CAN總線的特點及J1939協(xié)議通信原理內(nèi)容和應(yīng)用

1、CAN總線的特點及J1939協(xié)議通信原理、內(nèi)容和應(yīng)用眾多國際知需汽車公司早在 20 世紀 80 年代就枳極致力于汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研究及應(yīng)用。迄今已有多種網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準，如專門用于貨車和客車上的 SAE 的 J1939、徳國大眾的 ABUS、博世 的 CAN、美國商用機器的 AutoCAN. ISO 的 VAN、馬自達的 PALMNET 等。在我國的轎車中已基本具有電子控制和網(wǎng)絡(luò)功能，排放和英他指標(biāo)達到了一泄的要求。但貨車和客車在這方面卻遠未能滿足排放法規(guī)的要求。計劃到 2006 年，北京地區(qū)的貨車和 客車的排放要滿足歐 1【1 標(biāo)準。因此，為了滿足日益嚴格的排放法規(guī)，載貨車和客車中也必須 引入汁算機及

2、控制技術(shù)。采用控制器局域網(wǎng)和國際公認標(biāo)準協(xié)議 J1939 來搭建網(wǎng)絡(luò)，并完成 數(shù)據(jù)傳輸，以實現(xiàn)汽車內(nèi)部電子單元的網(wǎng)絡(luò)化是一種迫切的需要也是必然的發(fā)展趨勢。1 CAN 總線特點及其發(fā)展控制器局域網(wǎng)絡(luò)（CAN）是徳國 Robert bosch 公司在 20 世紀 80 年代初為汽車業(yè)開發(fā)的一 種串行數(shù)據(jù)通信總線。 CAN 是一種很髙保密性， 有效支持分布式控制或?qū)崟r控制的串行通信 網(wǎng)絡(luò)。 CAN的應(yīng)用范囤遍及從髙速網(wǎng)絡(luò)到低成本底多線路網(wǎng)絡(luò)。在自動化電子領(lǐng)域、發(fā)動機 控制部件、傳感器、抗滑系統(tǒng)等應(yīng)用中，CAN 的位速率可高達 1Mbpso同時，它可以廉價地 用于交通運載工具電氣系統(tǒng)中，如燈光聚束、電

3、氣窗口等，可以替代所需要的硬件連接。它 采用線性總線結(jié)構(gòu)，每個子系統(tǒng)對總線有相同的權(quán)利，即為多主工作方式。CAN 網(wǎng)絡(luò)上任意 一個節(jié)點可在任何時候向網(wǎng)絡(luò)上的英他節(jié)點發(fā)送信息而不分主從。網(wǎng)絡(luò)上的石點可分為不通 優(yōu)先級，滿足不同的實時要求。采用非破壞性總線裁決技術(shù)，當(dāng)兩個巧點（即子系統(tǒng)）同時向 網(wǎng)絡(luò)上傳遞信息時，優(yōu)先級低的停止數(shù)據(jù)發(fā)送，而優(yōu)先級髙的右點可不受影響地繼續(xù)傳送數(shù) 拯。具有點對點、一點對多點及全局廣播接收傳送數(shù)據(jù)的功能。隨著 CAN 在各種領(lǐng)域的應(yīng)用和推廣， 對其通信格式的標(biāo)準化提出了要求。 1991 年 9 月 PhilipsSemiconductors 制定并發(fā)布了 CAN 技術(shù)規(guī)范

4、（Versio 2. 0）。該技術(shù)包括 A 和 B 兩 部分。2. 0A給出了 CAN 報文標(biāo)準格式，而 2. 0B 給出了標(biāo)準的和擴展的兩種格式。1993 年 11 月 ISO 頒布了道路交通運輸工具-數(shù)拯信息交換-髙速通信局域網(wǎng) （CAN） 國際標(biāo)準 IS011898,為控制局域網(wǎng)的標(biāo)準化和規(guī)范化鋪平了道路。美國的汽車工程學(xué)會 SAE 于 2000 年提岀的 J1939,成為貨車和客車中控制器局域網(wǎng)的通用標(biāo)準。2.J1939 協(xié)議通信原理及內(nèi)容（DJ1939 與 CANJ1939 是一種支持閉環(huán)控制的在多個 ECU 之間高速通信的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議岡。主要運用于載貨 車和客車上。它是以 CAN2.

5、0 為網(wǎng)絡(luò)核心。表 1 介紹了 CAN2.0 的標(biāo)準和擴展格式，及 J1939 協(xié)議所左義的格式。表 2 則給出了 J1939 年的一個協(xié)議報文單元的具體格式。可以看出,J1939 標(biāo)識符包括:PRI0RTY （優(yōu)先權(quán)位） ： R （保留位） ： DP （數(shù)據(jù)頁位） ； PDUF0RMAAK 協(xié)議數(shù)據(jù)單元） ；PDU SPECIFIC（擴展單元）和 SOURCE ADDRESS （源地址）。而報文單元還包括 64 位的數(shù)拯場。表 1 CAN2. 0 的標(biāo)準和擴展格式及 J1939 協(xié)議所左義的格式CAN 擴展幀格式S0F11 位標(biāo)識符SRRIDE18 位擴展標(biāo)識符J1939 幀格式幀起始位先3

6、優(yōu)權(quán)位R 位（保）S格6IPF式位SRR 位 擴展 標(biāo)識PF格(81PS和地(81:源1fe)CAN12-4567-12131415 1617-24 25-32幀位置28-26252423-1817 1615-87-0表2J1939 協(xié)議報文單元的具體格式 一個 J1939 協(xié)議報文單元PRIORITYRDPPDU FORMAT PDUSPECIFICSOURCEADDRESSDATA FIELD3118880-64(2)數(shù)據(jù)傳轉(zhuǎn)協(xié)議J1939 通信中的核心是負責(zé)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膫鬏攨f(xié)議。它的功能分為兩部分：(1) 數(shù)據(jù)的拆分打包和重組。一個 J1939 的報文單元只有 8 個字節(jié)的數(shù)據(jù)場。因此如果

7、 所要發(fā)送的數(shù)據(jù)超過了 8 字節(jié)，就應(yīng)該分成幾個小的數(shù)據(jù)包分批發(fā)送。數(shù)據(jù)場的第一個字節(jié) 從 1 開始作為報文的序號，后 7個字節(jié)用來存放數(shù)據(jù)。所以可以發(fā)送 255X7=1785 個字節(jié)的 數(shù)據(jù)。報文被接收以后按序號重新組合成原來的數(shù)據(jù)。(2) 連接管理。主要對節(jié)點之間連接的建立和關(guān)閉，數(shù)據(jù)的傳送進行管理。其中泄義了 5 種幀結(jié)構(gòu):發(fā)送請求幀、發(fā)送淸除幀、結(jié)朿應(yīng)答幀、連接失敗幀以及用來全局接收的廣播 幀。皆點之間的連接通過一個丹點向目的地址發(fā)送一個發(fā)送請求幀而建立。在接收發(fā)送請求 幀以后，仔點如果有足夠的空間來接收數(shù)據(jù)并且數(shù)據(jù)有效，則發(fā)送一個發(fā)送淸除幀，開始數(shù) 據(jù)的傳送。如果存儲空間不夠或者數(shù)據(jù)

8、無效等原因，肖點需要拒絕連接，則發(fā)送連接失敗幀, 連接關(guān)閉。如果數(shù)拯接收全部完成。則節(jié)點發(fā)送一個結(jié)朿應(yīng)答幀，連接關(guān)閉。(3) J1939 的參數(shù)格式J1939 中還左義了參數(shù)的具體格式，如標(biāo)識符、優(yōu)先級、數(shù)據(jù)長度、參數(shù)的范用等。參 數(shù)又劃分為狀態(tài)參數(shù)和測疑參數(shù)。 狀態(tài)參數(shù)表示具有多態(tài)信號的某一種狀態(tài)， 如發(fā)動機剎車 使能/禁能、巡航控制激活/關(guān)閉，扭矩/速度控制超載模式、錯誤代碼等。而測量參數(shù)則表 示所接收到的信號的值的具體大小，如缸內(nèi)爆發(fā)壓力、最大巡航速度、發(fā)動機轉(zhuǎn)速等。3. J1939 協(xié)議的應(yīng)用(1) J1939 應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建J1939 網(wǎng)絡(luò)層中泄義了如何構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)及連接的功能。網(wǎng)絡(luò)層的

9、功能包括數(shù)據(jù)的過濾、重 新打包和轉(zhuǎn)發(fā)。分別由以下各部分實現(xiàn)。a. 中繼器?？梢栽鰪姅?shù)據(jù)信號，使數(shù)據(jù)傳輸更遠的距離。b. 網(wǎng)橋。數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)和過濾。它可以把網(wǎng)絡(luò)拆解成網(wǎng)絡(luò)分支、分割網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流，隔離分 支中發(fā)生的故障，這樣就可以減少每個網(wǎng)絡(luò)分支的數(shù)據(jù)信息流量而使每個網(wǎng)絡(luò)更有效，提高 整個網(wǎng)絡(luò)效率。c. 路由。可以使網(wǎng)絡(luò)段具有獨立的地址空間不同的數(shù)據(jù)傳輸率和媒介。d. 網(wǎng)關(guān)?？梢栽诓煌膮f(xié)議和數(shù)據(jù)設(shè)置的網(wǎng)段之間傳送數(shù)據(jù)。圖 1 為典型的汽車網(wǎng)絡(luò)連 接。(2) J1939 應(yīng)用于故障診斷J1939 包括在線故障診斷功能，由診斷應(yīng)用層泄義。診斷應(yīng)用層面向以下幾方面。a. 安全。 在數(shù)據(jù)鏈路層上能義一個安全

10、的框架， 使得符合工業(yè)標(biāo)準的開發(fā)工具執(zhí)行必要 的診斷任務(wù)。包括獲取診斷信息，獲取盯點配巻信息，標(biāo)左控制模式。但對非開放型的數(shù)據(jù) 加密。b. 連接。 建立 J1939 網(wǎng)絡(luò)右點與開發(fā)工具之間的連接。 連接器的設(shè)計也必須符合 J1939 協(xié)議。c. 診斷狀態(tài)數(shù)據(jù)支持。提供一系列的數(shù)據(jù)格式。包括讀取出錯數(shù)據(jù)、淸除錯誤數(shù)據(jù)、監(jiān) 測通信參數(shù)、獲取節(jié)點的配置以及貝他的一些信息。d. 診斷測試支持?？梢允归_發(fā)工具把各種控制節(jié)點放到具體的測試模式中以正確設(shè)汁 子網(wǎng)體系。診斷工具通過連接器與其他肖點進行通信以獲取診斷數(shù)據(jù)。因此所有的控制節(jié)點 都應(yīng)該具備以下功能:讀取診斷故障代碼、淸除診斷故障代碼、獲取實時信息。

11、而診斷故障代碼記載了出錯的參數(shù)及所在的節(jié)點等主要信息。圖 1 典型汽車冋絡(luò)連接4.節(jié)點設(shè)計及數(shù)據(jù)通信最小化節(jié)點的主控制芯片采用 51 系列的單片機，控制器采用 PHILIPS 公司的 SJA1000, 控制器接口釆用 82c250o為了構(gòu)建 CAN 總線局域網(wǎng)絡(luò)，采用了研華公司生產(chǎn)的雙端口 CAAN 控制卡 PCL-841,每 塊PCL-841 卡集成了兩塊 PHILIPS 的 SJA1000 控制器和 82c250 控制器接口。這樣兩塊控制 卡就有四個端，相當(dāng)于四個獨立的節(jié)點，用數(shù)據(jù)線連接起來，就組成了基本的 CAN 局域網(wǎng)。 如圖 2 所示。CAN總線拖車機構(gòu)到下一拖車系統(tǒng)A懸系腳掛統(tǒng)照明牽引動力總線拖車子網(wǎng)250K圖 2 CAN 局域網(wǎng)軟件的編寫主要包括對寄存器的配宜、駛件初始化、中斷調(diào)用、數(shù)據(jù)通信幾大模塊*中斷調(diào)用中包括數(shù)據(jù)中的中斷接收、中斷發(fā)送，以及錯渓處理、報警等模塊。通信模塊又分為 數(shù)據(jù)的發(fā)送、接收、請求等。綜上所述，J1939 通信協(xié)議解決了如下問題。(1) 優(yōu)先權(quán)問題。如自動換擋要求減油門，巡航控制同時要求增油，而 ASR 則要求減油 門以維持驅(qū)動軸的低扭矩。根據(jù)重要程度，則應(yīng)確定換擋優(yōu)先，協(xié)議能左義各個子系統(tǒng)的優(yōu) 先權(quán)順序。(2) 靈活性問題。因為各個子系統(tǒng)都是不同類型的控制系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)具備將各個子系統(tǒng) 有機地融合在一起的能力。(3)