信息进行统一管理，其功能包括设备的厂商信息，出场日期，设备诊断信息，运行状态记录，设备维护与更换信息等。该软件的重要作用是通过可靠性智能预测分析对设备进行预防性维护，降低了设备运行风险，采用了可预测性的管理维护替代了被动的管理模式。
2.4关键技术
(1) 网络通信数据并发处理
本系统与现场总线或其他类型的现场总线系统之间是一对多的双向通信关系，在多个现场总线系统同时向本系统发送业务数据时，系统会面临数据并发处理的问题。所以，本系统在保障系统性能的前提下，要充分考虑网络通信数据的并发处理问题，包括数据的接收，缓存，解析和上行处理通知等。
(2) 多版本异构数据的并行解析
当数据进入本系统之后，本系统将开始对数据的处理，包括过虑，校验，解析，二次封装，分发等一系列处理步骤，其中数据的解析是数据处理的重点。本系统不仅仅要面对的是多个网络通信的并发访问问题，而且还要面临多版本异构数据解析的问题。由于现场总线领域缺少统一的协议规范，即使是同一厂家的产品，软件版本的升级必然会产生数据格式异构的问题。所以，本系统要有一套可靠的机制来保证多版本异构数据的并行解析。
(3) 针对多应用系统的数据支撑
本系统的一项重要功能是实现了对多个应用系统的数据支撑，与网络通信并发访问的情况一样，本系统与应用系统之间也是一对多的关系。本系统根据应用系统进行数据订阅的策略和上行数据类别的不同能够实现向多个应用系统数据的分发。综上所述，系统目标的设定是源于对现有产品的实际使用需要，本系统的关键是实现了网联网网络数据向应用数据的转化，同时，为了便于系统未来的扩展性和兼容性，我们提高了系统的技术指标，并且增强了产品功能，以上核心系统目标明确了产品方案和产品设计的目的性。
第三章硬件描述
3.1系统分析
适用于汽车总线的通用数据处理系统的主要作用是用于汽车总线系统与其它应用系统之间的双向通讯服务。从系统的层次结构角度来看，本系统即是连接汽车总线与外部应用的中间系统，也是总线系统数据处理的必备条件。作为具有数据处理功能的服务系统，本系统对于总线网络以及应用系统都是必不可少的数据支撑[15]。系统的应用领域主要为工业与制造业生产现场的设备通信控制与网络管理，对于系统的通信性能，容错能力，解析规则，外部接口，数据格式等都
具备非常高的要求。按照总线控制系统的数据采集—>数据处理—>应用服务的三层解决方案，本系统的分析工作将分别从通信服务，系统内部功能和应用服务三项内容进行阐述。汽车总线网络通信服务汽车总线网络通信服务实现了本系统与汽车总线网络的通信。分析要点包括如下内容：
（1）通信服务需求
首先，通信服务支持以太网口数据接口。对于以太网接口，系统要求能够实现多设备并发接入，可以同时最多打开多个以太网端口，以服务的形式进行网络通信[12]。系统启动后，应按照系统的通信配置项开启以太网端口，等待网络通信的接入，而每个端口又是异步的处理方式，这样在打开多个端口的情况下可支持大于多个设备的并发接入。再次，本系统与设备之间的以太网通信方式应采用长连接的通信方式。数据服务接入的瓶颈不在于数据的接收，处理或响应，而在于数据连接的建立，如果采用短连接的方式，周期更长，并且需要频繁的身份认证，数据处理的实时性将极为低下；最后，本系统与设备之间的这种长连接方式，还将提高本系统向总线网络的控制信息的快速下发。
（2）功能性需求
首先，接收的消息数据缓存在消息队列中，并在文件中缓存，数据解析成功后要清除原始数据，只有数据碎片和非法数据被保留。其次，对于接入的连接要进行数据回复，保证发送超时的情况下，设备重新接，重发数据。最后，为了保证连接的有效性，设备与系统之间采用发送/应答心跳帧的方式保持通讯链路的连接状态。
系统内部功能
（1）功能性需求
首先，本系统的重要功能之一是解决多数据版本兼容问题。本系统所处理的数据内容多样，总线协议格式异构，为了满足协议版本兼容性的需求，我们将采用如下方式：1.本系统支持版本库的管理；2.上传的网络数据符合标准的总线协议，既在数据前封装制定格式的数据头（包括厂家编号，协议编号和协议版本等）3.标准的DDL，对于协议的识别，解析以及数据存储均采用标准的DDL 执行。其次，与协议解析相对应的是下行数据也要采用标准版本库的处理方式；系统实现DDL 注册机功能，用于校验DDL 的合法性和完整性。最后，系统还应支持线程池与数据库连接池的管理。由于本系统数据的多样性，所以不能使用数据工厂模式进行数据的生成与写入，由标准的DDL 引用数据库链接进行数据的写入与读取。
（2）数据管理需求
首先，系统要能实现数据日清理，对于系统工作所使用的数据库要每日进行
清理和备份，提高数据表的查询能力。其次，为了便于数据维护，系统应实现数据库的备份与恢复功能。应用服务
功能性需求
首先，本系统与应用系统间的网络通信格式支持TCP/IP 数据服务与Web service 服务两种通信方式。在数据通信期间，针对Web Service 我们采用SOAP 协议，针对TCP/IP我们使用XML 文档或具备XML 格式的数据帧进行数据传输，无论采用哪种方式，我们所发送的数据内容和格式是规范的，便于系统自身的数据生成，更便于应用系统的解析，对后续应用系统的升级不存在任何数据格式可变因素影响。其次，应用系统与本系统之间采用订阅/发布与请求/应答两种工作模式：在订阅/发布模式中，应用本系统通过数据服务层向数据本系统进行数据订阅，数据本系统根据已订阅的规则实时地向应用本系统发布数据消息；在请求/应答模式中，应用本系统通过数据服务层向数据本系统发起服务请求，数据本系统根据当前请求的上下文信息进行相应的服务应答。最后，本系统要进行应用系统的注册管理。系统要为应用提供可接入的服务端口，应用系统通过服务端口进行服务信息注册，信息注册的内容包括应用系统的名称，服务类型，服务地址，数据订阅类别等。
3.2硬件电路设计
为了与CAN总线进行连接，还需要使用控制接口芯片、CAN协议处理。本设计中所使用的是TJA1050和飞思卡尔的MCS912DJ644微处理器满足了和CAN总线连接的需求。MASCAN12的CAN总线协议处理芯片被集成在了MCS912DJ644的内部，有5个FIFO接收缓冲器和3个发送缓存器。CAN控制器被集成于片内的好处就在于电路有着很强的抗干扰能力;在开发的过程当中，操作CAN控制器非常方便; 节省了PCB板的面积、电路简单;能够缩短硬件的开发周期; CPU在负载CAN控制器的时候负载比较低，一般为独立CAN的一半。协议处理芯片仅仅处理CAN总线协议数据，但依然需要具体的硬件接口和硬件CAN总线进行连接，发送、接收CAN总线数据帧，论文采用TJA1050作为CAN 总线收发芯片。
3.2.1 USB接口电路
通过连接上位机的USB总线, USB接口电路会接收USB数据，该数据来自上位机。USB接口转发数据至微处理器,数据也通过USB总线将微处理器发出来的发送至主机。通过USB控制器EZ—USBFXZ把主机的USB信号转化为并
行信号,将其传送至微控制器MCS912DJ644,并能够接收微控制器MCS912DJ644传来的信号转换后发送至主机。电路模块如图3-1所示:
图3-1 USB接口电路图
通过CAN总线收发器TJA1050，MC9S12DJ64内部的MSCAN12模块接收CAN总线上的数据帧，USB控制器EZ-USBFX2会接收经过MC9S12DJ64处理后转化成的信号。MC9S12DJ64接收来自USB数据传输请求，并经过MSCAN12通过总线收发器TJA1050将数据帧发送到CAN总线上。电路图如图3-2所示.
图3-2 CAN接口电路
MC9S12DJ64中MSCAN12的TXCAN、RXCAN管脚分别和CAN总线收发器TJA1050的TXD、RXD管脚进行连接。为了使抗干扰能力得到提高,管脚利用光耦隔离器6N137进行互相连接,这样就可以实现总线上各个CAN节点间之间的电气隔离。为了使CAN通讯的可靠性得到提升,通常终端匹配电阻要加在CAN 总线网络的两个端点之间。传输电缆的阻抗特性决定了终端匹配电阻的大小。
3.2.2 电平转换电路
由于USB控制器EZ一USB FX的I/O电平为3.3V,而微处理器MC9S12DJ64的I/O电平值是5V,因此必须对此加以电平转换。SN74ALVC164245是5V一3.3V 电平转换的芯片,目的是为了控制微处理器USB控制器EZ一USBFX与MCS912DJ644之间电平转换以及数据的流向。电路图如3-3所示。
图3-3 电平转换电路
3.2.3整体电路设计
图3-4 整体电路设计
第四章软件设计
4.1软件总体设计
设计在充分遵守CAN协议和USB的基础之上,满足了CAN数据与USB数据之间的转发和转换。因为仅USB协议的低速模式就可以达到1.SMbPs, 高速达到480MbPs,全速为12Mbps,相比之下CAN总线最高速度也只有1Mb/s,因此两者之间速度的差异在设计中必须予以解决。此外,USB协议规定了在总线上传输的数据格式,一个数据帧在全速的情况下有1500字节,低速的帧也包含187字节。而一个CAN数据包中最多只包含8个字节,因此对于CAN总线小的数据包和USB大的数据包的差异也必须考虑到。设计中CAN和USB采用了中断方式, USB和CAN数据包由中断处理程序得到并存入缓冲区中。微处理器固件程序主要完成数据的转发,即将USB数据缓冲区中数据处理后转发给CAN处理芯片,发送到CAN总线上,同时将CAN数据缓冲区中数据包转发给USB控制芯片,转发给上位机。
4.2微控制器固件设计
固件程序指的是运行在设备CPU之中的程序。该程序只有在运行时,外设才可以真正的具有给定功能。本文中的MCS912DJ64固件程序主要实现如下的功能: 初始化MSCAN控制器;初始化EZ一USBFXZusB接口芯片;接收USB接口发来的命令,同时按照事先用户的定义, 对CAN执行的操作,比如向总线发送CAN数据帧;当其他CAN节点有报文传来时,将会接收报文并利用USB接口直接向计算机上传。USB总线速率则要高出许多,而且USB数据包比CAN总线数据包大的多,所以向CAN接口发送数据主要的任务是完成拆包以及如何重新打包。对于CAN数据包接收任务,因为USB数据包和速度都较CAN总线数据包要大的多,在CAN数据包时来到时,能够将数据包直接发送至USB接口缓冲区,转发给上位机脚l。
第五章软件平台总体设计
5.1 制节点的仿真
作为多主模式总线, CAN总线上各个控制节点都能够为接收和发送节点,所有的节点都有自治的能力。各个节点在仿真系统中都具有如下的功能: (l)该节点相关的数据帧的生成,例如车门控制器节点能够发送当前车门状态信息的CAN数据帧;
(2)发送数据帧,发送生成的数据帧到仿真总线上。而且，总线有着仲裁能力,即总线按照各数据帧的权限来最终确定总线由哪个节点来占用,最终权限最高的数据帧才能获得总线,剩下的节点发送数据自动结束,进入接收状态,等到总线空闲时再进行总线仲裁;
(3)接收数据帧, 接收模块在仿真总线上有数据帧发送时接收当前数据帧;
(4)处理数据帧,在已经接收到的帧中取出m部分, 丢弃和本身无关的数据帧,若有关就进行下一步得处理。在接收到远程帧的时候,则发送具有相同m的数据帧。每一组成模块和它们的关系如图5-1所示:
图5-1 控制节点各模块组成
5.2 仿真平台低速CAN通信模块设计
5.2.1 节点ID的分配
一般低速CAN应用与汽车的舒适系统当中。在本文的仿真系统当中,所有的控制节点所对应的ID号都能够由用户自己来定义。在司机一侧的左前门控制单元有着更高的权限（优先级）,它能够舒适系统的其他部分进行控制。较小ID号的模块有着较高的权限,因此为左前门分配的ID值应小于舒适系统中的其他模块。
5.2.2 车门模块的设计
因为各个控制节点有着一些共同特征,所以在设计当中要尽量对所有的控制节点采取面向对象的设计方法,合理选择一个抽象类,代表所有节点共同的特征,同时用类图的方式来表达其间的关系。图5-2表示了控制模块类图:
图5-2 控制模块类关系图
所有的中央控制单元和车门控制单元都是以ControlNode为基类的派生类,Control Node类有着控制单元共同的属性;当前节点状态mState; 当前总线波特率m_baudrate;两个错误计数器: 发送错误计数器(m_sendErrCount)和接收错误计数器(mReeErrCount)。其余相同的操作有数据帧的接收, 控制节点的初始化,数据帧的发送, 数据帧的校验以及对远程帧的响应的操作等。ReeeiveFrame成员负责接收数据帧功能。ResponseRemoteFrame定义为纯虚函数,需要借助实际的子
类来实现,实现不同的控制节点对远程帧的不同响应。其他成员函数也都定义为虚函数,当各个具体节点需要完成自己特有的功能时,再由具体的节点类进行实现。
5.2.3 后备箱、后视镜模块设计
后备箱、后视镜控制节点和其他车门的设计相似,就是对各自对应的节点动作的控制。图5-3是后视镜单元类图:
图5-3 后视镜控制节点类图
在收到相应的协议控制帧后,后视镜控制节点调用后视镜显示模块的显示函数,对相应的动作进行显示,例如后视镜向下、向上、向右、向左、收起等的动作。
5.3 仿真平台运行
为了更加直观观察CAN总线的运行规律,仿真平台选择了微软VisualC++6.0进行开发。VisualC++6.0功能齐全，是一种面向对象的开发工具, 可以直接对硬件操作并支持多任务多线程。所以在此设计当中利用其特点进行设计,能够完美通过硬件接口连接显示底层数据。系统仿真过程如图5-4所示
图5-4 总线竞争仿真
5.4 数据收发模块设计
对于CAN转USB接口卡功能进行封装,定义统一的应用程序接口(API)后,应用程序就可以直接调用上述的程序接口进行网络数据帧的发送和接收。应用程序发送数据帧的流程如图5-5所示。
基于STC89C51的CAN总线点对点通信模块设计 [导读]随着人们对总线对总线各方面要求的不断提高，总线上的系统数量越来越多，继而出现电路的复杂性提高、可靠性下降、成本增加等问题。为解决上述问题，文中阐述了基于SJAl000的CAN总线通信模块的实现方法，该方法以PCA82C250作为通信模块的总线收发器，以SITA-l000作为网络控制器。并以STCSTC89C5l单片机来完成基于STC89C5l的CAN通信硬件设计。文章还就平台的初始化、模块的发送和接收进行了设计和分析。通过测试分析证明，该系统可以达到CAN的通信要求，整个系统具有较高的实用性。 0 引言 现场总线是应用在生产最底层的一种总线型拓扑网络，是可用做现场控制系统直接与所有受控设备节点串行相连的通信网络。在工业自动化方面，其控制的现场范围可以从一台家电设备到一个车间、一个工厂。一般情况下，受控设备和网络所处的环境可能很特殊，对信号的干扰往往也是多方面的。但要求控制则必须实时性很强，这就决定了现场总线有别于一般的网络特点。此外，由于现场总线的设备通常是标准化和功能模块化，因而还具有设计简单、易于重构等特点。 1 CAN总线概述 CAN （Controller Area Network）即控制器局域网络，最初是由德国Bosch公司为汽车检测和控制系统而设计的。与一般的通信总线相比，CAN总线的数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性。其良好的性能及独特的设计，使CAN总线越来越受到人们的重视。由于CAN总线本身的特点，其应用范围目前已不再局限于汽车行业，而向自动控制、航空航天、航海、过程工业、机械工业、纺织机械、农用机械、机器人、数控机床、医疗器械及传感器等领域发展。目前，CAN已经形成国际标准，并已被公认为几种最有前途的现场总线之一。它的直线通信距离最大可以达到l Mbps／30m．其它的节点数目取决于总线驱动电路，目前可以达到110个。 2 CAN系统硬件设计 图1所示是基于CAN2．0B协议的CAN系统硬件框图，该系统包括电源模块、MCU部分、CAN控制器、光电耦合器、CAN收发器和RS232接口。硬件系统MCU采用STC89C5l，CAN控制器采用SJAl000，CAN收发器采用PCA82C250，光耦隔离采用6N137。
微机应用课程设计报告 ` 题目:基于单片机的16*16点阵系统设计 专业： … 班级： 姓名： 学号: 地点： 时间： 指导老师：
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摘要 现场总线是自动化领域的计算机网络，是当今自动化领域技术发展的热点之一。它以总线为纽带，将现场设备连接起来成为一个能够相互交换信息的控制网络，是一种双向串行多节点数字通信的系统。CAN总线也是现场总线的一种，它最初被应用于汽车的控制系统中，由于其卓越的性能，CAN总线的应用范围已不再局限于汽车工业中，而被广泛的用到自动控制、楼宇自动化、医疗设备等各个领域。 本文主要介绍一种基于CAN总线的控制系统，通过对这一系统的制作流程来说明CAN总线的简单应用，文章主要是对本控制系统的三个硬件模块进行介绍及模块中相关芯片的应用，同时本文也对软件的编写进行了说明。 关键字：现场总线； CAN总线；单片机；控制系统
目录 1 绪论 (1) CAN总线的简单介绍 (1) CAN总线的优势 (1) 网络各节点之间的数据通信实时性强 (2) 缩短了开发周期 (2) 已形成国际标准的现场总线 (2) 最有前途的现场总线之一 (2) 2 硬件电路设计 (3) 单片机模块 (3) STC89C52主要特性如下： (4) STC89C52RC单片机的工作模式 (5) CAN总线控制器模块 (6) SJA1000简介 (6) PCA82C250简介 (9) 通信模块和外围接口 (11) 通信模块 (11) 外围接口 (12) 3 CAN总线控制系统软件设计 (13) 初始化程序 (13) 数据的接收和发送功能 (15) 发送数据 (15) 接收数据 (17) 4 总结 (19) 参考文献 (20) 附录一 (21)
大众汽车车载CAN总线系统设计 摘要：随着汽车电子技术的持续发展，汽车上越来越多的应用电子设备，电子控制设备的联系更加复杂，而汽车的传统电气系统一般都是采用点对点的单一通信，联系较少，因此，庞大的布线系统之间的联系已经无法满足逐渐复杂的汽车控制系统的要求。 本文以大众汽车车载CAN总线车身控制系统为研究对象,介绍了国际汽车电子技术的现状和发展趋势，与目前主流的汽车网络技术相比，本文分析了目前流行的现场总线的性能及特点，研究了CAN总线的汽车车身控制系统。介绍了系统的硬件设计和开发过程。说明了每个节点的作用，说明了每个模块硬件电路结构。介绍了系统的软件设计和开发过程。该论文讲述了CAN通信模块的通信流程。通过本设计，大众汽车车载CAN 总线车身控制系统可以满足现代车身控制的需要。 关键词：车载网络；大众汽车车载CAN总线；车身控制系统
Volkswagen car CAN bus system design Abstract: with the continuous development of automobile electronic technology, more and more electronic equipment used in automobile, electronic control equipment is more and more complex, the relation between the traditional auto electrical system is mostly single point to point communication, connect with each other very few, so lead to the connection between the huge wiring system has far cannot satisfy the requirement of increasingly complex auto control system. Automobile LAN CAN bus, which are widely used in automotive electronic control system, in order to realize intelligent and networked control part provides effective ways and methods. This topic with CAN bus body control system as the research object, mainly to do the summary of a few aspects: introduce the current status and development trend of international automotive electronics technology, more mainstream in today's automotive network technology, a comprehensive analysis of the current popular features and performance of a variety of field bus, the further study of the CAN bus car body control system. Describes the hardware design and development of the system. According to the actual needs of the system, the design of each module of the system is determined. Detailed introduces the system function of each control node, describes the main control chip peripheral circuit, light control circuit, CAN communication module circuit, wiper control circuit, control circuit, window lock motor control circuit, the switch quantity detection circuit, electric rearview mirror control circuit hardware circuit for each module of the structure. Describes the software design and development process of the system. This article introduces the communication process for the CAN communication module. Key words: car network; vw vehicle CAN bus; Body control system;
1 引言 can（controller area network）即控制器局域网络，最初是由德国bosch公司为解决汽车监控系统中的自动化系统集成而设计的数字信号通信协议，属于总线式串行通信网络。由于can总线自身的特点，其应用领域由汽车行业扩展到过程控制、机械制造、机器人和楼宇自动化等领域，被公认为最有发展前景的现场总线之一。 can总线系统网络拓扑结构采用总线式结构，其结构简单、成本低，并且采用无源抽头连接，系统可靠性高。本设计在保证系统可靠工作和降低成本的条件下，具有通用性、实时性和可扩展性等持点。 2 系统总体方案设计 整个can网络由上位机（上位机也是网络节点）和各网络节点组成（见图1）。上位机采用工控机或通用计算机，它不仅可以使用普通pc机的丰富软件，而且采用了许多保护措施，保证了安全可靠的运行，工控机特别适合于工业控制环境恶劣条件下的使用。上位机通过can总线适配卡与各网络节点进行信息交换，负责对整个系统进行监控和给下位机发送各种操作控制命令和设定参数。 网络节点由传感器接口、下位机、can控制器和can收发器组成，通过can收发器与总线相连，接收上位机的设置和命令。传感器接口把采集到的现场信号经过网络节点处理后，由can收发器经由can总线与上位机进行数据交换，上位机对传感器检测到的现场信号做进一步分析、处理或存储，完成系统的在线检测，计算机分析与控制。本设计can总线传输介质采用双绞线。 图 1 can总线网络系统结构 3 can总线智能网络节点硬件设计 本文给出以arm7tdmi内核philips公司的lpc2119芯片作为核心构成的智能节点电路设计。该智能节点的电路原理图如图2所示。该智能节点的设计在保证系统可靠工作和降低成本的条件下，具有通用性、实时性和可扩展性等特点，下面分别对电路的各部分做进一步
课程设计 题目 CAN通信 二级学院电子信息与自动化 专业自动化 班级 107070103 学生姓名学号 指导教师熊文 考核项目 设计50分平时 成绩 20分 答辩30分 设计质量 20分 创新设计 15分 报告质量 15分 熟练程度 20分 个人素质 10分 得分 总分考核等级教师签名
摘要： CAN总线是控制器局域网总线(contr01ler AreaNetwork)的简称。属于现场总线的范畴，是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络。由于其高性能、高可靠性及独立的设计而被广泛应用于工业现场控制系统中。SJAl000是一个独立的CAN控制器，PCA82C200的硬件和软件都兼容，具有一系列先进的性能，特别在系统优化、诊断和维护方面，因此，SJAl000将会替代PCA82C200。SJAl000支持直接连接到两个著名的微型控制器系列80C51和68xx。下面以单片机AT89C52和SJAl000为例，介绍CAN总线模块的硬件设计和CAN通信软件的基本设计方法。 关键词：AT89S52 CAN通信 SJA1000
目录： (一) 背景： (二) CAN介绍 (三) SJA1000内部结构和功能简介 (四) 硬件电路图 (五) 初始化程序 (六) 测试 (七) 总结
一背景： CAN(Controller Area Network)数据总线是一种极适于汽车环境的汽车局域网。CAN总线是德国Bosch公司为解决汽车监控系统中的 复杂技术难题而设计的数字信号通信协议，它属于总线式串行通信网 络。由于采用了许多新技术和独特的设计思想，与同类车载网络相比，CAN总线在数据传输方面具有可靠、实时和灵活的优点。 1991年9月Philips半导体公司制定并发布了CAN技术规范(版本 2.0),该技术规范包括A部分和B两部分，其中2.0A给出了CAN报文的标 准格式；2.0B给出了标准和扩展两种格式。此后，1993年11月ISO正 式颁布了道路交通运输工具一数据信息交换一高速通信控制器局域 网(CAN)的国际标准IS011898，为控制器局域网的标准化和规范化铺 平了道路。 二CAN介绍 CAN通信的特点： (1) CAN是到目前为止唯一具有国际标准且成本较低的现场总线； (2) CAN废除了传统总线的站地址编码，对通信数据块进行编码，为 多主方式工作，不分主从，通信方式灵活，通过报文标识符通信，可 使不同的节点同时接收到相同的数据，无需站地址等节点信息。 (3) CAN采用非破坏性总线仲裁技术，当多个节点同时向总线发送信 息时，优先级较低的节点会主动地退出发送，而最高优先级的节点可 不受影响地继续传输数据，从而大大节省了总线冲突仲裁时间。尤其 是在网络负载很重的情况下也不会出现网络瘫痪情况(以太网则有可
汽车ECU电路分析 ECU电路解析 正如在本章开始时我们讲到的，不同厂商的汽车电脑在功能上不是完全相同的，但结构组成和要紧功能是差不多一样的，因此我们以有代表性的BOSCH MOTRONIC系统为例进行ECU的电路分析。 1、BOSCH MOTRONIC系统结构图 BOSCH MOTRONIC系统在电子燃油喷射系统中极具代表性，国内生产的大部分车型采纳的差不多上BOSCH电子喷射系统。图5.11为MOTRONIC系统框图，在此图中介绍了曲型电子燃油喷射系统的组成，各部分的联系情况，关于更好的了解电脑的工作过程，以至于分析故障与维修差不多上大有关心的。 图11 Motronic系统框图 1－燃油箱；2－燃油泵；3－燃油滤清器；4－燃油压力调节器；5－燃油脉动衰减器；6－电子操纵单元；7－分电器；8－喷油嘴；9－冷起动喷油嘴；10－节气门；11－节气门开关门；12－空气流量计；13－氧传感器；14－热敏开关；15－水温传感器；16－辅助空气阀；17－曲轴位置传感器；18－主继电器；19－燃油泵继电器
在图11中，电子操纵单元作为电控发动机的核心部分，由一8位/16位单片微机、集成电路和相关电子元件组成，英文表示为Electric control unit简称ECU。其作用是接收各种传感器送来的信息，以它们进行运算、处理、推断后再发出指令信号，经输出电路进行功率放大后驱动想应的执行单元，从而实现对发动机的各种工况的操纵。那个地点提级的ECU是各种操纵单元的统称，ECM/PCM则是发机操纵模组或动力操纵模组的缩写，是包含于ECU范围之内的。 2、BOSCH MOTRONIC1.3电路分析 汽车电子操纵单元（ECU），不论是BOSCH的MOTRONIC，福特的EEC IV、V，通用的P4、P6等，其最终的目的只有一个，让发动机工作的更出色，表现为动力更强劲，噪声小，污染低。这是针对发动机系统而言，其他系统也是一样，每个系统都有自己的目标，这就看起来是电视机一样，世界各国生产的电视机，不管是哪个厂家的，差不多上要以接收电视节目为目的。基于如此一种认识，我们能够把ECU抽样化的分成几个部分，见图12所示。
CAN-USB适配器设计 ***** 指导老师：*** 学院名称：***** 专业班级：**** 设计提交日期：**年**月 摘要 随着现场总线技术和计算机外设接口技术的发展，现场总线与计算机快速有效的连接又有了更多的方案。USB作为一种新型的接口技术，以其简单易用、速度快等特点而备受青睐。本文介绍了一种基于新型USB接口芯片CH372的CAN总线网络适配器系统的设计,提出了一种使用USB接口实现CAN总线网络与计算机连接
的方案。利用芯片CH372可在不了解任何USB协议或固件程序甚至驱动程序的情况下,轻松地将并口或串口产品升级到USB接口。该系统在工业现场较之以往的系统,可以更加灵活,高速,高效地完成大量数据交换,并可应用于多种控制系统之中，具有很大的应用价值。 关键词:USB;CH372;CAN;SJA100；适配器 目录 1.设计思想 (3) 2.CAN总线与USB的转换概述 (4) 3. 适配器硬件接口设计 (5) 3.1 USB接口电路 (5)
3.2 CAN总线接口电路 (7) 4．USB通用设备接口芯片CH372 (8) 4.1 概述 (8) 4.2 引脚功能说明 (9) 4.3 内部结构 (9) 4.4 命令 (10) 5．软件设计 (10) 5.1 概述 (10) 5.2主监控程序设计 (12) 5.3 CAN和USB接口芯片的初始化 (13) 5.4 CAN报文的发送 (15) 5.5 CAN报文的接收 (17) 5.6．自检过程 (19) 5.7 USB下传子程序设计 (20) 5.8 USB上传子程序设计 (22) 5.9．USB—CAN转换器计算机端软件设计 (23) 6. 抗干扰措施 (25) 7. 估算成本 (26) 8. 应用实例介绍 (27) 9 总结及设计心得 (28) 10 参考文献 (28) 1 设计思想 现场总线网络技术的实现需要与计算机相结合。目前，在微机上扩展CAN总线接口设备一般采用PCI总线或者RS-232总线。PCI虽然仍是高速外设与计算机接口的主要渠道，但其主要缺点是占用有限的系统资源、扩展槽地址；中断资源有限；并且插拔不方便；价格较贵；而且设计复杂、需有高质量的驱动程序保证系统的稳定；且无法用于便携式计算机的扩
CAN总线系统设计中的几个问题 北京航空航天大学管理学院(100083) 邬宽明 摘 要:论述了CAN总线系统设计中系统时钟和位时间的选定、CAN中断服务程序编制以及较长报文拼接等问题。 关键词:CAN总线设计 系统时钟 位时间 中断服务 报文拼接 CAN总线是德国Bo sch公司在80年代初为解决现代汽车中众多的控制与测试仪器之间的数据交换而开发的一种串行数据通信总线,它是一种多主总线系统,通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光导纤维。通信速率可达1M bp s。CAN总线通信控制器中集成了CAN协议的物理层和数据链路层功能,可完成对通信数据的成帧处理,包括零位的插入 删除、数据块编码、循环冗余检验、优先级判别等项工作。CAN协议的一个最大特点是废除了传统的站地址编码,而代之以对通信数据块进行编码。采用这种方法的优点是可使网络内的节点个数在理论上不受限制,数据块的标识码可由11位(按CAN技术规范210A)或29位(按CAN 技术规范210B)二进制数组成,因此可以定义211或229个不同的数据块。这种按数据块编码的方式,还可使不同的节点同时接收到相同的数据,这一点在分布式控制系统中非常有用。数据段长度最多为8个字节,可满足通常工业领域中控制命令、工作状态及测试数据的一般要求。同时,8个字节不会占用总线时间过长,从而保证了通信的实时性。CAN协议采用CRC检验并可提供相应的错误处理功能,保证了数据通信的可靠性。CAN的这些卓越特性,极高的可靠性和独特的设计,特别适合工业过程监控设备的互连,因此,越来越受到工业界重视,并已被公认为最有前途的现场总线之一。1993年11月ISO正式颁布了道路交通运载工具—数字信息交换—高速通信控制器局部网(CAN)国际标准(ISO11898)。为控制器局部网标准化、规范化推广铺平了道路。可以预料,控制器局部网在我国迅速发展和普及是指日可待的。 本文分别论述CAN总线系统设计中经常遇到的系统时钟和位时间如何选定、CAN中断服务程序如何安排以及较长报文如何拼接等几个问题。 1 系统时钟和位时间的选定 在CAN控制器中提供两个总线定时寄存器,其中总线定时寄存器0(BR T0)可决定波特率予分频(BR P)和同步跳转宽度(SJW)的数值,其低六位(D5～D0)用来确定系统时钟,而其高二位(D7,D6)用来确定同步跳转宽度(SJW)。总线定时寄存器1(BR T1)可决定位周期宽度、采样点位置和在每个采样点进行采样的次数,其D3～D0用于T SEG1,而D6～D4用于T SEG2并按下式计算: t TSEG1=t SCL(8T SEG1.3+4T SEG1.2+2T SEG1.1 +T SEG1.0+1) t TSEG2=t SCL(4T SEG2.2+2T SEG2.1+T SEG2.0+1) 图1 每位时间和采样点位置T SEG1和T SEG2可 确定每位的时钟周期数目 和采样点位置,如图1所 示 若P8XC592复位请求 位被置为高,这两个寄存器 均可被访问(读 写)。系统时 钟t SCL可使用下列等式计算: t SCL=2t CL K(32BR P.5+16BR P.4+8BR P.3+4BR P.2 +2BR P.1+BR P.0+1) 其中:t CL K为P8XC592振荡器的时钟周期 实例:设晶体振荡器频率为16M H Z,BTR0=00H, BTR1=14H,计算系统时钟和位时间 由给定BTR0和BR T1值可知: BR P.5,BR P.4,BR P.3,BR P.2,BR P.1和BR P10均为0,另外,除T SEG112和T SEG210为1外,其余系数均为01因此有, t SCL=2t CL K(32×0+16×0+8×0+4×0+2×0 +0+1)=2t CL K t TSEG1=t SCL(8×0+4×0+2×0+1)=5t SCL t TSEG2=t SCL(4×0+2×0+1×0+1)=2t SCL t b=(1+5+2)t SCL=2×8×t CL K=1M bp s 此时同步跳转宽度(SJW)为 t SJW=t SCL(2SJW.1+SJW.01+1)=t SCL即1 8(Λs)实例2:设晶体振荡器频率为16M H z,BTR0= 7FH,BTR1=7FH,计算系统时钟和位时间 由给定BR T0和BR T1值可知: BR P15,BR P14,BR P13,BR P12,BR P11,和BR P10,均为1,另外,T SEG11X和T SEG21X亦均为 81四通电脑应用美国德州工控机6257723062577231 《电子技术应用》1998年第9期
汽车ECU电路分析ECＵ电路解析 正如在本章开始时我们讲到的,不同厂商的汽车电脑在功能上不是完全相同的，但结构组成和主要功能是基本一样的,因此我们以有代表性的BＯＳCＨＭOTＲＯNIC系统为例进行ＥＣU的电路分析。 1、BOSCH MOTＲONIC系统结构图 BOSCH MOＴROＮIC系统在电子燃油喷射系统中极具代表性，国内生产的大部分车型采用的都是BOSCH电子喷射系统。图5.１1为MＯTRＯNIＣ系统框图，在此图中介绍了曲型电子燃油喷射系统的组成，各部分的联系情况，对于更好的了解电脑的工作过程,以至于分析故障与维修都是大有帮助的。 图１1Motronic系统框图 1－燃油箱;2－燃油泵；3－燃油滤清器；4－燃油压力调节器;5-燃油脉动衰减器；6-电子控制单元；７－分电器；8-喷油嘴;9－冷起动喷油嘴;10－节气门;1１-节气门开关门；１2-空气流量计；13－氧传感器;14－热敏开关;15-水温传感器；16-辅助空气阀；17-曲轴位置传感器；18-主继电器;19－燃油泵继电器在图11中，电子控制单元作为电控发动机的核心部分,由一8位/16位单片微机、集成电路和相关电子元件组成,英文表示为Elecｔric conｔｒol ｕｎｉt 简称EＣU。其作用是接收各种传感器送来的信息,以它们进行运算、处理、判断后再发出指令信号，经输出电路进行功率放大后驱动想应的执行单元，从而实现对发动机的各种工况的控制。这里提级的ＥCＵ是各种控制单元的统称,ＥＣＭ/PCＭ则是发机控制模组或动力控制模组的缩写，是包含于ＥCU范围之内的。 2、BOSＣH MOTRONＩC1.3电路分析 汽车电子控制单元（ＥCU),不论是BＯSCH的MOTＲONＩC，福特的EＥC IV、V,通用的P４、P6等,其最终的目的只有一个,让发动机工作的更出色，表现为动力更强劲，噪声小,污染低。这是针对发动机系统而言,其他系统也是一样,每个系统都有自己的目标,这就好像是电视机一样，世界各国生产的电视机,无论是哪个厂家的，都是要以接收电视节目为目的。基于这样一种认识,我们可以把
https://www.doczj.com/doc/5812634259.html, CAN总线系统智能节点设计 作者：邹继军饶运涛 信息工程系 华东地质学院 摘要：CAN总线上的节点是网络上的信息接收和发送站；智能节点能通过编程设置工作方式、ID地址、波特率等参数。它主要由单片机和可编程的CAN通信控制器组成。本文介绍这类节点的硬件设计和软件设计；其中软件设计包括SJA1000的初始化、发送和接收等应用中的最基本的模块子程序。 关键词：总线节点CAN 控制器 引言： CAN (Controller Area Network)总线，又称控制器局域网，是Bosch公司在现代汽车技术中领先推出的一种多主机局部网，由于其卓越的性能、极高的可靠性、独特灵活的设计和低廉的价格，现已广泛应用于工业现场控制、智能大厦、小区安防、交通工具、医疗仪器、环境监控等众多领域。CAN已被公认为几种最有前途的现场总线之一。CAN总线规范已被ISO国际标准组织制订为国际标准，CAN 协议也是建立在国际标准组织的开放系统互连参考模型基础上的，主要工作在数据链路层和物理层。用户可在其基础上开发适合系统实际需要的应用层通信协议，但由于CAN总线极高的可靠性，从而使应用层通信协议得以大大简化。 CAN总线与其他几种现场总线比较而言，是最容易实现、价格最为低廉的一种，但其性能并不比其他现场总线差。这也是目前CAN总线在众多领域被广泛采用的原因。节点是网络上信息的接收和发送站，所谓智能节点是由微处理器和可编程的CAN控制芯片组成，它们有两者合二为一的，如芯片P8XC592，也有如本文介绍的，独立的通信控制芯片与单片机接口，后者的优点是比较灵活。当然，也
２０１０年（第３２卷）第１期 汽车工程 ＡｕｔｏｍｏｔｉｖｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ２０１０（Ｖ０１．３２）Ｎｏ。１ 汽车ＣＡＮ总线数字组合仪表设计木 ２０１００１９ 曹晓琳１，王登峰１，车晓镭１，倪莹祥１，阮邵范２，宋连彬２ （１．吉林大学，汽车动态模拟国家重点实验室，长春１３００２２；２．四平慧宇仪表电气有限公司，四平１３６００１） ［摘要】设计了ＣＡＮ总线、步进电机驱动、液晶显示驱动和挡位与警示灯控制等仪表核心电路模块，完成了整个组合仪表硬件的研发，并编制了仪表的控制软件。检测结果表明，仪表指针指示正确、稳定，里程、报警和挡位显示准确。 关键词：汽车；ＣＡＮ总线；数字仪表；设计 ＤｅｓｉｇｎｏｆＣＡＮＢｕｓ—ｂａｓｅｄＡｕｔｏｍｏｔｉｖｅＤｉｇｉｔａｌＣｌｕｓｔｅｒＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔ ＣａｏＸｉａｏｌｉｎｌ，ＷａｎｇＤｅｎｇｆｅｎ９１，ＣｈｅＸｉａｏｌｅｉｌ，ＮｉＹｉｎｇｘｉａｎ９１，ＲｕａｎＳｈａｏｆａｎ２＆ＳｏｎｇＬｉａｎｂｉｎ２１．埘讯Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｔａｔｅ研ＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＡｕｔｏｍｏｔｉｖｅＤｙｎａｍｉｃＳｉｍｕｌａｔｉｏｎ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ１３００２２； ２．脚ｆ昭ＨｕｉｙｕＥｌｅｃｔｒｉｃＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｓ／ｐ／ｎｇ１３６００１ ［Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ｔｈｅｃｏｒｅｃｉｒｃｕｉｔｍｏｄｕｌｅｓｏｆｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｒｅｄｅｓｉｇｎｅｄ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｍｏｄｕｌｅｓｆｏｒＣＡＮｂｕｓ，ｓｔｅｐｐｅｒｍｏｔｏｒｄｒｉｖｅ，ｌｉｑｕｉｄ－ｃｒｙｓｔａｌｄｉｓｐｌａｙｄｒｉｖｅａｎｄｇｅａｒｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｄｉｃａｔｏｒ／ａｌａｒｍＬＥＤｓｃｏｎｔｒｏｌ，ＳＯｔｈｅｈａｒｄｗａｒｅａｎｄｓｏｆｔ?ｗａｒｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｔｈｅｗｈｏｌｅｃｌｕｓｔｅｒｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｒｅｃｏｍｐｌｅｔｅｄ．Ｔｈｅｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｐｏｉｎｔｅｒｓｏｆｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｉｎｄｉｃａｔｅｃｏｒｒｅｃｔｌｙａｎｄｓｔａｂｌｙ，ａｎｄｔｈｅｍｉｌｅａｇｅ，ｇｅａｒｐｏｓｉｔｉｏｎａｎｄａｌａｒｍＬＥＤｓｄｉｓｐｌａｙａｃｃｕｒａｔｅｌｙ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｖｅｈｉｃｌｅ；ＣＡＮｂｕｓ；ｄｉｇｉｔａｌｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ；ｄｅｓｉｇｎ 日ＩＪ舀 汽车仪表是汽车工作状态的信息显示中心，是驾驶员与汽车进行信息交流的平台，是保证汽车安全行驶的关键零部件之一…。近年来随着微电子技术、控制技术、网络通信技术的发展，ＣＡＮ总线协议在车载电控系统中得到了广泛应用，因此汽车仪表可通过ＣＡＮ总线直接在总线网络上读取所需的输人信号，无须专门布置传感器，从而可使汽车仪表系统得到大大简化，同时也显著降低了仪表的成本。因此，将ＣＡＮ总线通信应用于汽车仪表已成为发展的必然趋势¨。－。 作者将ＣＡＮ总线技术应用于汽车数字式组合仪表的开发，使仪表所需的发动机转速、车速、水温、挡位、警示信息等主要显示信号均通过其它车载电控系统的ＣＡＮ协议接口直接读取，避免现有汽车数字式仪表每个信号均采用传感器到仪表点对点的信号获取与传输方式带来汽车线束多、质量大、故障率高的不足，减少了传感器和汽车线束的数量，降低了仪表成本，提高了系统工作可靠性。设计研制出了ＣＡＮ总线数字仪表样品，并进行相应的试验验证。 １硬件设计 根据ＣＡＮ２．０协议，采用４路ＣＡＮ总线信号，可从ＣＡＮ总线上接收到来自整车其它电控单元（ＥＣＵ）的ＣＡＮ信号，将标识符为２４０Ｈ的数据帧定义为发动机故障、制动器ＡＢＳ故障、电瓶电量低和安全带未系等４个报警灯；标识符为２８０Ｈ的数据帧定义为转速表和水温表；标识符为２ＣＯＨ的数据帧定义为车速表和里程表；标识符为３００Ｈ的数据帧定义为挡位信号。 硬件电路以飞思卡尔公司的ＭＣ９Ｓ１２ＨＺ２５６为 牵吉林省汽车产业发展专项基金（２００６００３）和长春市科技支撑计划项目（０８ＫＺｌ４）资助。
基于STM32F407的双CAN总线设计与实现 【摘要】本文是基于意法半导体（ST）新推出的一款高性能CortexTM-M4内核的ARM 芯片STM32F407ZGT6，进行的双CAN总线设计。在开发过程中采用了ST提供的可视化图形界面开发工具STM32Cube进行底层驱动的配置，简化了设计工作。但由于该工具链接的固件库函数存在传递参数错误，使得CAN总线无法接收数据，本文对该库函数进行了更正。 【关键词】STM32F407；CAN；STM32Cube Design and Realization of Double CAN Buses on STM32F407 LIU Peng （Chinese Electron Scientific and Technological Company 20th Institute，Xi’an Shaanxi 710068，China） 【Abstract】Based on a high-performance ARM with CortexTM-M4 core which launched by STMicroelectronics （ST）--STM32F407ZGT6，the double CAN bus is designed in this paper. A visual graphical interface-STM32cube which is provided by ST，is used to configure the underlying driver in this development process. It simplifies the design work. However，
摘要 本设计致力于汽车CAN总线仪表系统的研究，深入讨论了系统的设计思想与实现方法，实现了在LabVIEW开发平台上建立基于CAN总线的虚拟仪表系统。 整个设计分为硬件系统和软件系统两部分。其中硬件系统是以飞思卡尔公司的MC9S12XS128作为微处理器的核心。软件系统是利用C语言编写程序实现两个CAN 节点之间的通讯以及利用LABVIEW编程实现单片机与虚拟仪表之间的通讯。 系统首先构建了一个由两个CAN节点组成的最简单的CAN网络。对两个节点进行软件设计后，来实现相互之间的通讯和数据收发，同时在汽车的CAN应用层协议基础上，上位机节点对接收的CAN报文进行处理，得到虚拟仪表各控件所对应的数据。其中，基于LabVIEW的虚拟仪表系统开发和单片机的C语言编程是本设计的重点和难点。 关键词：CAN总线；汽车仪表；LabVIEW；C语言；单片机
ABSTRACT This paper researches automotive instrument based on CAN bus,deeply discusses the idea and the method of system design and brings forward the approach of design the automotive emulational virtual instrument system on the platform of LabVIEW software. The whole design of hardware system and software system is divided into two parts. One of the hardware system is the MC9S12XS128as freescale's company core microprocessor.A software system is using written in C language program realization of the communication between two CAN node using G language preparation and MCU and virtual instrument LABVIEW realization of the communication between. To construct a system first composed by two CAN node of the most simple CAN network.Two nodes software design,to realize mutual communication and data transceiver, meanwhile in automobile CAN application-layer protocol basis,PC node to receive message processing,CAN get virtual instrument corresponding each control the data. Among them,the LabVIEW virtual instrument based on SCM system development and the C programming language is the design of the key and difficult. Key words:CAN Bus；Automotive Instrument；LabVIEW；C Language；SCM
EDN-CAN总线助学【之八】-CAN总线硬件设计 这一讲我们详细介绍一下CAN总线通讯模块的硬件设计：CAN总线学习板上C AN通讯模块的设计。包括三个部分：（1）与CPU的接口；（2）CAN控制器SJA1000与驱动器82C250接口及其他外围电路；（3）82C250外围电路。 电路如下： 1 SJA1000与CPU接口 我们在学习单片机原理的时候，我相信大家都学习过RAM，ROM，I/O口扩展。大家可以把SJA1000看作一个外部的RAM，扩展电路十分简单。SJA1000支持两种模式单片机的连接，我们选用的是8051系列的单片机，所以选择的是I ntel模式。 （1）SJA1000的数据线和地址线是共用的，STC89C52的数据线和地址线也是共用的，这就更加方便了，直接连接就OK了。 （2）既然数据线和地址线共用，必须区分某一时刻，AD线上传输的是地址还是数据，所以就需要连接地址锁存信号 ALE。 （3）随便使用一个单片机管脚作为SJA1000的片选信号，我们学习板使用的是P20。当然你也可以直接接地。
（4）读写信号直接和单片机连接就行了，就不必多说了！ （5）我们采用单片机的IO口线控制SJA1000的RST管脚，是为了软件可以实现硬复位SJA1000芯片。 （6）SJA1000的中断管脚连接单片机的INT1外部中断。当收到一包数据后，通知CPU。 2 SJA1000与82C250的接口及其他外围电路 （1）SJA1000有两路发送和接收管脚，CAN总线学习板使用了第0路。与82 C250的连接比较简单，直接连接就可以了。但应该数据发送和接收管脚不要接反了。而且我们增加了通讯状态指示灯，便于调试。 （2）时钟电路：SJA1000的最高时钟可达24M，我们学习板使用的是16M的晶振。另外增加了一个启动电阻R9（10M欧姆）。 （3） 3 82C250外围电路 （1）CANH和CANL管脚增加阻容电路，滤除总线上的干扰，提高系统稳定性。（2）RS管脚为斜率电阻输入。通过这个管脚来选择82C250的工作模式：高速模式（应用与对数据传输速率高的情况，通讯数据线最好是屏蔽的）；斜率模式（速度较低，通讯线可以是普通的双绞线）。准备模式（应用于对功耗要求比较高的场合）。我们的学习板采用的是斜率模式，方便大家学习。 （3）J3是外部总线的连接口。 （4）J4是终端电阻的选择端。 到现在为止，CAN总线学习的硬件部分就介绍完了，请等待下面的软件试验部分！
文件编号: TKC/JS（S）-EV17 文件版本号: 0/A版 安徽天康特种车辆装备有限公司 整车CAN通信设计规范 编制: 审核: 批准: 发布日期：2014年12月22日实施日期：2014年12月22日安徽天康特种车辆装备有限公司
目录
前言 为使本公司整车CAN总线通信设计规范化，参考国际标准化组织协议以及国内外汽车总线总体设计的技术要求，结合本公司物流车开发车型的实际应用环境，编制本整车CAN总线通讯设计规范。本规范满足公司快速发展的需要，并将在实践中进一步提高完善。 本规范由安徽天康特种车辆装备有限公司技术部提出。 本规范由安徽天康特种车辆装备有限公司技术部批准。 本规范主要起草人：李劲松、查德国、和进军 本规范于2015年01月首次发布。
整车CAN通信设计规范 一、说明 范围 本规范规定了安徽天康特种车辆装备有限公司（以下简称“天康”）生产的纯电动汽车CAN通信设计规范。 本规范适用于安徽天康特种车辆装备有限公司设计开发的纯电动汽车的CAN总线通信设计。 如果本标准与其它标准或规范不一致，则按照如下方式处理： 与SAE J1939不一致，遵照本标准执行； 与ECU技术规范不一致，遵照ECU技术规范执行 规范性引用文件 下列文件中的条款通过本规范的引用成为本规范的条款。凡是注日期的引用文件，其随后的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本规范。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本规范。 表 1 参考文档 术语和缩写 表 2 缩写
二、物理层 本节详细规定了物理层的需求 相关标准 所有ECU应遵从标准、或者中的相关规定. 物理介质 CAN传输线束应该满足表3描述的参数和如下的条件： CAN线束采用非屏蔽双绞线； CAN_H和CAN_L应该被保护屏蔽包裹，如果天康允许，可以使用不带保护层的CAN 线束； 绞线率：13～58twist/m。 表 3 物理介质参数
汽车CAN总线介绍及案例分析 随着汽车行业内竞争白热化时期的到来以及现代汽车工业技术水平的发展和革新，汽车制造厂商对于车载电脑控制网络提出了安全性、舒适性、方便性、低公害、低成本的高要求，各种各样的电子控制系统被开发。由于这些系统之间通信所用的数据类型及对可靠性的要求不尽相同，由多条总线构成的情况很多，线束的数量也随之增加。为适应“减少线束的数量”、“通过多个LAN，进行大量数据的高速通信”的需要，1986 年德国电气商博世公司开发出面向汽车产业的CAN 通信协议。 CAN是控制器局域网络（Controller Area Network，CAN）的简称，是由研发和生产汽车电子产品著称的德国BOSCH公司开发了的，并最终成为国际标准（ISO11898）。是国际上应用最广泛的现场总线之一。在北美和西欧，CAN总线协议已经成为汽车计算机控制系统和嵌入式工业控制局域网的标准总线，并且拥有以CAN为底层协议专为大型货车和重工机械车辆设计的J1939协议。近年来，其所具有的高可靠性和良好的错误自检测能力受到重视，被广泛应用于汽车计算机控制系统和电磁辐射强、振动强度大的工业环境中。 CAN属于现场总线的范畴，它是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络。基于CAN总线设计的分布式控制系统在以下方面具有明显的优越性： 网络各节点之间的数据通信实时性强 首先，CAN控制器工作于多种方式，网络中的各节点都可根据总线访问优先权采用无损结构的逐位仲裁的方式竞争向总线发送数据，且CAN协议废除了站地址编码，而代之以对通信数据进行编码，这可使不同的节点同时接收到相同的数据，这些特点使得CAN总线构成的网络各节点之间的数据通信实时性强，并且容易构成冗余结构，提高系统的可靠性和系统的灵活性。 缩短了开发周期 CAN总线通过CAN收发器接口芯片82C250的两个输出端CAN-H和CAN-L与物理总线相连，而CAN-H端的状态只能是高电平或悬浮状态，CAN-L 端只能是低电平或悬浮状态。这就保证当系统有错误，出现多节点同时向总线发送数据时，导致总线呈现短路，从而损坏某些节点的现象。而且CAN节点在错误严重的情况下具有自动关闭输出功能，以使总线上其他节点的操作不受影响，从而保证不会出现象在网络中，因个别节点出现问题，使得总线处于“死锁”状态。而且，CAN具有的完善的通信协议可由CAN控制器芯片及其接口芯片来实现，从而大大降低系统开发难度，缩短了开发周期。 已形成国际标准的现场总线