基于SAE J1939協(xié)議的車(chē)輛信息采集與診斷模塊

摘要：本文在CAN總線(xiàn)技術(shù)與SAE J1939協(xié)議的基礎上，提出了基于Cortex-M3內核微控制器的車(chē)輛信息采集與診斷模塊系統設計。詳細介紹了SAE J1939協(xié)議的報文及內容格式，以及系統硬件、軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程，并指出了設計中需要注意的環(huán)節。該模塊通過(guò)對CAN總線(xiàn)及各傳感器數據的讀取和處理，能夠穩定可靠地提供車(chē)輛工況數據，并可集成到車(chē)載多媒體系統和虛擬數字儀表等其他車(chē)載產(chǎn)品中。
關(guān)鍵詞：車(chē)輛工程；SAE J1939協(xié)議；CAN總線(xiàn)；Cortex-M3

0 引言
當前，汽車(chē)電子化程度不斷提高，大量采用基于微處理器的電控單元(ECU)對汽車(chē)的各個(gè)功能模塊進(jìn)行信息采集及控制。由于ECU數量眾多，為了提高信號的利用率，要求在不同的ECU間，大量的數據狀態(tài)信息能夠實(shí)現共享，大量的控制信號能夠實(shí)時(shí)交換。同時(shí)，車(chē)載多媒體設備、虛擬數字儀表等產(chǎn)品也需要實(shí)時(shí)獲取車(chē)輛工況信息。因此傳統線(xiàn)束已遠遠不能滿(mǎn)足這種需求。
CAN總線(xiàn)及基于CAN的車(chē)輛通信應用層協(xié)議提供了解決上述問(wèn)題的途徑。目前SAE J1939是汽車(chē)行業(yè)應用最為廣泛的CAN應用層協(xié)議之一。本文提出的基于CAN和SAE J1939的車(chē)輛信息采集與診斷模塊能夠實(shí)時(shí)獲取車(chē)輛的車(chē)速、油壓、制動(dòng)壓力、發(fā)動(dòng)機轉速等重要信息，在車(chē)輛發(fā)生故障時(shí)及時(shí)定位車(chē)輛故障，并可集成到車(chē)載多媒體、虛擬儀表等產(chǎn)品中，為車(chē)輛駕駛人員提供直觀(guān)實(shí)時(shí)的車(chē)輛工況。

1 SAE J1939協(xié)議介紹
SAE J1939協(xié)議是美國汽車(chē)工程師協(xié)會(huì )(SAE)在CAN2．0B協(xié)議基礎上制定的客車(chē)和重型貨車(chē)網(wǎng)絡(luò )通信應用層協(xié)議，在目前汽車(chē)電子網(wǎng)絡(luò )中得到廣泛應用。該協(xié)議采用CAN總線(xiàn)的數據幀封裝其數據信息，并明確規定了汽車(chē)內部各ECU的名稱(chēng)、地址、通訊協(xié)議、優(yōu)先級等信息，使用多路復用技術(shù)為車(chē)輛各傳感器、執行器和控制器提供建立在CAN總線(xiàn)基礎上的標準化高速網(wǎng)絡(luò )連接，在不同的ECU間實(shí)現高速數據共享，以期有效減少線(xiàn)束數量并提高車(chē)輛電子控制系統的靈活性、可靠性、可維修性。目前，車(chē)輛的ECU產(chǎn)品大都帶有遵循SAE J1939協(xié)議的CAN總線(xiàn)接口。這為車(chē)輛信息的快速采集和故障的在線(xiàn)診斷定位提供了便利。
1．1 SAE J1939報文格式
SAE J1939在通訊中是負責數據傳輸的傳輸協(xié)議，其功能分為數據的拆分打包和重組及連接管理兩部分。其數據幀是以PDU(協(xié)議數據單元)為單位傳送信息，每個(gè)PDU相當于CAN協(xié)議中的一幀。PDU由29位標識符和O～8個(gè)字節的數據所組成，如表l所示。SAE J1939利用29位標識符(CAN擴展幀)提供一種完整的網(wǎng)絡(luò )定義。表1中，P位為決定報文優(yōu)先級的前3位；R是保留位：DP是數據頁(yè)位；PF場(chǎng)識別兩個(gè)PDI格式(PDUl、PDU2)：替代遠程請求位SRR和標識符擴展位IDE在CAN2．0B中己詳細定義，并未包含在PDU內；PS場(chǎng)由PF值決定其包含一個(gè)目標地址(DA)還是包含一個(gè)對PDU格式PF的組擴展(GE)；SA為源地址。

1．2 SAE J1939應用層
應用層定義了針對車(chē)輛應用的信號(參數)和報文(參數組)。應用層通過(guò)參數描述信號，給每個(gè)參數分配了一個(gè)19位的可疑參數編號(SP-N)；此外還通過(guò)參數組描述報文，給每個(gè)參數組分配了一個(gè)24位的參數組編號(PGN)。SPN用來(lái)標識與ECU相關(guān)的故障診斷元素、部件或參數組中參數；PGN用來(lái)唯一標識一個(gè)特定參數組。除已分配的參數和參數組外，用戶(hù)還可通過(guò)分配未使用的SPN給自定義參數和定義專(zhuān)有報文對應用層進(jìn)行補充。