車載智能終端的CAN協(xié)議設計及軟件實現(xiàn)解析

1、30公路與汽運H ighw ay s &Automotive A p p l icati ons第5期2010年9月車載智能終端的CAN協(xié)議設計及軟件實現(xiàn)馮桑1,2,康迂福1,康林權1(1.廣東工業(yè)大學機電工程學院,廣東廣州510006; 2.惠州市德賽集團有限公司 廣東惠州516003摘要:設計了一種基于CA N總線的車載智能終端，用于實現(xiàn)行車信息的智能顯 示和報警;根據(jù)SAE J1939標準自定義了 CA N的應用層協(xié)議,采用29位標識符的 擴展幀格式定義了標識符ID和數(shù)據(jù)域編碼；并利用V isual C+6. 0進行軟件編程, 完成了上位機與下位機之間的 RS -232串行口通信。關鍵詞

2、:汽車;車載智能終端；CA N總線;應用層協(xié)議；人機交互中圖分類號:U 463. 99文獻標志碼:A文章編號：1671-2668(2010 05-0030-03傳統(tǒng)的汽車儀表功能過于簡單，線路連接復雜，成本過高，已不能滿足現(xiàn)代汽車 的需要。CAN (控制器局域網(wǎng) 總線技術的出現(xiàn)，成功解決了上述問題，汽車儀表正在 向車載智能終端發(fā)展。但由于CAN技術規(guī)范只定義了物理層和數(shù)據(jù)鏈路層,而沒有定義應用層,國內尚未形 成統(tǒng)一的應用層協(xié)議標準。該文擬在滿足功能要求的情況下 ，自定義CAN協(xié)議的 應用層,并應用在車載智能終端上。1系統(tǒng)總體方案設計在原有產(chǎn)品功能的基礎上，增加行車信息顯示及報警功能。每個 CA

3、N節(jié)點能 接收來自各種傳感器的信號,經(jīng)過A/D轉換將其傳到CAN總線上;CAN總線根據(jù) 其識別碼判別發(fā)送優(yōu)先級，按照優(yōu)先級從高到低將信號發(fā)送給 CAN通信節(jié)點；通信 節(jié)點接收到信號后將不同設備號對應的信息發(fā)送給車載PC機，使其顯示在界面的對應位置。系統(tǒng)總體方案設計如圖1i血-鈾汀卩霜b代扶比口乍r Wf即! 蠱 HontfUGkAGq*VII uKpn所示。圖1車載智能終端系統(tǒng)整體方案設計2 CA N通信協(xié)議應用層的制定CAN報文有兩種不同的幀格式，一種是具有11位標識符的標準幀，另一種是具有29位標識符的擴展幀。車載智能終端系統(tǒng)采用擴展幀格式，其結構見圖2vcsqcujjc onui町 f

4、|cclomicpub:Mcu|crucbnpjRpiuS Hn2cVII斗即畀Qi。圖2擴展幀的結構幀起始（SOF :標志數(shù)據(jù)幀和遠程幀的起始，由一個顯性位組成。仲裁場:標準幀的仲裁場由11位標識符和遠程發(fā)送請求位（RT R組成;擴展幀 的仲裁場由29位標識符和替代遠程請求位（SRR、標識符擴展位（IDE和RT R位組 成?？刂茍?標準幀的控制場由數(shù)據(jù)長度代碼、IDE位和保留位r 0組成;擴展幀的 控制場由數(shù)據(jù)長度代碼和保留位r 0、r 1組成,數(shù)據(jù)長度代碼指示數(shù)據(jù)域里的數(shù)據(jù) 長度,有效值為08。數(shù)據(jù)場:可包含08字節(jié)的數(shù)據(jù)。CRC校驗場:由 CRC序列和CRC界定符（1位總第 140期 H

5、 ighw ay s &Automotive A p p l ications 31 隱性位 組成。應答場:長度為2個位,包含應答間隙和應答界定符。幀結束:每一個數(shù)據(jù)幀和遠程幀均由一標志序列界定，此標志序列由7個隱性位 組成。2. 1 CAN工作原理簡析CAN報文類型分為數(shù)據(jù)幀、遠程幀、故障幀和過載幀，包含循環(huán)冗余檢查、幀 檢查、應答錯誤、總線檢測和位填充五種檢查錯誤的方法。當CAN總線上的一個節(jié)點（站發(fā)送數(shù)據(jù)時，它以報文形式廣播給網(wǎng)絡中所有節(jié) 點。對每個節(jié)點來說，無論數(shù)據(jù)是否是發(fā)給自己的，都對其進行接收。每組報文開頭 的11位字符為標識符（擴展幀格式為29位,定義了報文的優(yōu)先級,二進制的數(shù)值

6、越 小,優(yōu)先級越高。在同一系統(tǒng)中，標識符是唯一的，不可能有兩個站發(fā)送具有相同標識符的報文。 當幾個站同時競爭總線讀取時，這種配置十分重要。當一個站要向其他站發(fā)送數(shù)據(jù) 時,該站的CPU將要發(fā)送的數(shù)據(jù)和自己的標識符傳送給本站的CAN芯片,并處于準備狀態(tài)；當它收到總線分配時，轉為發(fā)送報文狀態(tài)。CAN芯片將數(shù)據(jù)根據(jù)協(xié)議組織成一定的報文格式發(fā)出，這時網(wǎng)上的其他站處于 接收狀態(tài)。每個處于接收狀態(tài)的站對接收到的報文進行檢測，判斷這些報文是否是發(fā)給自己的，確定是否接收處理。CAN總線是基于總線訪問、仲裁、錯誤標志、編 碼/解碼和超載標注基本規(guī)則進行通信協(xié)調的。2. 2自定義應用層協(xié)議下位機各智能數(shù)據(jù)采集節(jié)點采

7、集車況信息，通過CAN總線把信息傳輸給上位 機。要使信息順利、準確地進行傳輸，就必須嚴格遵守CA N通信協(xié)議和報文幀結 構,如CAN2. 0A、CAN2. 0B協(xié)議。系統(tǒng)的硬件部分 CAN控制器和CA N總線收 發(fā)器實現(xiàn)CAN總線的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議和物理層協(xié)議，但這只是一個底層規(guī)范，還需 定制簡單應用層協(xié)議。2. 2. 1標識域定義在CAN擴展幀格式里，標識符由ID28ID0組成（見表1 ,這些位的發(fā)送順序是 從ID28到ID0,最高7位ID28ID22不能全是隱性1。標識符的分配方案首先要滿 足節(jié)點及報文對優(yōu)先級的要求，同時盡可能地利用標識符加載有關信息，減少它們在 數(shù)據(jù)域內占用的空間。根據(jù)

8、CAN仲裁的特點和一般汽車結構特點對 CAN的29位 標識符進行設主控節(jié)點車速轉速水溫油溫電池電壓車內溫度車外溫度行駛時間A BS檢測安全氣囊檢測設備類型主控節(jié)點車燈節(jié)點編碼名稱設備類型編碼具體設備編碼標識符ID I D28ID24I D23ID20公路與汽運計,設計中作一定的保留，以備將來擴展。表1標識符ID的定義定義主控節(jié)點車燈節(jié)點標識符 ID ID19ID16ID15ID0定義車門節(jié)點預留未定義2. 2. 2數(shù)據(jù)域定義CAN報文數(shù)據(jù)域編碼是該系統(tǒng)應用層協(xié)議定義的主體，采用分級方式進行編碼。本協(xié)議中數(shù)據(jù)域編碼只有1個字節(jié)，而CAN2. 0協(xié)議數(shù)據(jù)域可達8個字節(jié)，所以 具有很大的擴充性（如表

9、2所示。表2數(shù)據(jù)域編碼分配位置 D7D5D4D1編碼名稱狀態(tài)編碼分配位置D0（1設備類型編碼對設備類型進行歸類劃分（如表3所示。表3設備類型編碼編碼001010設備類型車門節(jié)點編碼011（2具體設備編碼是對總線上每個具體設備進行編碼，從而制定相關的報文格式 （如表4所示o表4具體設備編碼設備名稱車燈節(jié)點左轉向燈右轉向燈近光燈遠光燈倒車燈制動燈前左霧燈前右霧燈后霧燈警示燈車門節(jié)點左前車門右前車門左后車門右后車門雨刷000100100011010001010110011110001001101 編碼(3狀態(tài)編碼用于說明車門和車燈開關狀態(tài)及儀表的控制流方向。當此位為1時，表示車門開、車燈亮、控制流方

10、向是輸入；為零時則相反。32公路與汽運H ighw ay s &Automotive A p p l icati ons第5期2010年9月3系統(tǒng)軟件設計3. 1軟件功能設計車載智能終端系統(tǒng)軟件功能設計的任務主要包括兩方面：(1行車信息采集及顯示。需要在主界面中增加一個行車信息顯示按鍵，采用觸摸屏對各項功能進行切換操作。進入行車信息頁面，其中包含車速、油溫、油量等儀表顯示,各車門的開關狀態(tài)顯示，ABS、安全氣囊等的開關顯示和各車燈的開關 情況。(2報警功能。在設置界面中增加報警設置，包括車速、水溫、油溫、電池電量 和油量等報警設置。系統(tǒng)主界面布局和設置界面見圖 3、圖4 DVDUSB 接口倒車

11、 雷達位圖（底層）1導航 (GPS)藍牙廳車 倍息（點擊不同的 丁按鍵進入相 rt1 應的界面）L收音機設置退出r 3.,:i5V21yC9|CLUJC 。打山引 CCfLOJJlC IddgHI#ipl隅川uR | |onLCCLACqVIJ M卽尼CP|u位機之間的RS-232串行口通信。MSComm控件提供功能完善的串口數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收功能，其處理方式有兩種（1事件驅動方式。由MSComm控件的On Com m事件捕獲并處理通信事件及 錯誤。（2查詢方式。通過檢查 Co mmEv ent屬性的值來判斷事件和錯誤。MSComm控件通信功能的實現(xiàn),實際上是調用API函數(shù),而API函數(shù)是由Co

12、m m. drv解釋并傳給設備驅動程序執(zhí)行的,只需知道M SCom m控件的屬性和事件的 用法即可實現(xiàn)串口的操作。3. 3實驗測試結果通過模擬CAN總線節(jié)點行為，向網(wǎng)絡發(fā)送CAN總線幀報文。CAN總線根據(jù) 報文的ID值判別其發(fā)送優(yōu)先級，按照優(yōu)先級從高到低的順序將報文發(fā)送給上位機 上位機接收來自CAN總線節(jié)點的信息，最后顯示在行車信息界面上（見圖5ycqcwic lonujs fjcciiouicyipjRpiuS h仃膽*LCSCLACq*VII曬胛C円詭圖5車載智能終端系統(tǒng)實驗測試結果圖3車載智能終端系統(tǒng)主界面布局（單位:心一DVDUSB 接口倒車 雷達位圖（底層）1 1導航 (GPS)藍牙

13、廳車 倍息（點擊不同的 丁按鍵進入相 rt1 應的界面）L收音機設置退出r 3.,；i5V21yc9|cujjcCC（louicIddgHIptlb: 母如吒-cijk ruibnpi隅円廿&托VIIM 即“Cliinocm4結語該文設計的車載智能終端系統(tǒng)采用29位標識符的擴展幀格式，定義了 CAN協(xié)議的應用層，包括2個字節(jié)的標識符ID和1個字節(jié)的數(shù)據(jù)域編碼，并預留了保留位， 以備將來擴展所需；利用V isual C+6. 0開發(fā)了上位機顯示軟件,實現(xiàn)了行車信息的 直觀顯示,并能對信息進行監(jiān)控，實現(xiàn)報警功能。實驗測試表明，報文的接收和發(fā)送 情況正常。參考文獻：圖4車載智能終端系統(tǒng)設置界面1吳誥珪.汽車電子控制技術和車內局域網(wǎng)M .北京：電子工業(yè)出版社,2006. 2康林權.基于CA N總線的車載信息顯示實驗平臺設 計D .廣州:廣東工業(yè)大學,2010.3余剛.基于CAN總線的車身網(wǎng)絡實驗平臺設計研究D.廣州:廣東工業(yè)大學,2010.4 Philips Semico n ducto rs. CAN specificati o