車載智能終端的CAN協(xié)議設(shè)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(shè)計及軟件實現(xiàn)馮桑1,2,康迂福1,康林權(quán)1(1.廣東工業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院,廣東廣州510006; 2.惠州市德賽集團(tuán)有限公司 廣東惠州516003摘要:設(shè)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(biāo)準(zhǔn)自定義了 CA N的應(yīng)用層協(xié)議,采用29位標(biāo)識符的 擴(kuò)展幀格式定義了標(biāo)識符ID和數(shù)據(jù)域編碼；并利用V isual C+6. 0進(jìn)行軟件編程, 完成了上位機(jī)與下位機(jī)之間的 RS -232串行口通信。關(guān)鍵詞

2、:汽車;車載智能終端；CA N總線;應(yīng)用層協(xié)議；人機(jī)交互中圖分類號:U 463. 99文獻(xiàn)標(biāo)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(fù)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(shù)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(shù)規(guī)范只定義了物理層和數(shù)據(jù)鏈路層,而沒有定義應(yīng)用層,國內(nèi)尚未形 成統(tǒng)一的應(yīng)用層協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。該文擬在滿足功能要求的情況下 ，自定義CAN協(xié)議的 應(yīng)用層,并應(yīng)用在車載智能終端上。1系統(tǒng)總體方案設(shè)計在原有產(chǎn)品功能的基礎(chǔ)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(zhuǎn)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(shè)備號對應(yīng)的信息發(fā)送給車載PC機(jī)，使其顯示在界面的對應(yīng)位置。系統(tǒng)總體方案設(shè)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(shè)計2 CA N通信協(xié)議應(yīng)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(biāo)識符的標(biāo)準(zhǔn)幀，另一種是具有29位標(biāo)識符的擴(kuò)展幀。車載智能終端系統(tǒng)采用擴(kuò)展幀格式，其結(jié)構(gòu)見圖2vcsqcujjc onui町 f

4、|cclomicpub:Mcu|crucbnpjRpiuS Hn2cVII斗即畀Qi。圖2擴(kuò)展幀的結(jié)構(gòu)幀起始（SOF :標(biāo)志數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀的起始，由一個顯性位組成。仲裁場:標(biāo)準(zhǔn)幀的仲裁場由11位標(biāo)識符和遠(yuǎn)程發(fā)送請求位（RT R組成;擴(kuò)展幀 的仲裁場由29位標(biāo)識符和替代遠(yuǎn)程請求位（SRR、標(biāo)識符擴(kuò)展位（IDE和RT R位組 成?？刂茍?標(biāo)準(zhǔn)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(kuò)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(yīng)答場:長度為2個位,包含應(yīng)答間隙和應(yīng)答界定符。幀結(jié)束:每一個數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀均由一標(biāo)志序列界定，此標(biāo)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(yuǎn)程幀、故障幀和過載幀，包含循環(huán)冗余檢查、幀 檢查、應(yīng)答錯誤、總線檢測和位填充五種檢查錯誤的方法。當(dāng)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(luò)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(jìn)行接收。每組報文開頭 的11位字符為標(biāo)識符（擴(kuò)展幀格式為29位,定義了報文的優(yōu)先級,二進(jìn)制的數(shù)值

6、越 小,優(yōu)先級越高。在同一系統(tǒng)中，標(biāo)識符是唯一的，不可能有兩個站發(fā)送具有相同標(biāo)識符的報文。 當(dāng)幾個站同時競爭總線讀取時，這種配置十分重要。當(dāng)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(biāo)識符傳送給本站的CAN芯片,并處于準(zhǔn)備狀態(tài)；當(dāng)它收到總線分配時，轉(zhuǎn)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(jìn)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(biāo)志、編 碼/解碼和超載標(biāo)注基本規(guī)則進(jìn)行通信協(xié)調(diào)的。2. 2自定義應(yīng)用層協(xié)議下位機(jī)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(jī)。要使信息順利、準(zhǔn)確地進(jìn)行傳輸，就必須嚴(yán)格遵守CA N通信協(xié)議和報文幀結(jié) 構(gòu),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(yīng)用層協(xié)議。2. 2. 1標(biāo)識域定義在CAN擴(kuò)展幀格式里，標(biāo)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(biāo)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(biāo)識符加載有關(guān)信息，減少它們在 數(shù)據(jù)域內(nèi)占用的空間。根據(jù)

8、CAN仲裁的特點和一般汽車結(jié)構(gòu)特點對 CAN的29位 標(biāo)識符進(jìn)行設(shè)主控節(jié)點車速轉(zhuǎn)速水溫油溫電池電壓車內(nèi)溫度車外溫度行駛時間A BS檢測安全氣囊檢測設(shè)備類型主控節(jié)點車燈節(jié)點編碼名稱設(shè)備類型編碼具體設(shè)備編碼標(biāo)識符ID I D28ID24I D23ID20公路與汽運計,設(shè)計中作一定的保留，以備將來擴(kuò)展。表1標(biāo)識符ID的定義定義主控節(jié)點車燈節(jié)點標(biāo)識符 ID ID19ID16ID15ID0定義車門節(jié)點預(yù)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(yīng)用層協(xié)議定義的主體，采用分級方式進(jìn)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(dá)8個字節(jié)，所以 具有很大的擴(kuò)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(shè)備類型編碼對設(shè)備類型進(jìn)行歸類劃分（如表3所示。表3設(shè)備類型編碼編碼001010設(shè)備類型車門節(jié)點編碼011（2具體設(shè)備編碼是對總線上每個具體設(shè)備進(jìn)行編碼，從而制定相關(guān)的報文格式 （如表4所示o表4具體設(shè)備編碼設(shè)備名稱車燈節(jié)點左轉(zhuǎn)向燈右轉(zhuǎn)向燈近光燈遠(yuǎn)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(guān)狀態(tài)及儀表的控制流方向。當(dāng)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(shè)計3. 1軟件功能設(shè)計車載智能終端系統(tǒng)軟件功能設(shè)計的任務(wù)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(jìn)行切換操作。進(jìn)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(guān)狀態(tài)顯示，ABS、安全氣囊等的開關(guān)顯示和各車燈的開關(guān) 情況。(2報警功能。在設(shè)置界面中增加報警設(shè)置，包括車速、水溫、油溫、電池電量 和油量等報警設(shè)置。系統(tǒng)主界面布局和設(shè)置界面見圖 3、圖4 DVDUSB 接口倒車

11、 雷達(dá)位圖（底層）1導(dǎo)航 (GPS)藍(lán)牙廳車 倍息（點擊不同的 丁按鍵進(jìn)入相 rt1 應(yīng)的界面）L收音機(jī)設(shè)置退出r 3.,:i5V21yC9|CLUJC 。打山引 CCfLOJJlC IddgHI#ipl隅川uR | |onLCCLACqVIJ M卽尼CP|u位機(jī)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(qū)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(diào)用API函數(shù),而API函數(shù)是由Co

12、m m. drv解釋并傳給設(shè)備驅(qū)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(jié)果通過模擬CAN總線節(jié)點行為，向網(wǎng)絡(luò)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?qū)笪陌l(fā)送給上位機(jī) 上位機(jī)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(jié)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(dá)位圖（底層）1 1導(dǎo)航 (GPS)藍(lán)牙

13、廳車 倍息（點擊不同的 丁按鍵進(jìn)入相 rt1 應(yīng)的界面）L收音機(jī)設(shè)置退出r 3.,；i5V21yc9|cujjcCC（louicIddgHIptlb: 母如吒-cijk ruibnpi隅円廿&托VIIM 即“Cliinocm4結(jié)語該文設(shè)計的車載智能終端系統(tǒng)采用29位標(biāo)識符的擴(kuò)展幀格式，定義了 CAN協(xié)議的應(yīng)用層，包括2個字節(jié)的標(biāo)識符ID和1個字節(jié)的數(shù)據(jù)域編碼，并預(yù)留了保留位， 以備將來擴(kuò)展所需；利用V isual C+6. 0開發(fā)了上位機(jī)顯示軟件,實現(xiàn)了行車信息的 直觀顯示,并能對信息進(jìn)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(xiàn)：圖4車載智能終端系統(tǒng)設(shè)置界面1吳誥珪.汽車電子控制技術(shù)和車內(nèi)局域網(wǎng)M .北京：電子工業(yè)出版社,2006. 2康林權(quán).基于CA N總線的車載信息顯示實驗平臺設(shè) 計D .廣州:廣東工業(yè)大學(xué),2010.3余剛.基于CAN總線的車身網(wǎng)絡(luò)實驗平臺設(shè)計研究D.廣州:廣東工業(yè)大學(xué),2010.4 Philips Semico n ducto rs. CAN specificati o