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适用于汽车性能检测系统的CAN总线应用层协议设计研究论文电子版下载 xx年第2期工业仪表与自动化装置l9适用于汽车性能检测系统的CAN总线应用层协议设计谢东坡，周亮，颜永福，张仪栋(重庆车辆检测研究院国家客车质量监督检验中心国家摩托车质量监督检验中心，重庆401l22)摘要借鉴其他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总线应用层协议一xCAN。 主要从报文定义、数据通信和网络管理3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TP336文献标志码A10000682 (xx)02001903Design ofCAN busapplication layer protocol forvehicle performances testing system XIEDongpo，ZHOU Liang，YAN Yongfu，ZHANG Yidong(National AutoQuality Test Center，National Motore)rle QualityTestCenter，Chongqing VehicleTestResearch Institute，Chongqing401122，China)AbstractReferencing otherCAN application layerprotocolS advantages，a newCAN busapplicationlayerprotocol namedxCAN forvehicle performances testing system wasdesignedThe protocolwas discussedin threepansthe assignmentof message，the datamunic ationand thework managementThen atypical applicationwas introduced，and theresults provexCAN isapplicable forvehicle performancestestingsystemKey wordsCANbus；application layerprotocol；vehicle performancestestingsystem0引言1CAN总线已经成为全球范同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2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总线应用层协议主要有DeviceNet和CANopen两种，但由于这2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J。 该文针对一个基于CAN总线的汽车综合性能测试系统，参考DevieeNet、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一xCAN。 xx0910基金项目重庆市质监局科研计划项目(xx一KY一10)作者简俞谢东坡 (1984)，男，河南商丘人，硕士，主要从事汽车检测技术的研究T作。 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1所示。 电阻1汽车综合性能测试系统系统巾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20工业仪表与自动化装置xx年第2期用层协议，主要考虑以下几个方面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。 11xCAN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1所示。 表1a ll位标准标识符定义ID10ID9ID8ID7ID6ID5ID4ID3ID2ID1I【)0表1b18位扩展标识符定义ID28ID25ID24ID21ID2OID17ID16ID11参数类型ID帧总数ID帧编号ID保留(默认000000)l8位扩展标识符1)功能ID功能ID用以表征报文所实现的功能或源节点状态，在这里分配3位作为功能码，其定义如表2所示。 表2功能ID定义功能或状态描述功能ID(ID10ID8)正常数据帧通信复位目标节点源节点报错保留时间基准帧请求建立连接保留响应建立连接2)节点ID考虑到系统设计最大15个CAN节点，则对源节点和目标节点分别分配4位以表征其ID。 其中主控节点ID为0000，ID111l保留，用作广播时的目标ID，意即当目标ID位l111，CAN网络中除发送节点以外的所有节点无条件接收该帧。 3)帧总数ID帧总数lD用来表示节点进行数据传输时包含的总帧数。 4)帧编号ID帧编号用来表示帧的顺序和位置，当源节点报文分帧传输时，目标节点只有将报文的所有帧接收完成后方视为接收成功。 这里给帧编号ID分配4位，即最多发送168个字节的数据。 5)帧数据帧数据部分即为每个节点对应的汽车参数，每个节点对应的汽车参数及其在帧数据中的字节位置定义则根据具体的汽车参数和应用确定，在这里不再详述。 12xCAN数据通信的实现在xCAN设计中采用灵活的通信方式，支持主从通信模式和事件触发通信模式。 主从通信模式是指系统中“主节点”对于“从节点”的访问，事件触发通信模式用于设备主动向网络中传送报文数据。 另外，为提高通信效率，充分利用CAN的多主和无损仲裁机制，在xCAN协议中采用定时循环发送模式，在基于xCAN协议的网络中，通过设置子节点的循环发送参数，使子节点可以定时循环向主节点发送数据。 但整个通信是由主站发起(发出广播帧)，并得到从站的响应后进行的，这就保证了通信是基于连接的，因而提高了通信的可靠性。 由xCAN报文格式的介绍可知，在任何一个xCAN的报文标识符中，指定了源节点地址(发送报文的节点编号)以及目的节点地址(接收报文的节点编号)，即对于任何一个报文参与通信的双方是确定的，因此xCAN协议中报文是面向节点的。 13xCAN的网络管理对于xCAN网络管理，其主要任务是检测和显示网络中的错误，保证通信正常。 为保证通信的正常，网络中的每一个通信都需要进行监控，并在通信出现异常时，采用适当的方式恢复通信。 例如对于每个通信均可通过监控其信息到达节点的时间，通过判断是否“超时”决定通信是否异常，并采取相应的措施。 xCAN网络管理可以包括以下2部分1)节点控制这些服务用于控制想要参与分布式应用的节点的初始化。 这样就可对单个或所有节点的通信状态瑚川川叭m(C(lxx年第2期丁业仪表与自动化装置21进行同步控制。 对于xCAN网络巾的节点控制是通过定义xCAN设备的网络访问状态机制实现的。 2)通信控制这些服务使能对节点通信状态进行连续的监控。 在xCAN协议中，要求对于每个通信均进行监控，保证在通信异常时，通过适当的方式能够恢复通信。 2xCAN协议实验测试xCAN协议日前已经成功应用在重庆车辆检测研究院开发的GCM06phls机动车综合性能测试仪上，网络中一共9个节点，包括2个模拟量节点、1个数字量节点、1个GPS节点、1个能耗仪参数读取节点、3个客车CAN报文读取节点和1个主控节点。 在进行汽车制动性能测试时，GPS节点将车辆速度信号实时发送给主控节点，主控节点通过以太网发送给上位机，上位机测试软件测试结果如图2所示。 在进行客车CAN报文读取测试中，3个节点分别读取客车CAN总线上的相关参数，可以获取包括车速、发动机转速、发动机机油压力等在内的多种参数，在刚发动客车时获得的部分参数如图3所示。 、。 _九s1a汽4-；r；q-,JJi014试速度线2汽车制动测试结果b i要结粜、3客车CAN总线报文读取结果3结论xCAN作为一种为汽车综合性能检测系统设计的CAN总线应用层协议，具有简沽、高效、实用的特点，对制定小型的测控系统CAN总线应用层协议具有一定的指导意义。 目前，xCAN已经成功应用在重庆车辆检测研究院开发的GCM06机动车综合性能测试仪上，效果良好。 参考文献1张侃谕，IE适用温室拧制系统的CAN总线应川层协议开发J、Ik仪表与自动化装置，xx (1)18202现场总线iCAN协议规范VI0s广州致远电子有限公司xx3工苏敬，王立德列车用CAN总线应用层协议研究与实现J北京交通大学学报，xx，32 (5)1021064周立功iCAN现场总线原婵与应用lM北京北京航卒航人大学版社，xx5钱振华，伍小杰煤矿片下高可靠性与实时性的CAN总线通讯议J煤矿机械，xx，30 (5)203205(上接第9页)参考文献1钱积新赵均，除H华预测控制M北京化学工、?版，xxf2f ClarkeD W，Mohtadi C，【Idfs【S Generalized Predictive Control，Part ITheBasic AlgoithmJAutomatica，1987，23 (2)1371483Clarke1)WMohtadi CTu限P SGeneralizedP