基于CAN總線(xiàn)和虛擬儀器技術(shù)的汽車(chē)CAN節點(diǎn)測試儀設
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時(shí)間：2009-08-20
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技術(shù)方案與實(shí)用技巧
ControllerAreaNetwork(控制器局域網(wǎng)，縮寫(xiě)為CAN)，是為解決汽車(chē)電子控制單元間的信息通信而由德國B(niǎo)osch公司提出的一種總線(xiàn)標準，以其卓越的性能、極高的可靠性和低廉的價(jià)格，現在已經(jīng)在汽車(chē)領(lǐng)域獲得廣泛應用。為了保證汽車(chē)CAN總線(xiàn)節點(diǎn)安全、穩定運轉，同時(shí)為了提高大批量生產(chǎn)的效率，必須在生產(chǎn)過(guò)程中對CAN節點(diǎn)產(chǎn)品進(jìn)行測試，開(kāi)發(fā)基于CAN總線(xiàn)的汽車(chē)CAN節點(diǎn)測試儀顯得十分重要。本文通過(guò)選擇高速處理器和采用虛擬儀器技術(shù)保證測試儀的通用性，使其只需通過(guò)軟件更新便可測試多個(gè)CAN節點(diǎn)。
CAN協(xié)議簡(jiǎn)介
CAN協(xié)議建立在ISO/OSI7層開(kāi)放互連參考模型基礎之上，為了方便應用，同時(shí)保證各節點(diǎn)間無(wú)差錯的數據傳輸，僅定義了ISO/OSI模型中最下面的兩層：數據鏈路層和物理層，應用層協(xié)議由用戶(hù)自行定義，也可采用一些國際組織制訂的標準協(xié)議。
CAN是一個(gè)典型的以半雙工方式通信的串行總線(xiàn)結構形式，一個(gè)節點(diǎn)發(fā)送信息，多個(gè)節點(diǎn)接收信息。不同于主從式總線(xiàn)，CAN采用一種稱(chēng)作廣播式的存取工作方式，是一種對等式的總線(xiàn)網(wǎng)。在CAN總線(xiàn)的通信協(xié)議中，各節點(diǎn)地址沒(méi)有主/從的概念，也沒(méi)有任何與節點(diǎn)地址相關(guān)的信息存在。信息以報文的形式出現，其數據結構如圖1所示。
圖1中的仲裁域用來(lái)表明消息的類(lèi)型和消息的優(yōu)先級，CAN總線(xiàn)上的節點(diǎn)將根據標識符決定是否需要讀取信息包中的數據，從而避免了不必要的節點(diǎn)處理總線(xiàn)上信息的頻繁中斷，提高了數據傳輸速率，保證了數據出錯率極低。
系統硬件設計
測試儀的硬件設計主要包括三部分：處理器及其存儲器電路、CAN總線(xiàn)接口電路、RS232接口電路。結構圖如圖2所示：
處理器采用ATMEL公司基于A(yíng)RM920T內核的AT91RM9200，該處理器運行頻率高達180MHz，可外擴32MBFlash和64MBRAM，使其可以滿(mǎn)足大多數汽車(chē)CAN節點(diǎn)的測試需求。片上集成了許多標準接口，如USB主/從接口、以太網(wǎng)、RS-232，使其可以簡(jiǎn)單得與PC機相連，測試數據可以實(shí)時(shí)地上傳到PC機，借助PC機強大的處理性能和豐富的數據處理軟件，進(jìn)行在線(xiàn)監測及數據處理。
AT91RM9200包括一個(gè)高速片上SRAM工作區及一個(gè)低等待時(shí)間的外部總線(xiàn)接口，以完成應用所要求的片外存儲器和內部存儲器映射外設配置的無(wú)縫連接。外擴存儲器包括1片S29GL256NFlash和2片K4S561632A-TC/L80SDRAM，Flash容量為32MB，SDRAM容量為64MB。
CAN總線(xiàn)接口電路包括總線(xiàn)控制器和物理層接口兩個(gè)部分，實(shí)現測試儀與被測試CAN節點(diǎn)的CAN總線(xiàn)通信，這是實(shí)現測試的前提。CAN總線(xiàn)控制器采用PHILIPS公司的SJA1000，它有著(zhù)更好的性能和穩定性，支持CAN2.0A/B協(xié)議，有兩種工作模式：BasicCAN和PeliCAN，可同時(shí)支持11位和29位標識碼，能掛載更多CAN節點(diǎn)。物理層接口選用TJA1054實(shí)現，它可以連接高達32個(gè)節點(diǎn)，內建斜率控制功能及CANL和CANH總線(xiàn)輸出的良好匹配使電磁輻射EME很低，具有優(yōu)異的總線(xiàn)故障管理能力，總線(xiàn)故障時(shí)自動(dòng)切換到單線(xiàn)模式，故障修復后自動(dòng)復位到差分模式，同時(shí)提供對電源和地的短路保護功能，特別適合于汽車(chē)內部的CAN通訊。
RS232接口電路即測試儀與PC的通信接口，AT91RM9200內部帶有UART控制器，可以方便得與PC機連接，對測試信息進(jìn)行在線(xiàn)監測，數據存儲。
軟件設計
軟件設計包括上位機程序和下位機程序兩個(gè)部分。上位機程序在NI公司專(zhuān)門(mén)針對虛擬儀器開(kāi)發(fā)設計的的Labwindows/CVI平臺上開(kāi)發(fā)，包括USB通訊程序和測試程序兩個(gè)部分。labwindows/CVI包括對眾多總線(xiàn)（包括PCI、PCIExpress、PXI、PCMCIA、USB、以太網(wǎng)、GPIB、串口和IEEE1394）的支持，可以方便得開(kāi)發(fā)RS232通訊程序。測試程序包括人機交互界面（即儀器面板）和測試記錄兩個(gè)部分，Labwindows/CVI提供了豐富的控件，可以迅速開(kāi)發(fā)儀器面板，省去了在下位機上開(kāi)發(fā)人機交互界面（主要是指LCD和按鍵），所開(kāi)發(fā)的儀器面板界面如下圖所示：
下位機程序采用linux作為測試儀的操作系統，采用較新的linux-2.6.13內核，使軟件設計模塊化，便于移植。軟件主要包括通訊程序和測試程序兩大部分。通訊程序包括CAN總線(xiàn)通訊程序和USB通訊程序兩個(gè)部分，本文主要介紹一下CAN通訊程序。
CAN通訊程序包括SJA1000芯片的初始化、接收數據和發(fā)送數據。測試儀上電后進(jìn)行SJA1000的初始化，該操作必須正確可靠，這是接收數據和發(fā)送數據的前提。根據SJA1000的手冊，設計代碼如下：
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