车载智能终端的CAN协议设计及软件实现解析

1、30公路与汽运H ighw ay s &Automotive A p p l icati ons第5期2010年9月车载智能终端的CAN协议设计及软件实现冯桑1,2,康迂福1,康林权1(1.广东工业大学机电工程学院,广东广州510006; 2.惠州市德赛集团有限公司 广东惠州516003摘要:设计了一种基于CA N总线的车载智能终端，用于实现行车信息的智能显 示和报警;根据SAE J1939标准自定义了 CA N的应用层协议,采用29位标识符的 扩展帧格式定义了标识符ID和数据域编码；并利用V isual C+6. 0进行软件编程, 完成了上位机与下位机之间的 RS -232串行口通信。关键词

2、:汽车;车载智能终端；CA N总线;应用层协议；人机交互中图分类号:U 463. 99文献标志码:A文章编号：1671-2668(2010 05-0030-03传统的汽车仪表功能过于简单，线路连接复杂，成本过高，已不能满足现代汽车 的需要。CAN (控制器局域网 总线技术的出现，成功解决了上述问题，汽车仪表正在 向车载智能终端发展。但由于CAN技术规范只定义了物理层和数据链路层,而没有定义应用层,国内尚未形 成统一的应用层协议标准。该文拟在满足功能要求的情况下 ，自定义CAN协议的 应用层,并应用在车载智能终端上。1系统总体方案设计在原有产品功能的基础上，增加行车信息显示及报警功能。每个 CA

3、N节点能 接收来自各种传感器的信号,经过A/D转换将其传到CAN总线上;CAN总线根据 其识别码判别发送优先级，按照优先级从高到低将信号发送给 CAN通信节点；通信 节点接收到信号后将不同设备号对应的信息发送给车载PC机，使其显示在界面的对应位置。系统总体方案设计如图1i血-铀汀卩霜b代扶比口乍r Wf即! 蛊 HontfUGkAGq*VII uKpn所示。图1车载智能终端系统整体方案设计2 CA N通信协议应用层的制定CAN报文有两种不同的帧格式，一种是具有11位标识符的标准帧，另一种是具有29位标识符的扩展帧。车载智能终端系统采用扩展帧格式，其结构见图2vcsqcujjc onui町 f

4、|cclomicpub:Mcu|crucbnpjRpiuS Hn2cVII斗即畀Qi。图2扩展帧的结构帧起始（SOF :标志数据帧和远程帧的起始，由一个显性位组成。仲裁场:标准帧的仲裁场由11位标识符和远程发送请求位（RT R组成;扩展帧 的仲裁场由29位标识符和替代远程请求位（SRR、标识符扩展位（IDE和RT R位组 成。控制场:标准帧的控制场由数据长度代码、IDE位和保留位r 0组成;扩展帧的 控制场由数据长度代码和保留位r 0、r 1组成,数据长度代码指示数据域里的数据 长度,有效值为08。数据场:可包含08字节的数据。CRC校验场:由 CRC序列和CRC界定符（1位总第 140期 H

5、 ighw ay s &Automotive A p p l ications 31 隐性位 组成。应答场:长度为2个位,包含应答间隙和应答界定符。帧结束:每一个数据帧和远程帧均由一标志序列界定，此标志序列由7个隐性位 组成。2. 1 CAN工作原理简析CAN报文类型分为数据帧、远程帧、故障帧和过载帧，包含循环冗余检查、帧 检查、应答错误、总线检测和位填充五种检查错误的方法。当CAN总线上的一个节点（站发送数据时，它以报文形式广播给网络中所有节 点。对每个节点来说，无论数据是否是发给自己的，都对其进行接收。每组报文开头 的11位字符为标识符（扩展帧格式为29位,定义了报文的优先级,二进制的数值

6、越 小,优先级越高。在同一系统中，标识符是唯一的，不可能有两个站发送具有相同标识符的报文。 当几个站同时竞争总线读取时，这种配置十分重要。当一个站要向其他站发送数据 时,该站的CPU将要发送的数据和自己的标识符传送给本站的CAN芯片,并处于准备状态；当它收到总线分配时，转为发送报文状态。CAN芯片将数据根据协议组织成一定的报文格式发出，这时网上的其他站处于 接收状态。每个处于接收状态的站对接收到的报文进行检测，判断这些报文是否是发给自己的，确定是否接收处理。CAN总线是基于总线访问、仲裁、错误标志、编 码/解码和超载标注基本规则进行通信协调的。2. 2自定义应用层协议下位机各智能数据采集节点采

7、集车况信息，通过CAN总线把信息传输给上位 机。要使信息顺利、准确地进行传输，就必须严格遵守CA N通信协议和报文帧结 构,如CAN2. 0A、CAN2. 0B协议。系统的硬件部分 CAN控制器和CA N总线收 发器实现CAN总线的数据链路层协议和物理层协议，但这只是一个底层规范，还需 定制简单应用层协议。2. 2. 1标识域定义在CAN扩展帧格式里，标识符由ID28ID0组成（见表1 ,这些位的发送顺序是 从ID28到ID0,最高7位ID28ID22不能全是隐性1。标识符的分配方案首先要满 足节点及报文对优先级的要求，同时尽可能地利用标识符加载有关信息，减少它们在 数据域内占用的空间。根据

8、CAN仲裁的特点和一般汽车结构特点对 CAN的29位 标识符进行设主控节点车速转速水温油温电池电压车内温度车外温度行驶时间A BS检测安全气囊检测设备类型主控节点车灯节点编码名称设备类型编码具体设备编码标识符ID I D28ID24I D23ID20公路与汽运计,设计中作一定的保留，以备将来扩展。表1标识符ID的定义定义主控节点车灯节点标识符 ID ID19ID16ID15ID0定义车门节点预留未定义2. 2. 2数据域定义CAN报文数据域编码是该系统应用层协议定义的主体，采用分级方式进行编码。本协议中数据域编码只有1个字节，而CAN2. 0协议数据域可达8个字节，所以 具有很大的扩充性（如表

9、2所示。表2数据域编码分配位置 D7D5D4D1编码名称状态编码分配位置D0（1设备类型编码对设备类型进行归类划分（如表3所示。表3设备类型编码编码001010设备类型车门节点编码011（2具体设备编码是对总线上每个具体设备进行编码，从而制定相关的报文格式 （如表4所示o表4具体设备编码设备名称车灯节点左转向灯右转向灯近光灯远光灯倒车灯制动灯前左雾灯前右雾灯后雾灯警示灯车门节点左前车门右前车门左后车门右后车门雨刷000100100011010001010110011110001001101 编码(3状态编码用于说明车门和车灯开关状态及仪表的控制流方向。当此位为1时，表示车门开、车灯亮、控制流方

10、向是输入；为零时则相反。32公路与汽运H ighw ay s &Automotive A p p l icati ons第5期2010年9月3系统软件设计3. 1软件功能设计车载智能终端系统软件功能设计的任务主要包括两方面：(1行车信息采集及显示。需要在主界面中增加一个行车信息显示按键，采用触摸屏对各项功能进行切换操作。进入行车信息页面，其中包含车速、油温、油量等仪表显示,各车门的开关状态显示，ABS、安全气囊等的开关显示和各车灯的开关 情况。(2报警功能。在设置界面中增加报警设置，包括车速、水温、油温、电池电量 和油量等报警设置。系统主界面布局和设置界面见图 3、图4 DVDUSB 接口倒车

11、 雷达位图（底层）1导航 (GPS)蓝牙厅车 倍息（点击不同的 丁按键进入相 rt1 应的界面）L收音机设置退出r 3.,:i5V21yC9|CLUJC 。打山引 CCfLOJJlC IddgHI#ipl隅川uR | |onLCCLACqVIJ M卽尼CP|u位机之间的RS-232串行口通信。MSComm控件提供功能完善的串口数据的发送和接收功能，其处理方式有两种（1事件驱动方式。由MSComm控件的On Com m事件捕获并处理通信事件及 错误。（2查询方式。通过检查 Co mmEv ent属性的值来判断事件和错误。MSComm控件通信功能的实现,实际上是调用API函数,而API函数是由Co

12、m m. drv解释并传给设备驱动程序执行的,只需知道M SCom m控件的属性和事件的 用法即可实现串口的操作。3. 3实验测试结果通过模拟CAN总线节点行为，向网络发送CAN总线帧报文。CAN总线根据 报文的ID值判别其发送优先级，按照优先级从高到低的顺序将报文发送给上位机 上位机接收来自CAN总线节点的信息，最后显示在行车信息界面上（见图5ycqcwic lonujs fjcciiouicyipjRpiuS h仃胆*LCSCLACq*VII晒胛C円诡图5车载智能终端系统实验测试结果图3车载智能终端系统主界面布局（单位:心一DVDUSB 接口倒车 雷达位图（底层）1 1导航 (GPS)蓝牙

13、厅车 倍息（点击不同的 丁按键进入相 rt1 应的界面）L收音机设置退出r 3.,；i5V21yc9|cujjcCC（louicIddgHIptlb: 母如吒-cijk ruibnpi隅円廿&托VIIM 即“Cliinocm4结语该文设计的车载智能终端系统采用29位标识符的扩展帧格式，定义了 CAN协议的应用层，包括2个字节的标识符ID和1个字节的数据域编码，并预留了保留位， 以备将来扩展所需；利用V isual C+6. 0开发了上位机显示软件,实现了行车信息的 直观显示,并能对信息进行监控，实现报警功能。实验测试表明，报文的接收和发送 情况正常。参考文献：图4车载智能终端系统设置界面1吴诰珪.汽车电子控制技术和车内局域网M .北京：电子工业出版社,2006. 2康林权.基于CA N总线的车载信息显示实验平台设 计D .广州:广东工业大学,2010.3余刚.基于CAN总线的车身网络实验平台设计研究D.广州:广东工业大学,2010.4 Philips Semico n ducto rs. CAN specificati o