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基于CAN总线的多ECU通信平台设计

时间:2007-1-20栏目:电子通信论文

摘要:介绍CAN总线及其通信协议J1939,并设计基于CAN总线的多ECN通信平台的硬件结构;阐述节点ECN通信的软件设计方法,在仿真试验的条件下实现数据通信的功能。试验表明平台运行稳定可靠。

    关键词:CAN总线 ECN J1939协议 通信平台

引言

随着集成电路和单片机在汽车上的广泛应用,现代汽车上的电子控制器的数量越来越多,常见的有发动机的电子燃油喷射装置、防抱死制动装置(ABS)、安全气囊装置、电动门窗装置、主动悬架等。电控系统的增加虽然提高了轿车的动力性、经济性和舒适性,但随之增加的复杂电路也降低了汽车的可靠性,增加了维修的难度。从布线角度分析,传统的电子气系统大多采用点对点的单一通信方式,相互之间少有联系,这样必然造成宠大的布线系统。因此,一种新的概念——汽车上电子控制器局域网络CAN,也就应运而生。为使不同厂家生产的零部件能在同一辆汽车上协调工作,必须制定标准。按照ISO有关标准,CAN的拓扑结构为总线式,因此称为CAN总线。CAN总线被设计作为汽车环境中的微控制器通信,在车载各电子控制装置ECN之间交换信息,在车载各电子控制装置ECN之间交换信息,形成汽车电子控制网络。

控制器局域网CAN(Controller Area Network)是一种多主方式的串行通信总线,基本设计规范要求有高的位速率,高抗电磁干扰性,而且能够检测出产生的任何错误。CAN在汽车上的应用,具有很多行业标准或者是国际标准,比如国际标准化组织(ISO)的ISO11992、ISO11783以及汽车工程协会(Society of Automotive Engigeers)的SAE J1939。CAN总线已经作为汽车的一种标准设备列入汽车的整车设计中。

图1

1 CAN总线特点及其通信协议

1.1 CAN总线简介

CAN通信协议规定了4种不同的帧格式,即数据帧、远程帧、错误帧和超载帧。基于以下几条基本规则进行通信协调:总线访问、仲裁、编码/解码、出错标注和超裁标注。CAN遵从OSI模型。按照OSI基准模型只有三层:物理层、数据链路层和哀告层,但应用层尚需用户自己定义。CAN总线作为一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络,应用范围遍及从高速网络到低成本的多线路网络。如:CAN在汽车中的发动机控制部件、ABS、抗滑系统等应用中的位速率可高达1Mbps。同时,它可以廉价地用于交通运载工具电器系统中,例如电气窗口、灯光聚束、座椅调节等,以替代所需要的硬件连接。其传输介制裁为双绞线,通信速率最高可达1Mbps/40m,直接传输距离最远可达10km/5kbps,挂接设备数最多可达110个。CAN为多主工作方式,通信方式灵活,无需站地址等节点信息,采用非破坏性总线仲裁技术,满足实时要求。另外,CAN采用短帧结构传输信号,传输时间短,具有较强的抗干扰能力。

CAN总线与其它通信协议的不同之处主要有两方面:一是报文传送不包含目标地址,它是以全网广播为基础,各接收站根据报文中反映数据性质的标识符过滤报文,其特点是可在线上网下网、即插即用和多站接收;另外一个方面就是特别强化了数据安全性,满足控制系统及其它较高数据要求系统的需求。

1.2 J1939通信协议

J1939协议是在CAN总线通信协议2.0B(29标识符)之上具体实现了应用层,是SAE为重载卡车和客车制定的通信协议;以CAN 2.0B为基础,物理层标准与ISO11898规范兼容并采用符合该规范的CAN控制器及收发器。J1939协议将CAN标识符划分为如下几个部分:优先级(P)、数据页(PGN)、协议数据单元(PDU)格式、PDU特定域(PS)和源地址(SA)。J1939/71应用层文档定义了车辆控制的各种参数及命令的PGN。
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    由此可见,J1939与CAN通信协议的区别在于29位标识符(ID),数据场相同。J1939将CAN的29位标识符(或称辨识别)进行了详细的物理定义。通过PDU将CAN标准格式封装为J1939协议格式。PDU信息帧又由优先权P、保留位R、数据页DP、协议数据单元PF、扩展单元PS、源地址SA和数据场DATA七个部分组成,即CAN的29位标识符加上数据。

2 总体设计

2.1 汽车电控网络结构

汽车内ECU之间的数据传输特征主要差别在于数据传

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