2023汽車網(wǎng)絡(luò)試驗指導(dǎo)書

本文格式為Word版，下載可任意編輯——2023汽車網(wǎng)絡(luò)試驗指導(dǎo)書

車載網(wǎng)絡(luò)與總線技術(shù)試驗指導(dǎo)書

主編嚴屹宏

適用專業(yè)：車輛工程

上海電機學(xué)院2023年11月

汽車學(xué)院目錄

實驗指導(dǎo)書前言································································2試驗一編程入門、仿真調(diào)試···········································3試驗二編程提高、并行I/O接口、中斷·································6試驗三MSCAN初始化編程與仿真調(diào)試··································11試驗四MSCAN發(fā)送報文編程與仿真調(diào)試································14

1

汽車學(xué)院前言

實驗指導(dǎo)書

一、汽車網(wǎng)絡(luò)試驗教學(xué)的目的

隨著汽車電子技術(shù)的發(fā)展，越來越多的電子產(chǎn)品裝載到汽車上，極大地提高了汽車的動力性和舒適性，同時也增加了車內(nèi)布線的難度和成本。CAN屬于總線式串行通信網(wǎng)絡(luò)，由于具有良好的可靠性、實時性及靈活性，已經(jīng)成為國際標準（ISO11898），在汽車電子系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。目前在CAN系統(tǒng)設(shè)計中，使用最多的是單片機外掛獨立的CAN控制器，如恩智浦NXP(原Philips)公司的PCA82C200、SJA1000或Intel公司的82526、82527等芯片。本試驗采用就是以飛思卡爾（Freescale）的16位單片機S12(X)為核心，通過SOC中片內(nèi)外設(shè)MSCAN（CAN通信控制器）實現(xiàn)CAN總線系統(tǒng)中最重要的協(xié)議層。重點使學(xué)生通過使用CAN通信控制器MSCAN理解數(shù)據(jù)鏈路層和物理信令子層并把握其實現(xiàn)方法。同時還兼顧進一步穩(wěn)定對汽車總線的基礎(chǔ)——汽車電子開發(fā)的相關(guān)理論、技術(shù)的學(xué)習(xí)，為車輛工程專業(yè)的高年級學(xué)生日后從事汽車網(wǎng)絡(luò)、汽車電子的開發(fā)打下一定的基礎(chǔ)。

本科程的試驗使學(xué)生能夠?qū)ζ嚲W(wǎng)絡(luò)的概念、特點有一定的認識，學(xué)習(xí)汽車網(wǎng)路的相關(guān)理論、方法和汽車網(wǎng)絡(luò)開發(fā)教學(xué)系統(tǒng)的基本工作原理和相關(guān)軟件的使用方法。通過S12(X)系列單片機及其MSCAN總線通信控制器，熟悉、把握CAN總線節(jié)點的硬件與電路組成；熟悉微控制器集成開發(fā)環(huán)境codewarrior軟件基本操作、理解由C語言編寫軟件工程的架構(gòu)及其相關(guān)程序設(shè)計思想；基本把握CAN總線數(shù)據(jù)鏈路層通信協(xié)議的軟件編程、仿真和調(diào)試方法；通過試驗穩(wěn)定、進一步理解對汽車CAN總線的結(jié)構(gòu)和原理。

二、試驗本卷須知

1、預(yù)習(xí)是做好試驗的前提。在試驗之前，應(yīng)細心閱讀試驗指導(dǎo)書，了解試驗的目的、要求，把握基本原理和主要試驗步驟。

2、對試驗裝置和測試裝置在未經(jīng)了解以前，不要任意啟動設(shè)備。

3、進入試驗室必需嚴肅認真，集中精力，抓緊時間，分工合作，完成本試驗內(nèi)容。與本試驗無關(guān)的一切設(shè)備，不準擅自啟動。4、試驗完畢，應(yīng)使試驗設(shè)備處于正常關(guān)閉狀態(tài)。5、試驗后應(yīng)進行數(shù)據(jù)處理，結(jié)果分析，寫好試驗報告。

2

汽車學(xué)院

實驗指導(dǎo)書試驗一編程入門、仿真調(diào)試

一、試驗?zāi)康?/p>

熟悉飛思卡爾MCU仿真與調(diào)試環(huán)境的安裝和使用方法，把握C語言程序的編輯書寫規(guī)范，學(xué)習(xí)單片機C語言程序調(diào)試手段，進一步編制應(yīng)用程序，體會MCU應(yīng)用程序特點。熟悉算術(shù)規(guī)律處理、軟件延時、并行I/O（GPIO）等應(yīng)用程序編寫技巧。

二、試驗環(huán)境

1.CodeWarriorIDE仿真調(diào)試軟件+S12（X）開發(fā)板套件+計算機；2.編程語言選擇：單項選擇C語言；

3.調(diào)試連接選擇：硬件連接調(diào)試(TBDML)；

4.仿真調(diào)試器一端連接電腦背后USB接口，另一端插接核心板的BDM接口。

三、試驗內(nèi)容：

1.CodeWarriorIDE軟件安裝方法和嵌入式系統(tǒng)硬件知識的學(xué)習(xí)（略）2.編輯、編譯簡單樣本程序：點亮一個LED燈。底板上的8個LED已接B口8位，B口位輸出低電平日點亮。熟悉CodeWarriorIDE的工程建立、菜單、工具、窗口、狀態(tài)等。

a.程序初始化完畢后，從main()函數(shù)開始運行，其他函數(shù)的執(zhí)行都要通過main()函數(shù)的調(diào)用來實現(xiàn)；正確編輯好代碼后，下載并開啟Debug窗口。

b.仿真調(diào)試：分別利用單步、全速、中止、斷點、復(fù)位等運行調(diào)試手段，觀測寄放器A、B、X、Y、PC、CCR等的狀態(tài)與變化。觀測FALSH中指令地址和RAM中數(shù)據(jù)變化狀況。通過在Data1窗口添加表達式、設(shè)置變量觀測點，學(xué)習(xí)在Sourse窗口分析程序遠行的機制并驗證運行結(jié)果。（該仿真調(diào)試方法將運用于以后的各次試驗中）

3

樣本程序代碼參考如下：

汽車學(xué)院2、利用8個LED燈，設(shè)計一段流水燈程序

4

實驗指導(dǎo)書

汽車學(xué)院實驗指導(dǎo)書底板上的8個LED已接B口8位，B口位輸出低電平日點亮。依次點亮系統(tǒng)板上的8個LED燈（之前的燈不用熄滅），LED已接B口8位，B口位輸出低電平日點亮。亮出時間控制調(diào)用軟件延時100ms。

工程編譯、連接完成后，進入仿真調(diào)試窗口。

仿真調(diào)試：分別利用單步、全速、中止、斷點、復(fù)位等運行調(diào)試手段，觀測寄放器A、B、X、Y、PC、CCR等的狀態(tài)與變化。觀測FALSH中指令地址和RAM中數(shù)據(jù)變化狀況。通過在Data1窗口添加表達式、設(shè)置變量觀測點，學(xué)習(xí)在Sourse窗口分析程序遠行的機制并驗證運行結(jié)果。（該仿真調(diào)試方法將運用于以后的各次試驗中）

程序代碼提醒：利用異或規(guī)律運算

3、設(shè)計跑馬燈程序：提醒，在上一個程序基礎(chǔ)上進行修改。

依次點亮系統(tǒng)板上的8個LED燈（之前的燈熄滅），LED已接B口8位，B口位輸出低電平日點亮。亮出時間控制調(diào)用軟件延時100ms。

四、試驗要求

1.對試驗內(nèi)容進行預(yù)習(xí),寫出操作步驟,本卷須知及做出相應(yīng)流程圖。2.詳細了解汽車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的使用規(guī)范。3.對試驗結(jié)果進行整理,分析,寫出試驗報告。

5

汽車學(xué)院

實驗指導(dǎo)書試驗二編程提高、并行I/O接口、中斷

一、試驗?zāi)康模?/p>

熟悉飛思卡爾MCU指令及其應(yīng)用規(guī)則，穩(wěn)定匯編語言程序編程方法，初步熟悉硬件連接調(diào)試方法。把握C語言綜合編程方法，把握并行I/O口、定時器、中斷等功能部件的使用規(guī)則和應(yīng)用方法，熟悉MCU模塊功能的初始化程序，熟悉中斷處理程序的安排。

二、試驗環(huán)境

1.CodeWarriorIDE仿真調(diào)試軟件+S12（X）開發(fā)板套件+計算機；2.編程語言選擇：單項選擇C語言；

3.調(diào)試連接選擇：硬件連接調(diào)試(TBDML)；

4.仿真調(diào)試器一端連接電腦背后USB接口，另一端插接核心板的BDM接口。

三、試驗內(nèi)容：

1、底板上的8個LED已接B口8位，B口位輸出低電平日點亮。蜂鳴器連接端口P的引腳3。設(shè)計一個利用輸入設(shè)備觸發(fā)輸出設(shè)備工作的系統(tǒng)，在主函數(shù)mian()中實現(xiàn)，按下鍵盤按鈕，蜂鳴器響起。與此同時流水燈正常工作。

6

主要程序代碼參考

汽車學(xué)院7

實驗指導(dǎo)書汽車學(xué)院實驗指導(dǎo)書

2、利用端口H的引腳0（已接至連接鍵盤按鍵F1）中斷功能，按動F1就能給端口H的引腳0引腳施加帶有下降沿的低電平。下降沿中斷觸發(fā)的端口P的引腳3上的蜂鳴器。底板上的8個LED已接B口8位，B口位輸出低電平日點亮，從而實現(xiàn)流水燈控制的同時，按下按鈕F1蜂鳴器可以響應(yīng)。

調(diào)試時，可在中斷服務(wù)程序中設(shè)置斷點，以便利觀測是否進入中斷。在此程序正常運行的基礎(chǔ)上再參與對底板按鍵F1（H口最低位，按下時接地，必需設(shè)

8

汽車學(xué)院實驗指導(dǎo)書置上拉電阻）的檢測，當(dāng)其按下F1時蜂鳴器響起，再次按下F1時蜂鳴器中止鳴叫。

3、思考修改上面的程序，實現(xiàn)流水燈的在先點亮或熄滅前三個燈時，鍵盤按鈕F1不觸發(fā)蜂鳴器叫，隨后5個燈時能觸發(fā)蜂鳴器叫。

四、試驗要求

4.對試驗內(nèi)容進行預(yù)習(xí),寫出操作步驟,本卷須知及做出相應(yīng)流程圖。5.詳細了解汽車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的使用規(guī)范。6.對試驗結(jié)果進行整理,分析,寫出試驗報告。

9

汽車學(xué)院實驗指導(dǎo)書試驗三MSCAN初始化編程與仿真調(diào)試

一、試驗?zāi)康?/p>

1.理解CAN-BUS的數(shù)據(jù)鏈路層。

2.熟悉汽車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的硬件環(huán)境和軟件環(huán)境3.熟悉CAN模塊初始化編程的方法4.重點學(xué)習(xí)如何設(shè)置報文濾波器，

5.把握如何初始化波特率寄放器和控制寄放器

二、試驗環(huán)境

1.CodeWarriorIDE仿真調(diào)試軟件+S12（X）開發(fā)板套件+計算機；2.編程語言選擇：單項選擇C語言；

3.調(diào)試連接選擇：硬件連接調(diào)試(TBDML)；

4.仿真調(diào)試器一端連接電腦背后USB接口，另一端插接核心板的BDM接口。

三、試驗內(nèi)容

1.使用S12第一個MSCAN模塊CAN0。假定MCU外部晶振16MHz，時序部分規(guī)定為：CAN總線波特率125kb/s，總時間份額為16，同步跳變寬度為4個時間份額，MSCAN在位時間75%處采樣一個樣本；濾波方式規(guī)定為選擇雙32位濾波器，只接受0x13F的標準幀；MSCAN模式規(guī)定為MSCAN模塊使能，正常模式，使能時間戳，使能接收中斷，阻止發(fā)送中斷。

2.確定MSCAN時序參數(shù)

CANCTL1寄放器中的時鐘源選擇CLKSRC定義了MSCAN使用的時鐘源是總線時鐘還是振蕩器時鐘。時鐘源的選擇必需以CAN協(xié)議為基礎(chǔ)，選擇最為恰當(dāng)?shù)臅r鐘源。此例中，選擇16MHz的外部振蕩器作為時鐘源，即設(shè)置CANCTL1_CLKSRC=0。

確定適合的時段1、時段2和同步跳轉(zhuǎn)寬度的值，從而確定MSCAN寄放器TSEG1、TSEG2和SJW的值。

選擇條件為

總時間份額=16=SYNC+時段1+時段2（SYNC=1）

10

汽車學(xué)院實驗指導(dǎo)書(SYNC+時段1)/總時間份額=75%同步跳轉(zhuǎn)寬度=4

則可從中選擇時段1=11，時段2=4滿足上述條件，從而得出寄放器的值，即

CANBTR1_TSEG1=10,CANBTR1_TSEG2=3CANBTR0_SJW=3

接著根據(jù)根據(jù)CAN總線波特率計算公式，求出MSCAN波特率分頻因子Prescalervalue。其中，F(xiàn)canclk=16MHz,BitTime=1/(125kHz),TimeSegment1=11,TimeSegment2=4。CAN總線波特率計算公式為BitTime=分頻數(shù)為

Prescalervalue=16MHz/(1+11+4)/(125kHz)=8CANBTR0_BRP=8-1=7

根據(jù)每位時間采集的CAN總線樣本數(shù)量規(guī)定，每位采集一個樣本，可得CANBTR1_SAMP=0。

至此求出CANBTR0和CANBTR1寄放器中所有字段的值，即CANBTR0=0Xc7CANBTR1=0x3A3.確定MSCAN濾波參數(shù)

根據(jù)MSCAN的IDAR寄放器結(jié)構(gòu)，設(shè)置ID值及其掩碼為（11位標識符），即ID=0x13F=0b00100111111Mask=0x6C0=0b11011000000

設(shè)置IDAR、IDMR寄放器，由于只接受0x13F的標準幀，因此每位都需要比對，IDMR各個寄放器均為0。則得出的其中一組濾波器的各寄放器的值為

IDAR0=0x27IDAR1=0xE0IDAR2=0x00IDAR3=0x00IDMR0=0x00IDMR1=0x00IDMR2=0x00IDMR3=0x00

4.根據(jù)以上編寫首個MSCAN初始化驅(qū)動程序。

11

(Prescalervalue)?(1?TimeSegment1?TimeSegment2)

fCANCLK汽車學(xué)院實驗指導(dǎo)書四、試驗要求

1.對試驗內(nèi)容進行預(yù)習(xí),寫出操作步驟,本卷須知及做出相應(yīng)流程圖。2.詳細了解汽車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的使用規(guī)范。3.對試驗結(jié)果進行整理,分析,寫出試驗報告。

12

汽車學(xué)院實驗指導(dǎo)書試驗四MSCAN發(fā)送報文編程與仿真調(diào)試

一、試驗?zāi)康?/p>

1.理解CAN-BUS的數(shù)據(jù)鏈路層。

2.熟悉汽車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的硬件環(huán)境和軟件環(huán)境3.進一步熟悉CAN模塊初始化編程的方法

4.重點理解并把握如何將29位或11位標識符ID轉(zhuǎn)換為MSCAN中IDR的格式5.重點理解發(fā)送緩沖區(qū)的工作機制并把握如何