（计算机应用技术专业论文）j1939汽车通信平台的设计与实现.pdf

摘要 在汽车工业领域，电子化的趋势和日益复杂的汽车软件控制系统，要求生产 厂商采用组件化，具有标准接口和互通性的汽车电子开发平台。本论文就针对这 个领域，以国内唯一通过0 s e l d x 国际认证的嵌入式实时操作系统s m a r t o s e k o s 为基础，分析现有的汽车网络通信协议，探讨如何协同汽车中大量的电子控制 单元，使其具备信息交互功能。本论文主要工作集中在以下几点： 首先，系统的分析了j 1 9 3 9 的系统架构和各个层次：基于c a n 总线的物理层， 数据链路层，网络管理层和汽车应用层；阐明了j 1 9 3 9 中的标志符格式和用法、 三种通信方式、如何发送和接收消息对e c u 的设计要求，网络拓扑结构等技术 特点；并且与几种当前流行的汽车网络通信协议进行比较，得出了它们之间的关 系，最后完整的实现了j 1 9 3 9 协议，把它应用到o s e k 操作系统上： 另外，结合目前国际商用汽车操作系统通信网络零散工具所具备的功能，整 合成了一整套专门针对j 1 9 3 9 的开发工具，包括：自动代码生成工具，定制j 1 9 3 9 的各种参数信息，自动生成相关代码：m a k e f i l e 自动生成工具，避免了手工编写 带来的麻烦；编辑、编译和调试工具，用户可以方便编写代码，快速发现潜在的 错误；图形建模工具，把操作系统、电子控制单元、通信总线等封装成图形模块， 支持图形模块的属性配置和互操作；在线仿真工具，模拟j 1 9 3 9 网络消息发送和 接收的情况，观测总线的占用率等。 。 j 1 9 3 9 汽车通信平台支持基于模型的v 字形开发流程，极大方便了搭建j 1 9 3 9 车载网络，加快了工程师的开发进度，在以下三个方面取得了较大的突破： 是国内第一次对j 1 9 3 9 通信协议的系统分析和完整实现； 研制了国内第一套完备的j 1 9 3 9 车载网络配套开发工具； 把j 1 9 3 9 汽车通信平台放在了符合o s e k 标准的操作系统上。 本文得到以下项目的资助：国家高技术研究发展计划( 2 0 0 3 a a l z 2 1 4 0 ) “支 持汽车电子的嵌入式软件平台”，和国家高技术研究发展计划( 2 0 0 4 a a l z 2 1 8 0 ) “支持数字化设备的嵌入式软件平台”。 关键词： 汽车电子，车载网络，j 1 9 3 9 通信协议，自动代码生成，基于模型的开发 第1 页共9 1 页 a b s t r a c t i nt h ef i e l do fa u t o m o t i v ei n d u s t r y m o r ea n dm o l ee l e c t r o n i cc o n t r o lu n i t s ( e c u s ) a p p e a ri nm o d e r nv e h i c l e s ，e n f o r c i n gm a n u f a c t u r e r st oa d o p tc o m p o n e n t b a s e d a u t o m o t i v ee l e c t r o n i cd e v e l o p m e n tp l a t f o r mw i ms t a n d a r di n t e r f a c e m yg r a d u a t e t h e s i sc o n c e n t r a t e so nt h e & l do fa u t o m o t i v ei n d u s t r y a n a l y z e sc u r r e n ta u t o m o t i v e n e t w o r kp r o t o c o l s ，a n dd i c u s s e sh o wt oc o o r d i n a t ea n dc o n n e c tn u m e r o u se c u st o m a k et h e mc o m m u n i c a t ec o n v e n i e n t l y t h ec h i e f w o r kc a r tb eg e n e r a l i z e da sf o l l o w s ： f i r s t l y ，w er e s o l v et h eh i e r a r c h ya n da r c t e c t u r eo fj 1 9 3 9p r o t o c 0 1 i tc a nb e d i v i d e di n t o3l a y e m ：p h ，s i c a ll a y e rb a s e do nc a n b u s ，d a t al i n kl a y e r ，n e t w o r k m a n a g e m e n tl a y e r ，a n dv e h i c l ea p p l i c a t i o nl a y e r ，w i t h3a p r o a c h s o fm e s s a g e s e n d i n g ：d i r e c t , c o n n e c t i o n - o r i e n t e ds e n d i n ga n db r o a d c a s t i n g ；t h e n , w ec o m p a r e j 1 9 3 9w i t hs e v e r a lp r e v a l e n ta u t o m o t i v ep r o t o c o l so ne f f i c i e n c ya n da p p l i c a b i l i t y ； f i n a l l y ，w er e a l i z ej 1 9 3 9p r o t o c o la n dp u ti to no s e k v d xo p e r a t i n gs y s t e m s e c o n d l y ，w ea l s od e v d o pas e r i e so fa c c e s s o r i a lt o o l sf o rj 1 9 3 9n e t w o r k ， i n c l u d i n g ：c o n f i g u r i n ga n dc o d ea u t o - g e n e r a t i n gt o o l ，w h i c hf a c i l i t a t e sc u s t o m i z i n g p a r a m e t e r so fe c u sa n dg e n e r a t e sc o r r e s p o n d i n gc o d ea u t o m a t i c a l l y ；m a k e f i l e a u t o g e n e r a t i n gt o o l ，w h i c ha v o i d st h et r o u b l e s o m em a n u a lw o r k ；e d i t i n g ，c o m p l i n g a n dd e b u g g i n gt o o l ，w h i c hd e c r e a s e st i m eo fc o m p l i n ga n db u gf i x i n g ；m o d e l i n gt o o l ， w h i c he n c a p s u l a t e se c u s ，o s ，c o m m u n i c a t i o nb u s e sa sg r a p h i c a lc o m p o n e n t s ；a n d s i m u l a t i o nt o o l ，w h i c hs i m u l a t e st h eo n l i n es t a t u so f j l 9 3 9n e t w o r k j 19 3 9a u t o m o t i v ec o m m u n i c a t i o np l a t f o r m ，w h i c hs u p p o r t sm o d e lb a s e dd e s i g n ( m b d ) m e t h o d ，m a k e sb r e a k t h r o u g h si nt h ef o l l o w i n ga s p e c t s ： s ”e m a t i c a l l ya n l y z ea n di m p l e m e n tj 1 9 3 9p r o t o c a lf i r s to f a l li nc h i n a d e v e l o p as e r i e so f a c c e s s o r i a lt o o l st oh e l pq n i c k l ye s t a b l i s hj 1 9 3 9n e t w o r k p u tj 1 9 3 9a u t o m o t i v ec o m m u n i c a t i o np l a t f o r mo no s e k o p e r a t i n gs y s t e m t h i st h s i sr e c e i v e dr m d sf r o m ：h i t e e hr e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n tp r o g r a mo f c h i n a ( 8 6 3p r o g r a m ) 2 0 0 3 a a l z 2 1 4 0 ”a n d “2 0 0 4 a a l z 2 18 0 ” k e y w o r d s ： a u t o m o t i v ee l e c t r o n i c s ，j 1 9 3 9 ，a u t o m a t i cc o d eg e n e r a t i o n m ，m o d e lb a s ed e s i g n 第2 页共9 1 页 浙江大学硕士学位论文 j 1 9 3 9 通信平台的设计与实现 第1 章绪论 1 1 应用背景：汽车电子 1 1 1汽车电子化的现状 汽车电子化是现代汽车发展的重要标志之一。目前世界每辆汽车采用电子装置 的情况已成为衡量这部汽车水平高低的主要标志。未来汽车市场的竞争是汽车电子 化的竞争。八十年代以来，国外应用计算机技术和微电子技术，推出了具有多种检 测和控制功能的汽车电子系统，使汽车的性能和质量得到巨大的提高，并且还解决 了汽车环保生态问题。可以说，近十几年来汽车工业的技术进步很大程度上是应用 电子技术，特别是嵌入式技术的结果。到目前为止，每辆汽车内部都含有大量的电 子系统和软件程序。( 如图表1 1 所示) 图表1 - 1 t 汽车内的各种电子系统 据美国通用汽车公司报道，至九十年代初，美国汽车平均每年装备汽车电子产 品为8 6 1 美元，若按此水平对我国2 0 1 0 年轿车所装汽车电子装备进行计算，则年 需2 8 0 亿元人民币的电子产品装备。4 0 0 万辆轿车，到时我国还将拥有近4 0 0 0 万 辆社会车辆，它们该补充装备的电子产品达2 8 0 0 亿元人民币。因此，汽车电子工 业是一个潜力巨大的产业，人们普遍看好汽车产业和电子信息产业的结合将为汽车 制造业带来新的增值空间。 第6 页共9 l 页 浙江大学硕士学位论文 j 1 9 3 9 通信平台的设计与实现 1 1 2 汽车电控软件面临的挑战 随着全球汽车行业竞争的加剧，汽车电子产品和软件市场已经成为国际汽车巨 头开展竞争的新战场；而同时随着汽车电子系统复杂度的提高，以往一个企业单打 独斗、“垂直综合型”产品开发模式已经很难满足复杂开发任务和成本目标的需要。 汽车电子化进程带来的新问题可概括如下； 随着车载控制系统日益先进和复杂化，软件开发工程师所面临的工作量和压力 也越来越大。据专家估计，每辆汽车投入的软件开发工数( 时问及人力) 在2 0 1 0 年将达到2 0 0 2 年的5 1 0 倍。 汽车电子系统设计复杂化和单个企业“垂直综合型”开发模式造成了可靠性隐 患，从而导致汽车因安全隐患被“招回”的现象频繁发生。一些国际顶级汽车 制造商已经因此倍感痛苦。 随着大量的嵌入式产品涌向市场，汽车产品开发商将面临着激烈的市场竞争。 谁能在最短的时间内推出高质量的产品，谁就能抢占先机。缩短开发周期，提 高开发效率，成为汽车产品开发商重点关注的问题。 上述问题归结到一点，就是车用控制软件缺乏重用性和兼容性。在开发和管理 与应用不相关的控制单元软件时，尤其是像用于汽车的嵌入式操作系统内核等软 件，存在重复的巨额开销。因为不同的接口和协议，不同厂商生产的控制单元没有 兼容性。如果能规范不同供应商之间汽车电子产品和元器件的互通性，实现汽车电 控软件的接口标准化，那么汽车电子行业就可建立国际间广泛的合作关系，分享汽 车电子领域的技术积累，向“水平分业型”开发方式转变，从而缩短产品开发时间、 降低开发成本，从根本上提高产品的可靠性。 国际业界早已着手开始解决这些问题。提出于1 9 9 3 年的o s e w d x 体系，它 的开放式体系结构提供了标准化接口。经过十多年的发展，o s e k v d x 已经引起 了全球的强烈关注。它的主旨是从已有软件的可移植性、可扩展性和可重用性角度 出发，采用基于标准化接口和协议的构件化、模块化设计。同时，o s e k v d x 还 允许不同供应商把不同的模块集成在汽车电控系统中。 汽车电子控制系统具有投资较大、开发周期长、技术难度大等特点，虽然中国 已有一些企业从事技术研发，但还没有形成产业化，因此这一行业还没有发展起来。 特别是如今市场上面对的都是国外实力强大的跨国汽车电子公司，加上国内电子行 业对汽车电子控制系统所知有限，先天不足加上后天发展不足，这些都会影响国内 汽车电子产业化进程。 第7 页共9 l 页 渐扛大学硕士学位论文 j 1 9 3 9 通信平台的设计与实现 1 2 技术背景：车载网络 随着电子技术、信息技术在汽车中的融合，以燃油电子喷射、a b s 、电子行驶 稳定系统e p s 等集机械、电气和电子一体为代表的现代汽车技术在已日益得到普 及，与这些技术密切相关的汽车内部通信网络，或称车载网络，也随之在大部分汽 车设计中广泛应用。据统计，近两年在中国下线，售价在6z f ：元 2 0 万元之间的 轿车中都能发现车载网络的踪影。 1 2 1车载网络的特点 车载网络是汽车内部各电子控制单元( e c u ) 之间进行信息交互的桥梁具备网 络信息交互功能是现代汽车电子技术的主要特性。汽车上安装的几十个嵌入式微控 制器和上百个传感器，需要共享和传递大量的信息，导致车身布线庞大而且复杂， 安装空问紧缺，运行可靠性降低，故障维修难度增大，车载网络可以将各个电子设 备连接起来，实现数据共享，完成复杂的智能控制和故障诊断，大大提高整车的性 能和可靠性。 车载网络主要通过现场总线技术来创建。现场总线是将最底层的现场控制器和 现场智能仪表设备互连的实时控制通信网络，遵循i s o 的o s i 开放系统互连参考 模型的全部或部分通信协议。它具有开放性和可互操作性，彻底的分散性以及低成 本等特点。而众多现场总线中，以控制器局域网( c o n t r o l l e r a r e a n e t w o r k c a n ) 在车载网络中应用得最为广泛。 c a n 最初是针对汽车工业设计的串行网络，由德国b o s c h 公司基于梅塞德 斯( m e r c e d e s ) 公司提出的三个e c u 组成的通信系统的需求于1 9 9 3 年推出，应用 于汽车监控、_ 丌关量控制、制造业等，现在已经广泛应用于嵌入式系统以及微控制 器网络。它是双绞线半双工，高速网络系统并且适用于使用短消息的高速应用。 介质访问方式为非破坏性位仲裁方式，适用于实时性要求很高的小型网络，且开发 工具廉价。它具有较好的健壮性，可重用性以及继承于半导体工业的大量优点。 m o t o r a l a 、i n t e l 、p h i l i p s 均生产独立的c a n 芯片和带有c a n 接口的8 0 c 5 1 芯片。 c a n 型总线产品有a b 公司的d e v i e e n e t 、台湾研华的a d a m 数据采集产品等。 1 2 20 s e k 通信模型 o s e kc o m 规范的目的是要在汽车内部通信的接口和协议上达成一致。它只 是一个概括的通信标准，可以作为很多不同汽车内部通信协议的标准。另外的目的 是一个概括的通信标准，可以作为很多不同汽车内部通信协议的标准。另外的目的 第8 贞共9 l 页 浙江大学硕士学位论文j 1 9 3 9 通信平台的设计与实现 1 2 技术背景：车载网络 随着电子技术、信息技术在汽车中的融合，以燃油电子喷射、a b s 、电子行驶 稳定系统e p s 等集机械、电气和电子一体为代表的现代汽车技术在已日益得到普 及，与这些技术密切相关的汽车内部通信网络，或称车载网络，也随之在大部分汽 车设计中广泛应用。据统计，近两年在中国下线，售价在6 万元2 0 万元之间的 轿车中都能发现车载网络的踪影。 1 2 1车载网络的特点 车载网络是汽车内部各电子控制单元( e c u ) 之间进行信息交互的桥梁，具备网 络信息交互功能是现代汽车电子技术的主要特性。汽车上安装的几十个嵌入式微控 制器和上百个传感器，需要共享和传递大量的信息，导致车身布线庞大而且复杂， 安装空间紧缺，运行可靠性降低，故障维修难度增大，车载网络可以将各个电子设 备连接起来，实现数据共享，完成复杂的智能控制和故障诊断，大大提高整车的性 能和可靠性。 车载网络主要通过现场总线技术来创建。现场总线是将最底层的现场控制器和 现场智能仪表设备互连的实时控制通信网络，遵循i s o 的o s i 开放系统互连参考 模型的全部或部分通信协议。它具有开放性和可互操作性，彻底的分散性以及低成 本等特点。而众多现场总线中，以控制器局域网( c o n t r o l l e r a r e a n e t w o r k ，c a n ) 在车载网络中应用得最为广泛。 c a n 最初是针对汽车工业设计的串行网络，由德国b o s c h 公司基于梅塞德 斯( m e r e e d e s ) 公司提出的三个e c u 组成的通信系统的需求于1 9 9 3 年推出，应用 于汽车监控、开关量控制、制造业等，现在已经广泛应用于嵌入式系统以及微控制 器网络。它是双绞线，半双工，高速网络系统并且适用于使用短消息的高速应用。 介质访问方式为非破坏性位仲裁方式，适用于实时性要求很高的小型网络，且开发 工具廉价。它具有较好的健壮性，可重用性以及继承于半导体工业的大量优点。 m o t o r a l a 、i n t e l 、p h i l i 口s 均生产独立的c a n 芯片和带有c a n 接口的8 0 c 5 1 芯片。 c a n 型总线产品有a b 公司的d e v i e e n e t 、台湾研华的a d a m 数据采集产品等。 1 2 2o s e k 通信模型 o s e kc o m 规范的目的是要在汽车内部通信的接口和协议上达成一致。它只 是一个概括的通信标准，可以作为很多不同汽车内部通信协议的标准。另外的目的 第8 页共9 1 页 浙江大学硕士学位论文 j 1 9 3 9 通信平台的设计与实现 是要提供标准化的软件通信接口以降低应用程序和特殊类型的媒介间的耦合度，以 便能够方便软件在不同通信平台间的移植。因此o s e kc o m 不与c a n 协议相关 联，也没有直接支持优化c a n 通信所需的不同的c a n 属性。 图表1 - 2 展示了o s e kc o m 的概念模型及其在o s e k 体系中的位置。但是它 并非o s e kc o m 的具体实现。 图表1 - 2 ：o s e kc o m 概念模型 o s e kc o m 的实现基于图1 3 所示的层次模型：( 设备驱动和物理层并没有 在o s e kc o m 规范中提及，他们取决于采用的协议并且是依赖于具体实现的) 1 交互层 交互层提供了o s e kc o m 的应用程序接口。应用程序接1 3 包括了发送消息的 服务( 发送和接收操作) 。对于外部通信，交互层使用低层提供的服务处理，然而对 于内部通信则全部由交互层处理。 2 ，网络层 网络层依赖于使用的通信协议，处理消息的分割、重组和确认。提供了流动的 第9 页共9 1 页 浙缸大学硕士学位论文j 1 9 3 9 通信平台的设计与实现 控制机制使得通信方的接口有不同的性能和处理层次。网络层使用数据链路层提供 的服务。o s e kc o m 没有详细说明网络层，仅仅为网络层定义了支持交互层的最 小的需求。 3 数据链路层 数据链路层给上一层提供不确认的单个数据包在网络上的传送。另外，它也为 网络管理提供服务。o s e kc o m 没有详细说明数据链路层，仅仅定义数据链路层 的支持交互层所有特性的最小需求。 o s e k c o m 层次模型 厂应雨层 广爻互层 i s o o s i 模型 应用层 覆不层 会话层 传输层 网络层 数据链路层 物理层 图表1 - 3 ：o s e kc o m 层次模型 国外汽车厂商已广泛采用现场总线技术构建车载网络；而在国内车载网络的开 发研究则刚刚起步。由于技术保密的原因，国外厂商的网络协议都是不对外公开的， 对国内企业造成了技术壁垒。本文研究的“嵌入式实时操作系统s m a r t o s e k 通信 模块”将采用c a n 总线技术来实现其通信功能。 1 3 项目背景：s m r t o s e k 系统 针对我国汽车电子领域的汽车动力总成电子控制系统的自主国产需求，浙江大 学和一汽联和开发了符合o s e k j v d x 标准的车载操作系统s m a r t o s e k 。浙江大学 嵌入式实验室利用开放源码机制，结合实验室本身在嵌入式操作系统方面的技术积 累，研发一套面向汽车电子的、参照欧洲o s e k 标准的嵌入式实时操作系统，通过 裁减与移植，支持多种国际主流处理器的、实现超微型实时安全的汽车电子嵌入式 操作系统。操作系统内核实现可抢占式内核，多种实时调度机制，满足实时性要求 高的汽车电子产品。基于该平台，研制开发大型卡车的动力总成电子控制系统，形 成行业标准与规范，提升我国汽车电子领域嵌入式软件自主开发能力，取得显著的 经济效益和社会效益。 第1 0 页共9 i 页 浙江大学硕士学位论文j 1 9 3 9 通信平台的设计与实现 1 3 1o s e k v d x 标准概述 随着汽车中大量采用电子控制系统，汽车已经全面进入电子化时代。在汽车生 产中，不仅需要解决提高产品质量和生产效率，增加汽车安全性的问题，还面临着 汽车中软件含量增加、在操作系统和网络通信方面重复开发、软件工程师的工作效 率不能满足高质量产品的需求等诸多问题。 为此，欧洲汽车行业在2 0 世纪9 0 年代中期开发了一套用于汽车电子的开放式 系统标准一一o s e k v d x ( o f f e n es y s t e m eu n dd e r e n s c h n i t t s t e l l e nf u rd i e e l e k t r o n i ki mk r a t 强a h r z e u g v e h i c l ed i s t r i b u t e de x e c u t i v e ) 。这是用于分布式实时控 制系统的一组标准，核心部分包括操作系统( o s ) 、通信( c o m ) 、网络管理( n m ) 和o s e k 实现语言( o i l ) 四个标准。这些标准是欧洲汽车行业先进开发技术的总 结，提供了将各种先进汽车电子设备有机集合在一起的网络化嵌入式计算机系统的 开发规范，使汽车行业的各种软件能够兼容与协作开发，有利于提高汽车软件的开 发效率。 o s e l d x 标准推出后，很多汽车软件提供商推出了符合这一标准的操作系 统产品。比较有代表性的产品有w i n dr i v e r 公司的o s e k w o r k s 、m e t r o w e r k 公司 的o s e k t u r b o 、v e c t o r 公司的o s c a n 、l i v e d e v i c e s 公司的r t a 、北京西曼公司 的p o w e r o s e k 。现在o s e k v d x 实际上已经成为汽车电子控制软件开发的行业标 准。虽然o s e k v d x 最初是为汽车工业开发的，但随着规范的不断成熟和完善， o s e k v d x 已经被越来越多的行业所接受，适用于大多数强实时控制系统的开发。 现在i s o 国际标准化组织正在将其制定成国际标准。浙江大学嵌入式系统工程实验 室也自主开发出了一套符合o s e k v d x 标准的嵌入式实时操作系统s m a r t o s e k ， 并在此基础上研制一套嵌入式软件开发平台s m a r t l d e 。目前s m a r t o s e k 已经通过 了o s e k 官方组织的认证，成为国内第一家通过该组织认证的操作系统。 完整的o s e l 洲d x 标准定义了七个方面的内容： o s e ko s ：o s e k 操作系统标准，定义了用于e c u 控制系统开发的操作系统 服务接口和实现机制。 o s e kc o m ：o s e k 通信标准，定义了单个e c u 上任务之间交换数据，以及 汽车网络中e c u 之间交换数据的接口和方法。 o s e k n m ：o s e k 网络管理标准，定义了监控网络上e c u 节点的方法和应用 程序接口。 第1 1 页共9 l 页 浙江大学硕士学位论文j 1 9 3 9 通信平台的设计与实现 o s e ko i l ：o s e k 实现语言，用于应用系统实现的静态配置。用o i l 描述的 应用控制系统可以方便地在各种符合0 s e i w d x 标准的操作系统上移植。 o s e k o r t i ：o s e k 运行时接口，定义了调试和监控工具在运行时访问o s e k 组件的接口。 o s e k t i m e ：o s e k 基于时间触发的操作系统标准，是o s e ko s 标准的扩展， 定义了操作系统时间触发的实现机制和时间服务。 f t c o m ：o s e k 容错通信机制。定义了具有容错通信的实现机制和服务和编程 接口。 在上述内容中，o s e k o s 、o s e k c o m 、o s e k n m 和o s e k o i l 是o s e k v d x 标准的核心内容，而o s e ko r t i 、o s e k t i m e 和f t c o m 是三个附加标准。目前符 合o s e l ( d x 的操作系统产品都针对四个核心标准进行了实现。 实时控制系统的可调度性分析受到多方面因素的影响，其中最重要的是系统所 采用操作系统平台。操作系统的任务调度策略、资源访问控制方式，以及可能采用 的容错机制将直接影响系统中任务运行的时序和响应时间。 1 3 2s m a r t o s e k 操作系统和平台 图表1 - 4 ：符合o s e k o s 标准的、实时安全的嵌入式操作系统内核结构 s m a r t o s e k 系统和平台包括嵌入式操作系统s m a r t o s e k o s 、符合o s e k c o m 第1 2 页共9 1 页 浙江大学硕士学位论文j 1 9 3 9 通信平台的设计与实现 标准的通信平台；提供了支持o s e ko i l 的系统配置工具、支持可视化开发的嵌入 式集成开发环境、在线任务运行时间分析工具、系统可调度性分析工具。经过与多 家单位的合作验证上，证明本课题的成果可以满足数字化设备产品开发的需要，具 有较强的先进性和创新性。 o s e k o s ： 其中核心部分符合o s e k o s 标准的、实时安全的嵌入式操作系统s m a r t o s e k o s 的内核结构如所示。s m a r t o s e k o s 严格实现了o s e k 标准所规定的内核模块， 具体包括任务管理模块、资源管理模块、事件机制模块、定时器模块、中断处理模 块、错误处理模块。如图表1 4 所示 嵌入式可视化开发环境： 嵌入式可视化开发环境s m a r t d e s i g n e r ，提供了一种实时操作系统的基于模型 的开发系统。s m a r t d e s i g n c r 集系统建模，代码生成，模拟仿真，文档生成于一体， 从而解决了一系列数字化设备开发中的设计问题。 在线任务运行时间分析工具： 为了方便面向数字化设备的嵌入式开发调试以及验证，本课题专门针对此开发 了在线任务运行时间分析工具s m a r t t r a c e r 。通过将可执行文件的对应m a p 文件进 行解析，我们可以获取整个应用的数据信息和逻辑信息，再结合运行时的信息就能 得到整个应用的逻辑结构以及各部分代码的时间分析。s m a r t t r a c e r 通过在应用程 序中嵌入少量特定的代码，来帮助开发者提高开发和调试的效率。 系统可调度性分析工具t 嵌入式操作系统有很高的实时性要求，为了满足这个要求，我们必须对系统进 行可调度性分析。系统可调度性分析工具解决了在多任务实时操作系统建模中进行 可调度性分析的问题，提供了一种基于模型和x m l 文件输入的对多任务执行顺序 进行模拟仿真的方法，从而增加了系统的可靠性，节省了用户的软件开发周期，大 大提高了用户的开发效率。 o i l 配置工具： 针对数字化设备的应用特制的特定，本课题专门提供了对应用开发的系统配置 功能，该功能是通过o s e k 实现语言( 简称o i l ) 来实现的。o i l 用于方便的描述 一个数字化设备的应用配置，我们提供了一个系统配置工具s m a r t o i l 将o i l 描述 转化成c 代码的应用框架。在该框架的基础上加入用户代码，然后与硬件、 s m a r t o s e ko s 进行统一编译链接，具体解决方案如图表1 5 所示。 第1 3 页共9 1 页 浙江大学硕士学位论文 j 1 9 3 9 通信平台的设计与实现 图表1 - 5 ：系统配置的解决方案 1 4 硕士期间的研究和开发经历 自从2 0 0 2 年1 0 月，获得保送硕士研究生资格后，我就加入了浙江大学c c n t 实验室，并一直在该实验室从事科学研究和项目开发工作。本人主要从事的向有： 嵌入式系统平台，普适计算关键技术，实时操作系统关键技术，自动代码生成技术 和可视化编程语言等等。 本人先后参加了支持普适计算的操作系统关键技术，大型机电设备状态监测与 故障诊断系统、支持汽车电子的嵌入式软件平台、面向数字化设备的嵌入式软件平 台等4 个8 6 3 高科技项目，在国际会议和中文核心期刊上发表了3 篇学术论文，申 请了一个国家发明专利和一个软件著作版权，取得了较大的科研成果。 1 。4 1硕士期间的研究成果 发表和录用的论文： q i n gw u , z h a o h u iw u ，b i nw u ，a n dz h o uj i a n g ，s e m a n t i ca n da d a p t i v em i d d l e w a r e f o rd a t am a n a g e m e n ti ns m a r tv e h i c l es p a c e ”，i nt h ef i f t hw e ba g ei n f o r m a t i o n m a n a g e m e n t ：p r o c e e d i n g sl e c t u r en o t e si nc o m p u t e rs c i e n c e3 1 2 9 ：1 0 7 1 1 62 0 0 4 ， ( i n d e x e db ys c i ，i d sn u m b e r ：b a k 5 3 ) 第1 4 页共9 1 页 浙江大学硕士学位论文j 1 9 3 9 通信平台的设计与实现 w e n z h ic h e n ，z h o uj i a n g ，a n dz h a o h u iw u ，“a n y c o m ：ac o m p o n e n tf r a m e w o r k o p t i m i z a t i o nf o r p e r v a s i v ec o m p u t i n g ，i nt h ef i r s ti n t e m a t i o nc o n f e r e n c eo nt h e e m b e d d e ds y s t e ma n ds o f t w a r e0 c e s s ，2 0 0 4 1 2 ，p a g e1 6 6 - 1 7 1 ) ，“l e c t u r en o t e si n c o m p u t e rs c i e n c e3 6 0 5 ：2 3 6 - 2 4 22 0 0 5 ”，( i n d e x e db ys c i ，i d sn u m b e r ：b d e 4 1 ) 姜周，陈文智，吴朝晖，“一种支持普适计算的构件管理框架：l c f ”，计算机工 程与应用( 2 0 0 5 年5 月) 。 专利发明申请； “一种支持普适计算的构件管理方法”，国家发明专利，申请号：2 0 0 4 1 0 0 1 8 4 3 8 9 ， 申请日期：2 0 0 4 年5 月3 0 日。 v ，软件著作版权； “面向大型设备的故障诊断系统图形化集成开发环境”，申请日期：2 0 0 6 年1 月。 受8 6 3 项目的资助情况： 国家8 6 3 课题，“支持汽车电子的嵌入式软件平台”，项目编号2 0 0 3 a a l z 2 1 4 0 。 国家8 6 3 课题，“支持普适计算的操作系统关键技术”，项目编号2 0 0 3 a a l z 2 0 8 0 。 国家8 6 3 课题，“面向大型机电设备状态监测与故障诊断的智能仪器嵌入式软件开 发平台( 滚动支持项目) ”，项目编号2 0 0 4 a a i z 2 0 6 0 。 国家8 6 3 课题，“面向数字化设备的嵌入式软件平台”，项目编号2 0 0 4 a a l z 2 1 8 0 。 1 4 2硕士期间的其他成果 参与实验室的项目 网格计算的实践和研究，指导人：陈华钧，时间：2 0 0 2 0 9 2 0 0 3 0 3 。 构件化嵌入式操作系统及开发环境，指导人：陈文智，时间：2 0 0 3 0 3 2 0 0 4 0 6 。 支持普适计算的操作系统关键技术，指导人：赵民德，时间：2 0 0 4 0 3 2 0 0 5 0 1 。 面向大型机电设备状态监测与故障诊断系统的图形化集成开发环境，指导人：李培 玉，时间：2 0 0 4 0 9 2 0 0 5 0 9 。 j 1 9 3 9 通信协议的分析与实现，指导人：杨国清，时间：2 0 0 5 0 9 2 0 0 5 1 2 。 支持车载网络的配套工具，指导人：赵民德，杨国清，时间：2 0 0 5 1 0 2 0 0 6 0 3 。 第1 5 页共9 1 页 浙江大学硕士学位论文 j j 9 3 9 通信平台的设计与实现 参与撰写的实验室内部文档； 几种支持普适计算的中间件系统( a u r a ，c e n t a u r u s ，g a l a ，u i c ，2 k ，j i n i ，c c m ) 等的分析和比较，时间：2 0 0 4 0 3 。 a c e + t a o + c i a o 交叉编译流程和代码分析，时间：2 0 0 4 0 6 c o r b a c o m p e n tm o d e l 体系结构介绍和代码分析报告，时间；2 0 0 4 0 9 。 面向大型设备故障诊断系统图形化集成开发环境需求分析，时间：2 0 0 4 1 2 。 面向大型设备故障诊断系统图形化集成开发环境概要设计，时间：2 0 0 5 0 1 。 面向大型设备故障诊断系统图形化集成开发环境详细设计，时间：2 0 0 5 0 4 。 面向大型设备故障诊断系统图形化集成开发环境技术报告，时间：2 0 0 5 0 7 。 基于e c l i p s ec d t 插件的编辑，调试工具技术报告，时间：2 0 0 5 0 9 。 s m a r t o s e k c o m 的j 1 9 3 9 化改造详细设计说明书，时间：2 0 0 5 1 0 。 s m a r t o s e kj 1 9 3 9 用户配置需求规格说明书，时间：2 0 0 5 1 1 。 s m a r t o s e kj 1 9 3 9 用户配置需求规格详细设计报告，时间；2 0 0 6 0 1 。 1 5 硕士毕业论文创新点 在研究生毕业设计阶段，我同时参与了两个组的工作：汽车电子操作系统组 ( s m a r to s ) ，我主要负责研究汽车中e c u 之间通信和j 1 9 3 9 车载网络协议；汽 车电子集成开发环境组( s m a r ti d e ) ，我主要负责研究支持j 1 9 3 9 的辅助工具和 集成开发工具。我很好的协调了两个组之间的工作，明确了自己的课题：j 1 9 3 9 协 议及其配套工具的研究与实现。本文的主要创新点有： 1 5 1国内第一次对j 1 9 3 9 通信协议的完整实现 国外很多著名的汽车公司( 如博世、德国大众等) 都常用了基于j 1 9 3 9 的车载 网络；中国也有很多论文提到了j 1 9 3 9 协议的结构，优势以及其应用，但是都没有 能够现该协议。 j 1 9 3 9 涉及到多个层次：物理层( 基于c a n ) ，数据链路层，网络管理层和汽 车应用层，消息又有多种发送方式，又关系到和底层协议和操作系统的交互。我们 在国内第一次完整的实现了基于c a n 的j 1 9 3 9 协议的各个层次，并且把它应用到 了自主研发s m a r to s e k 操作系统上。 第1 6 页共9 1 页 浙江大学硕士学位论文j 1 9 3 9 通信平台的设计与实现 1 5 2国内第一套完备的j 1 9 3 9 车载网络配套工具 包括汽车通信网络建模和仿真等集成开发工具，代码自动生成工具，m a k e f i l e 自动生成工具，j 1 9 3 9 代码编辑、编译和调试工具。这些工具极大的方便了搭建j 1 9 3 9 车载网络，加快了工程师开发的速度。特别需要强调的是，这些工具支持基于模型 的v 字形开发流程，支持软件系统，支持包括建模、仿真、代码生成，编译调试 成等众多功能，并且具有友好的的用户界面。 这一系列j 1 9 3 9 配套工具是我和我们项目组工作的结晶，它在国内同领域当中 是首创的；即使在国际范围内，在汽车操作系统领域，这样的工具也具有很强的独 创性。可以说，它结合了目前国际上所有商用汽车操作系统通信网络提供的零散的 工具所具备的功能，整合成了一接套完备的工具。 1 6 本论文的组织结构 在第一章中，介绍了本文撰写的背景：应用背景是嵌入式技术和汽车电子的快 速发展，技术背景是车载网络协议的制定，项目背景是欧洲的o s e k v d x 标准以 及s m a r t o s e k 操作系统。 在第二章中，介绍了用于汽车电子的几种常见的网络协议：o s e k c o m ，c a n 总线，c a n o p e n 以及j 1 9 3 9 。比较了这几种协议的优劣和应用领域，最后决定把 基于c a n 的j 1 9 3 9 作为我们研究和实现的主要对象。 在第三章中，详细分析了j 1 9 3 9 的数据链路层，网络管理层和汽车应用层等三 个层次，发送消息可以时单播、私有通信和广播，可以分为直接发送和建立连接的 发送，并且完整的实现了j 1 9 3 9 通信协议。 在第四章中，主要介绍了j 1 9 3 9 的一系列辅助工具：配置和自动代码生成工具， 用来查询和定制j 1 9 3 9 的各种参数的信息；m a k e f i l e 生成工具，避免了手工编写的 麻烦和潜在的错误；以及配套的编辑、编译和调试工具。 在第五章中，主要介绍了j 1 9 3 9 集成开发工具；以模型为中心的图形建模工具， 把操作系统、电子控制单元、通信总线等封装成图形控件：在线仿真工具，模拟网 络消息的实际收发情况，观察总线的占用情况等。 在第六章中，主要介绍了作者对j 1 9 3 9 汽车网络通信平台的的总结和展望。 第1 7 页共9 l 页 浙江大学硕士学位论文 j 1 9 3 9 通信平台的设计与实现 第2 章j 1 9 3 9 通信协议的分析 2 1d 1 9 3 9 通信协议总结介绍 s a e j l 9 3 9 通信协议是由美国汽车工程师协会卡车和公共汽车电气电子 委员会下的控制和通信网络分委员会制定的高层c a n 网络通信协议。它主要用 于为重型道路车辆上电子控制单元之间的通信提供标准的体系结构，是目前在大 型汽车中应用最广泛的应用层协议。j 1 9 3 9 是一个高速的通信网络，可达到 2 5 0 k b p s 的速率。它的前身是儿7 0 8 和j 1 5 8 7 ，但它们是低速的，只提供了e c u s 之间的简单的信息交换，包括了诊断信息。j 1 9 3 9 完全兼容了前两者的功能。 j 1 9 3 9 使用的c a n 协议允许任何一个e c u 在总线空闲的时候向网络发送消 息，