适用于汽车性能检测系统的CAN总线应用层协议设计与实现.doc

适用于汽车性能检测系统的CAN总线应用层协议设计与实现＊
谢东坡，周亮，颜永福
（重庆车辆检测研究院国家客车质量监督检验中心重庆，401122）
摘要：借鉴其它CAN总线应用层协议的优点，设计适用于汽车性能检测系统应用的CAN总线应用层协议—xCAN。主要从报文定义、数据通信和网络管理三个方面进行讨论，并给出了一个应用实例，结果表明xCAN协议应用于汽车性能检测系统是可行的。
关键词：CAN总线，应用层协议，汽车性能检测系统
ResearchandRealizationofCANBusApplicationLayerProtocolforVehiclePerformancesTestingSystem
XieDongpo，ZhouLiang，YanYongfu
（ChongqingVehicleTest&ResearchInstitute
NationalAutoQualityTestCenter,NationalMotorcycleQualityTestCenter，ChongQing,401122）
Abstract:referencingotherCANapplicationlayerprotocol’sadvantages,AnewCANbusapplicationlayerprotocolnamedxCANforvehicleperformancestestingsystemwasdesigned.Theprotocolwasdiscussedinthreeparts:theassignmentofmessage,thedatacommunicationandthenetworkmanagement.Thenatypicalapplicationwasintroduced,andtheresultsprovexCANisapplicableforvehicleperformancestestingsystem.
Keywords:CANbus,Applicationlayerprotocol,vehicleperformancestestingsystem
1引言
CAN总线已经成为全球范围内最重要的现场总线之一，甚至领导着串行总线的发展。虽然CAN具有诸多优点，但CAN本身并非一个完整的协议，只包括物理层和数据链路层两个底层协议，要进行高效率的通信还需要进一步开发应用层协议。目前，比较流行的CAN总线应用层协议有：主要有DeviceNet和CANopen两种，但由于这两种协议是基于通用性的，其标准结构复杂、开发难度较大且价格不菲，对于一些并不复杂的基于CAN总线的测控网络不太适合[1-3]。本文针对一个基于CAN总线的汽车综合性能测试系统，参考DeviceNet、CANopen和iCAN协议，提出一种适用于汽车检测系统开发的应用层通信协议—xCAN。

2汽车性能检测系统用CAN总线应用层协议的设计
基于CAN总线的汽车综合性能测试系统的结构框图如图2.1所示。

主控模块

汽车性能
参数获取
模块1
汽车性能
参数获取
模块2

CAN网络
匹配电阻
匹配电阻
Internet

人机交互
汽车性能
参数获取
模块N

……

图2.1：汽车综合性能测试系统
系统中有一个主控模块和多个汽车性能参数获取模块，各个模块间以CAN总线连接，为一主多子节点结构。其基本工作原理是：各个子节点完成多种汽车参数的获取，并将参数通过CAN总线发送给主控节点，主控节点对来自各个子节点的数据进行相关处理后，通过以太网实时发送给上位机，以实现对汽车参数的实时监测，这就要求CAN总线通信系统具有较高的可靠性。为了设计一套简洁可靠的应用层协议，主要考虑一下几个方面：（1）CAN报文的定义：规定CAN报文中标识符以及数据部分使用的规则具体意义；（2）数据通信的实现：规定了网络中报文数据传输的规则；（3）网络管理：对于网络中设备的控制以及运行状态的监控。下面将就以上几个方面进行详细讨论。
2.1xCAN报文的定义
对CAN报文格式进行合适的定义，可以使CAN报文组成元素具有其特定的功能和意义，CAN报文格式定义包括报文标识符和报文数据部分的分配两方面。需要说明的是：在xCAN中只使用了扩展帧的CAN报文格式，对标准帧格式的报文并无定义和使用。
因错位帧和超载帧有硬件自动发送，设计中直接面临的是数据帧和远程帧，而汽车性能检测系统中远程帧使用较少，因此仅介绍与设计密切相关的数据帧表示符的定义。CAN扩展帧共有29位标识符，包含功能ID、目标节点ID、源节点ID、帧总数ID和帧编号ID，其具体定义如表2.1所示。
表2.1（a）：11位标准标识符定义
ID10ID9ID8ID7ID6ID5ID4ID3ID2ID1ID0功能ID目标节点ID