基于CAN总线的汽车车灯控制网络的软件设计

1、相关论文（电子版）；2、SJA1000 手册；3、现场总线总线技术；杨春杰 王曙光, 北京航空航天大学出版社，2009；4、轻松入门现场总线总线；李真花 崔健，北京航空航天大学出版社，2011；1、计算机一台，相关编程环境；2、现场总线实验板（单片机和 SJA1000 芯片）；3、相关的图书资料。每周听取学生工作汇报，并进行专门指导至少 12 次；随时解决学生设计中遇到的问题。无主要参考书目(资料)主要仪器设备及材料论文(设计) 过程中教师的指导安排对计划的说明1.本课题所涉及的问题及应用现状综述在众多汽车网络标准的主流协议中，本设计采用了高性能、低成本的现场总线总线网络协议。深入研究现场总线网络协议的技术规范，描述了现场总线总线的分层结构中的数据链路层和物理层。简要介绍了现场总线总线的一些基本概念和基本组织规则，详细阐述了现场总线总线的报文、帧格式，错误类型以及检测错误能力。提出一种通用模块化试验板的软、硬件设计思想，完成了中央节点和四个车灯节点的试验板硬件电路设计，实现了基于把四个车灯控制系统作为现场总线节点直接连接到现场总线总线网络中，再接上一个中央控制节点，即可实现基于现场总线总线的汽车车灯控制网络。汽车网络是计算机网络技术和工业现场总线控制技术在汽车中应用的结果。汽车网络控制是研究如何利用总线数据通信原理实现现代汽车中各个独立电子系统和控制装置间控制信息传递通道的简洁互连，实时、可靠的数据交换及综合协调控制的一门最新技术。它是以科学、合理的数据通信协议及支持这样协议的大规模集成电路器件为基础的。汽车电子控制采用网络化设计可大大降低设计成本，缩短设计周期，其经济效益是十分明显的。因而最初只属于高档车的网络概念，现已逐步扩展到大批量生产的经济型车上。今天网络化的电子系统己成为所有级别汽车中至关重要的部件。2本课题需要重点研究的关键问题、解决的思路及实现预期目标的可行性分析关键问题：理解现场总线网络的分层结构、现场总线总线的报文及其帧格式、现场总线总线中的错误处理以及位定时要求四个方面对现场总线总线网络协议的技术规范进行了详细介绍,深入分析了报文格式中的数据帧、远程帧、过载帧和帧间空隙，指出了它们之间的区别和联系，而且描述了各帧的结构和帧中各个位的意义和作用。解决思路：掌握汇编语言的基本知识，分析算法的性能指标通过仿真，熟悉软件编程的基本方法和思路。预期目标的可行性分析系统上电后，首先对微处理器 89C51 进行复位，复位后，89C51 对自身和现场总线模块进行初始化。之后，对于主控节点和各车灯节点要设计不同的程序:主控节点主要负责传输控制信号到现场总线总线，各车灯节点负责从现场总线总线上接收信号。通信过程报文传输可能会遇到问题。基于 CAN 总线的汽车车灯控制网络的软件设计目 录摘 要 .IABSTRACT .II1 引言 .12 汽车网络技术综述与发展 .22.1 汽车网络技术的发展历史 .22.2 现场总线总线的基本特点 .22.4 我国汽车网络及车灯控制系统的发展状况 .53 车灯控制系统的硬件设计 .73.1 车灯总成控制系统的功能描述 .73.2 MCU 的选择 .73.3 现场总线通讯控制器 .103.4 现场总线总线收发器 .124 现场总线总线的报文 .134.1 现场总线总线报文的数据帧 .144.2 现场总线错误帧 .155 系统的软件设计 .165.1 现场总线控制初始化程序 .165.2 报文的处理程序设计 .185.3 软件可靠性设计 .206 结论 .22致 谢 .23参考文献 .24基于 CAN 总线的汽车车灯控制网络的软件设计摘 要本设计对汽车网络控制技术的发展过程、应用及其网络拓扑进行了全面的介绍。系统地分析了各种不同侧重功能的汽车网络标准，并且深入对其主流协议进行了研究。在详细深入研究和分析了汽车网络技术的国际发展动态，结合我国汽车网络技术实际应用和未来发展状况，认为只靠技术引进不利于未来发展。应尽快吸收和研发具有自主知识产权的汽车网络协议和标准的汽车网络技术。在当今汽车网络标准的主流协议中，现场总线总线网络协议具有低成本、高性能的特点。研究现场总线网络协议的标准，主要了解了现场总线总线的分层结构中的数据链路层和物理层。介绍了现场总线总线的一些基本概念，详细阐述了现场总线总线的报文、帧格式，错误类型以及检测错误能力。本设计提出一种通过软、硬件模块化设计思想，完成了中央节点和两个车灯节点的软硬件电路设计，实现了基于把两个车灯控制系统作为现场总线节点，再接上一个中央控制节点，即可实现基于现场总线总线的汽车车灯控制网络。关键词： 汽车网络；现场总线总线；汽车车灯控制网络基于 CAN 总线的汽车车灯控制网络的软件设计IAbstractConducted a comprehensive introduction to the vehicle network control technology development process, application and network topology. Systematic analysis of the automotive network standards for a variety of different focus, and depth to its mainstream protocols. Detailed in-depth study and analysis of international developments of the automotive network technologies, combined with Chinas automobile practical application of network technology and the future development that rely on the introduction of technology is not conducive to future development. As soon as possible to absorb and vehicle network technology R & D of automotive network protocols and standards with independent intellectual property.In the mainstream of todays automotive network standard agreement, the CAN bus network protocol with low-cost, high-performance characteristics. The study of the CAN network protocol standard, the main understanding of the hierarchical structure of the CAN bus data link layer and physical layer. Introduce some basic concepts of the CAN bus, elaborated on the CAN bus message, frame format, the type of error and testing error capacity.This paper presents a through soft, hardware, modular design, complete the circuit design of the central node and the two lights node hardware and software based control system of the two lights as a CAN node, followed by a central control node , you CAN control network based on CAN bus car headlights.Keywords： Automotive Network, CAN Bus, Automotive light control network基于 CAN 总线的汽车车灯控制网络的软件设计01 引言近几年科技的日新月异,尤其体现在计算机技术方面,体积超小,功能超强大。安全稳定能力的跨越提升，越来越依靠现场总线技术解决现实问题，传统复杂的现场连线慢慢地离开了人们的应用视野。取而代之的是现场总线。因为它的特点是结构简单造价低，所以用户乐于使用同时它为广大用户提供了优质安全的用户体验。现实操作现场有着各式各样的干扰，比如温度过高，湿度过大，粉尘过多，电磁辐射过大。随时会有不可抗拒的干扰，这就要求网络在运行时保持可靠性。可靠性包括了在自身运行时容许自己的错误，当有外界干扰时对其的抵抗。不仅对自身有要求，对信号的编码是否足够合理，信号传输时传输方式是否快捷。都有明确要求。能够在共用一样的应用层协议和赋予数据的汽车网络，能够让它成为一个“open 式环境”，它有很超强的自由性。由不同厂商生产的元器件都可以自由加入或离开，任何硬件和软件的环境几乎不需要做更改适应，这全部融合当今汽车应用实用的目标。所以汽车电子控制采用网络化设计可以以低的投入换取理想的实际效果。汽车行业认为，将来的车电子控制一定以网络技术为终极目标。八十年代控制研发的控制器局域网协议是由世界最著名的汽车零部件设产商之一的德国 BOSCH 公司制定出来的，因为其主流性并成为了国际标准世界范围内被各国汽车制造商普遍认同。早在 80 年代很多有名的汽车生产公司就投资于汽车网络技术的研发和实用。目前，网络标准已经被制定出很多，如 ISO 的 J1805、SAE 的VAN。由于在现代汽车电子化进程中现场总线很重要，需要我们自主研制现场总线协议应用在汽车产品，进一步实现产业化，虽然面临的挑战具但积极意义对于迎接我国汽车工业加入世贸组织增加信心。以缩国外汽车技术为参考，努力提高自身的竞争力，这是势在必行的发展方向。汽车网络技术综述与发展在不增加硬件设备的同时，还能保证各个功能的控制。并且像节能减排，节约制造成本的方向发展。越来越多的向模块化，智能化，小型化为发展研究努力，进而引入了现场总线。随着汽车行业的发展，现场总线车载网络技术也越来越成熟。它已成为汽车产业的一个技术关口。基于 CAN 总线的汽车车灯控制网络的软件设计12 汽车网络技术综述与发展在汽车网络应用的前期阶段中早期的汽车网络中，各个厂商都用自己的标准，大家都想在这个领域称雄称霸军阀割据，导致没有一个大家都认同的标准出现。这给用户带来了很大的麻烦。每个用户都要自己定义繁琐的通信协议用来串行通信的发送和接收器。没有统一的标准。汽车网路急需建立相互之间的联系。因为整个行业的发展需要大家联合，协助建立一个被大家接收的协议。2.1 汽车网络技术的发展历史汽车网络技术的研究与应用的初期辉煌在 1990，当时各个有实力重视研发的汽车生产商就花费很大的投资在研究中。其中应用作为汽车动力系统和车身电子系统最主要的应用网络，现场总线已经被欧洲汽车制造商广泛接受，同时它也正在为美国和远东的各汽车制造商所接受，用来构建汽车网络。虽然以往美国汽车制造商广泛使用 J1850 来构建车身网络，但目前 DaimlerChrVsler、Ford 和 General Motors(GM)等汽车制造商已经投入到现场总线总线的开发之中，而 J1 850 也正被现场总线所逐步取代。在远东，Toyota 已经在其汽车十采用现场总线总线连网，而其他的日本和韩国汽车制造商也正在积极跟进。2.2 现场总线总线的基本特点汽车上使用的高速网络系统的总线标准，特别是广泛使用的 iso11898 国际标准。该屏蔽或非屏蔽双绞线总线接口可以再极其严峻的环境中安全可靠正常的工作。在iso11898 标准建议，即使在双绞线电路两根线短路或地面，还要求汽车能够正常安全的工作。现场总线的数据传送方式位串行数据通信，通信速率在正常工作情况下1Mbs 为其最大。由位速率决定系统内现场总线其中任意两节点间的能正常传输的距离。在大部分实时控制现场 1 Mbs 传输速率是远远足够的。因为实际操作中传输距离小于四十米。现场总线总线以，实时监视、检查报文格式、填充循环冗余校验位，还有和高效检测错误的功能。可以达到误码概率小于 4.7e-11 的高精度。实现永久性故障的自动识别和干扰的短暂能力是运用了故障界定技术。关闭模式的现场总线是由于受到连续干扰。更重要的是接入现场总线网络时，脱离硬件或软件的与节点应用层修改。基于 CAN 总线的汽车车灯控制网络的软件设计2现场总线有如下基本特点：2.2.1 总线访问采用基于优先权的多主方式通过标识符（ID）标识的信息内容，遍历网络全部过程中，没有重复或相同的被标示的符号。报文传输过程中，每当接收一条信息后，就是通过标示符来判断这些信息是否与自己有关。如果有关的信息，它会被处理，否则忽略。这就是所谓的主模式。它的主要特点是下在理论上不受限制的网络号（其实是在限制电力负荷）中的一个节点，在传输相同的数据信息是可以被不同的节点采纳。ID 数值越小，其优先权反而越高。优先权是由标识符决定的。节点每当总线空闲时，信息将被重新自动传输。那个节点获得最高优先权，总线使用权将被这个节点获得。为保障这个节点传输，除了这个节点其他节点将被迫停止传输。2.2.2 非破坏性的基于线路竞争的仲裁机制总线上任一个潜在的冲突根据无破坏性机制进行总线仲裁。固定格式的帧是现场总线上主要的的信息传送方式，此帧在长度都为固定值。如果大于一个节点同时开始传输帧，并且总线的状态是空闲，由此引起的总线访问冲突是利用基于线路竞争的仲裁对标识符进行判别来解决的。仲裁机制可以保证既不会丢失信息，也不会浪费时间。优先权最高的帧的传输器将获得访问总线的权利。2.2.3 利用接收滤波对帧实现了多点传送所有节点都不用设置地址信息。帧接收滤波处理方法是接收器对信息的拒收或接受的处理方。信息被接收是否和接收器有联系用这个处理方法可以识别出来，所以接收器没何必要辨别出准是信息的传输器，反过来也是如此。2.2.4 支持远程数据请求通过传输一个远程帧，请求另一节点传输的数据帧可以满足数据需要，数据帧标识符指定相应的远程帧标识符为。2.2.5 数据一致性存在在全部过程里数据在全部过程里具相同特性。同时可以通过任意节点接收，也可以任何节点接收，可以实现在现场总线网络。因此，系统与数据相同特性功能，这个功能是使用处理故障方法与组播理论获得。2.2.6仲裁失败、或传输期间被故障损坏了的帧能自动重发任何正在传输节点数据和任何正在正常(或错误激活状态下)接收数据的节点都能对出现了错误的帧作出标记，并进行出错通报。这些帧会立即被放弃，此后，遵基于 CAN 总线的汽车车灯控制网络的软件设计3循系统所采取的恢复计时机制，它们将被适时重发。从检测出错误开始、到可以着手传输下一个帧为止的这段时间称为恢复时间，此后