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基于 CAN 总线的嵌入 式汽车 电子测试 系统

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(1)

第 l9卷  V0I.I9 

第 1期 

No.1 

电子 设 计 工 程 

Electronic Design Engineering 

2011年 1月  Jan.2011 

基于 CAN 总线的嵌入 式汽车 电子测试 系统 

王 勇 ,侯 冬冬 ,王知 学 ,庄汝科 ,李小伟 

(山 东省科 学 院 自动 化 研 究 所 山 东 省汽 车 电 子技 术 重 点 实验 室 ,山 东 济 南 250014) 

摘 要 :为 满 足 汽 车 厂 商 对 于 汽 车 电 子 产 品 的 测 试 需 求 . 提 出 了 基 于 CAN 总 线 和 嵌 入 式 技 术 的 汽 车 电 子 检 测 系 统 的  实现 方 法 。 以 USB车 裁音 频 娱 乐 系统 的 测 试仪 器 为 例 对 该 方 法进 行 了具 体 解释 ,首 先 给 出 了硬 件 设 计 的 基 本 结 构 .  重点 描 述 了 CAN 总线 控 制 器和 驱 动 器的 电路 设计 ;其 次说 明 了软 件 设 计 的 分 层 结 构 ,采 用 Wince作 为仪 器 的操 作 系  统 ,具体 分 析 了 CAN 总线 驱 动 程序 在 Wince中 的 实现 ;最后 描 述 了上 层 应 用 程序 的 具 体 流 程  USB部件 测试 仪 器 已  成功 应 用 于现 场 生 产 中 ,并取 得 了 良好 效果 ,实践 表 明 ,该 测 试 方 法是 一 种 有 效 的 解 决 方案 ,可 以满 足 汽 车厂 商 的 测  试 需 求 ,、 

关 键 词 :汽 车 电 子 ;CAN 总 线 ;嵌 入 式 系 统 ;测 试 仪 器 

中图 分 类 号 :TH86  文 献标 识 码 :A  文 章 编 号 :1674—6236(20l 1)O1—0036—03  Em bedded testing system  of autom otive electronics based on CAN bus 

WANG Yong,HOU Dong—dong,W ANG Zhixue,ZHUANG Ru—ke,LI Xiao—wei 

(S&mdongKey Laboratory ofAutomotive Electronics,Institute of Automation,ShandongAcademy ofSciences, 

nan 250014,China) 

A bsract:To meet the need 0i autom obi m anufacurer in testng of automotve electonics.an implementaton m ethod Of  esng sysem o automotve electonics based on CAN bus and embedded technology was presented.Usng the testng  nsum ent o vehicl USB audio enterainm ent sysem as an example,hi paper proposed the speciic interpretaton o hi  method.Fiy,he bas suctur of hardwar design wa given,and the cicui desgn of CAN bus contoler and drive was  emphatcal descrbed.Secondly,he layered sucure of ofware desgn was explained,which used W ince as the operatng  ysm ,and the implementaton o CAN bus drver in W ince was analyzed concretely.Finaly,hi paper described the  diographic fw o applcaton program.The USB tesng insument has been appled in producton field successfuly wih  preferabl eectPractce shows thi tesng m ethod i an efectve soluton,and can be satied the requiement of  automobi manufacturer 

Key words:automotve electonics;CAN bus;embedded ystem ;tesng nsument 

汽 车 产 业 是 同 家 的 支 柱 产 业 .电子 产 业 也 是 同家 的 支柱  产业 ,作 为 汽 车 产 业 和 电 子 产 业 的交 集 .汽 乍 电 子 零 部 件 产  业 的兴 衰 与 国 民经 济 息 息 相 关 。 目前 ,我 国汽 车 的产 量 逐 年  攀高 ,民族 汽 车 品 牌 l存 自身 不 断 成 长 的 同 时,也迫 使 同 际汽 车  公 司或 合 资公 司 不 得 不 降 低 生 产 成 本 .实 施 汽 车 电子 零 部 件  同产 化 战 略 .这 就 为 我 国 汽 车 电子 产 业 化 的发 展 提 供 了 良好  的机 遇 

前 装 汽 车 电 子 产 品 除 了 其 复 杂 的 功 能要 求 外 ,对 于 实 时  性 、安 全性 、可 靠 性 和 环 保 性 等 的 要 求 都 非 常 严 格 ,并 且 汽 车  厂商 都 具 有 自己相 关 的 执 行 检 测 标 准 和 生 产 流 程 规 范 ,因此  为 前 装 汽 车 电 子 产 品 配 套 研 发 相 应 的故 障 检 测 系统 是 非 常  必 要 的 。 

1 系统 设 计 方 案 

1.1 设 计 依 据 

CAN 总 线作 为 一 种 串行 汽 车 总 线 .具 有 结 构 简 单 、可 靠  性 高 、技术 成 熟 等 优 点 ,目前 已在 汽 车 领域 广 泛 应 用 。前 装 汽  车 电子 产 品一 定 遵 循 特 定 车 型 的 CAN通 信 协 议 。整 车 几 乎  全 部 的控 制 和 状 态 信 息 都 依 赖 CAN总 线 传 输 .通 过 采 集 和  分 析 CAN 总 线 上 的 信 号 .便 可 准 确 获 得 各 个 部 件 的 工 作 状  态 和宾 时 参 数 ,这 就 是 汽 车 电子 测 试 系 统 的基 本依 据 。 

汽 车 厂 商 对 测 试 仪 器 的 一 般 要 求 包 括 实 时 性 、可 靠 性 、  便 携 式 以 及友 好 的人 机 交 互 等 。嵌 人式 系统 由于 其 灵 活 的 软  硬 件 设 计 、良好 的可 靠 性 和实 时 性 、较 低 的 功 耗 等 特 点 ,完 全  可 以满 足 厂商 对 于 测 试 仪 器 的要 求 。因此 ,基 于 CAN 帧测 试  收稿 日期 :2010—07—08  稿 件编 号 :201007024 

基 金 项 目 :山 东 省 重 大科 技 专 项 资助 项 目(2007ZHZX10503) 

作 者 简介 :王 勇 (1983一 ),男 ,山 东寿 光人 ,硕 士 ,助 理研 究 员 。研 究 方 向 :汽 车 电 子 、嵌 入 式 系统 。 

36—— 

(2)

王 勇.等  基 于 CAN总 线的嵌 入式 汽车 电子 测试 系统 

和 采 用 嵌 入 式 设 计 是 汽 车 电 子 测 试 系 统 的 有效 解决 方 案 。  1.2 实 现 方 案 

嵌 人 式 汽 车 电 子 测 试 系统 ,一 般 选 择 性 能 比较 好 的 32  位 微 处 理 器 ,比 如 ARM 处 理 器 ,在 硬 件 设 计 上 包 括 嵌 入 式 系  统 通 用 的 电 源 模 块 、存 储 模 块 、人 机 交 互 模 块 等 ,基 于 CAN  总 线 通 讯 必 须 设 计 相 应 的 CAN 总 线 通 信 模 块 ,在 该 模 块 中  通 常 由两 部 分 组 成 .一 部 分 是 CAN控 制 器 ,用 于 实 现 CAN  总 线 的 数 据 链 路 层 协 议 :另 一 部 分 是 CAN驱 动 器 用 于 实 现  CAN总 线 的 物 理 层 。 系 统 的 基 本结 构 图 如 图 l所 示 。 

图 1 系 统 结 构 图  Fig.1  System structure diagram 

汽 车 电子 测 试 仪 器 一般 要 求 具 备 友 好 的 人 机 交 互 ,对 界  面设 计 的要 求 比较 高 ,因此 在 软 件 设 计 中 宜 采 用 分 层 的软 件  设 计 方 法 .一 般 情 况 下 需 要 移 植 相 关 的 嵌 入 式 操 作 系 统 ,目  前 常 用 的 嵌 入 式操 作 系 统 主要 有 Linux、Wince等 。软 件 的设  计 流 程 主 要 包 括 操 作 系统 移 植 、驱 动 程 序 编 写 、应 用 程 序 设  计 3个 阶 段 。移 植 合 适 的嵌 入 式 操 作 系 统 ,为 软 件 的 开 发 搭  建 好 开 发 平 台 ;开 发 相 关 的驱 动 程 序 来 支 持 硬 件 设 备 ,为 应  用 软 件 访 问硬 件 提 供 接 口 ,在 CAN的 模 块 中 ,一 般 需 要 开 发  支 持 控 制 器 和 驱 动 器 的驱 动 程序 ,以便 于 和 汽 车 电 子 产 品通  信 :应 用 程 序 是 最 上 层 的 软 件 ,直 接 面 对 用 户 ,为 用 户 使 用 提  供 友 好 的交 互 。 

2 系统 设 计 样 例 

基 于 以 上 的 系 统 分 析 .现 给 出 一 个 具 体 的设 计 样 例 解  释 。USB汽 车音 频 播 放 系统 是 为 某 汽车 制 造 商 开 发 的 一 款 前  装 汽 车 电子 产 品 。该 产 品 在 通 信 上 严格 遵 守 厂商 提供 的 CAN  总线 协 议 。该 测 试 系 统 主 要 用 于 部 件 出 厂 前 的 故 障 检测 。  2.1 硬 件 设 计 

考虑 到性 能 、功 耗 、稳 定 等方 面的要 求 ,选用 Intel公 司 的 32  位 工 业级 微 处 理 器 PXA270,该 处 理 器 基 于 ARM10内 核 ,运 行  主频 高达 520MHz,接 口资 源 丰富 ,加 入 了 Intel SpeedStep动 态 

PCA82C250 

电源管 理技术 .在 保证 CPU性能 的情况下 可 最 大 限度 地 降低 设  备 功 耗 .利 用 该 处 理 器 简 化 了 硬 件 设 计 ,并 且 保 证 了 软 件 的  快 速 运 行 口I:存 储 模 块 采 用 了 64 MB 的 NorF1ash和 64 MB 的  SDRAM:人 机 交互 采 用 的 是液 晶显 示 和 触 摸 控 制 的 方 案 。 

在 CAN总 线通 信 模 块 的设 计 中 ,采 用 的芯 片 是 SJA1000、 

PCA82C250和 TJA1055。sJA1000是 PHLIPS公 司 发布 的一 款  适 用 于 汽 车 和 一 般 工 业 环 境 的 独 立 CAN 控 制 器 ,sJA1000  是 PCA82C200控 制器 的 替代 产 品 ,除 了支 持 BasicCAN操作 模  式外 .还增 加 了新 的操 作 模式 PeliCAN,这 种模 式 支持 具 有很 多  新 特性 的 CAN2.OB协议 日。SJAIO00应 用于 CAN硬件模 块 中 ,用  于实 现 CAN总 线 的数 据链 路 层 协 议 .在 本 设 计 中使 用 了 2片  SJAIO00芯片 .分别 用 于高 速 CAN和低 速 CAN通信 。SJA1000  的具体 电路 原理 图 如图 2所示 .数据 总线 AD0 ̄AD7通过 数据 缓  冲器件 接 到 PXA270的数据 总 线 MDo ̄MD7上 ,时序 控制 等 信  号 线则 是接 到 CPLD上 。由 PXA270处 理器 通过 CPLD管 理 。 

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图 2  SJAIOO0硬 件 原 理 图  Fig.2  Hadwa princpl digram of JA1000 

PCA82C250 和 TJA1055都 是 驱 动 收 发 器 . 用 于 实 现  CAN 总 线 的 物 理 层 .不 同 之 处 在 于 2个 芯 片 各 自 实 现 了  CAN 物 理 层 的 2个 标 准 :高 速 CAN和 低 速 CAN。高 速 CAN  根 据 线 缆 长 度 最 高 可 提 供 1 Mbit/s的 波特 率 ,低 速 CAN 可 提  供 5-125 kbit/s的波 特 率 .并 且 允 许 CAN 总 线 在 连 接 失 败 时  通 信 得 以继 续 进 行 ,因 此 也 叫容 错 CAN,该 仪 器 支 持 2种 物  理 标 准 , 驱 动 器 的 电路 图如 图 3所 示 。 HTXDO、HRXD0和  LTXDO、LRXD0 均 来 自 于 SJA1ooo, 通 过 PCA82C250 和  TJA1055后 分 别 得 到 高 速 CAN 通 道 HCHNH、HCHNL和 低 

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图 3 驱 动 器 硬 件 原 理 图  Fig.3  Hardware principle diagram of driver 

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《电子设计 工程}2011年 第 1期 

速 CAN通 道 LCANH、LCANL。 

2.2 软 件 设 计  

考 虑 到 厂 商 对 人 机 交互 要 求 比较 高 .并 且 为 了缩 短 研 发  周 期 .选 择微 软 的 Windows CE作 为 嵌 入 式 操 作 系 统 。Wince  是一 个 紧凑 、完整 和可 扩 展 的嵌入 式操 作 系统 .是 一个 多线 程 、  基于优 先级 可抢 占的操 作 系统 ,具 有 内存管 理功 能 ,可 以抑 制 由  于应用 程序 不正常 而直接破 坏 系统 的危 险性 .特别 适用 于 有 限  资 源 的硬 件 平 台 ,并 且 Wince的操 作 系统 在 界 面操 作上 继 承 

了桌 面 Windows系 统 的风 格 ,便 于 操作 工 人 的熟 悉 和使 用 。  软 件 设 计 的 主 要 工 作 有 Wince5.0系 统 在 PXA270上 的  移 植 。CAN 总线 、液 晶 显 示 、触 摸 屏 、Flash存 储 、蓝 牙 等 驱 动  程 序 的 实 现 ,CAN协 议 实 现 及应 用 程 序 的 设 计 等 。 

Wince的 驱 动 程 序 主 要 分 为 本 机 驱 动 和 流 接 13驱 动 ,本  机 驱 动 是 硬 件 必 须 的驱 动 ,不 支 持 通 用 的 设 备 驱 动 程 序 接 

:3.如 触 摸 屏 的 驱 动 :流 接 口驱 动是 指 驱 动 程 序把 流 式 接 口  函数 公 开 出来 ,而 不 考 虑驱 动 所 控 制 的设 备 类 型 [61。CAN 总线  的驱 动 主要 是 对 控 制 器 SJA1000的软 件 支 持 ,在 wince中是  典 型 的流 接 口 驱 动 ,通 过 CAN—Init、CAN—Open、CAN—Close、 

CANRead、CAN W re、CAN OContol,CAN Deiit等 函 数 文  现 SJA1000的功 能 ;其 中 CAN—Init主 要 完 成 SJA1000的初 始  化 工 作 ,CAN—Open用 于 响 应 应 用 程 序 的 请 求 ,CAN—Read和  CAN Write用 于 从 CAN 总 线 读 取 和 向 总 线 写 入 字 符 ,  CANIOControl用 来 扩 展其 他 的 功 能 ,CAN Close用 于关 闭响  应 ,CAN Deiit用 于 释 放 资源 和卸 载 驱 动 。 

应用 程序 运 用 Embedded Visual C++4.0开发 。该测 试 仪  器 的 任 务 较 多 ,大 部 分 的 测 试 都 是 基 于 对 部 件 发 出 CAN帧  的分 析 ,仪 器 的 主要 测 试 功 能 包 括 :音 频左 右声 道测 试 、麦 克  测 试 、蓝 牙测 试 、USB测 试 等 。 系 统 的软 件 流程 如 图 4所 示 , 

系统 的主 界 面 如 图 5所 示 。  2-3 现 场 应 用 

该 测 试仪 器 目前 已经 应 用 于现 场 生 产 中 .对 USB 汽 车音  频 播 放 部 件 进 行 出厂 前 质 量 测 试 .实践 表 明该 测 试 仪 器 快 速 

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38- 

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开始测试并存储l  l  l  单项测试结果 l  l  J  一 

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产品不合格确认 

产 品 合格 确 认 

图 4 软件 流 程 图  Fig.4  Flow chart of sofware 

罔 5 测 试 系 统 主 界 面  Fig.5  Main interface of estng system 

可靠 、操 作 友 好 ,每 台每 个 工 作 El可 检 测 300~500台 部 件 , 检  测 准 确 率 达 到 99% 以上 ,完 全 满 足 了 厂商 的需 求 。 

3 结 束 语 

本 文 针 对 汽车 电子 开 发 中 的 具 体 需 求 ,提 出 了基 于 CAN  通 信 和 CAN 帧 分 析 的 汽 车 电 子 测 试 方 法 ,通 过 现 场 应 用 表  明该 方 法 是 对 前 装 汽 车 电子 产 品 测 试 的 快 速 有 效 的 方 法 ,基  于该 方 法 的嵌 入 式 汽 车 电 子 测 试 仪 器 。满 足 了 厂 商 对 于 体  积 、价 格 、速 度 、可 靠 等方 面 的 需 求 ,在 未 来 开 发 的 前 装 汽 车  电子 产 品 中会 继续 广泛 应 用 。 

参考 文 献 : 

[11王 知 学 ,刘 晓 健 ,庄 汝 科 .汽 车 电子 技 术 行 业 现 状 分 析 『J1.  山 东科 学 ,2010,23(3):1~6. 

WANG Zhi—xue,LIU Xiao-jian,ZHUANG Ru-ke.A survey of  automotive electronics technology fJ1.Shahgdong Science, 

2010,23(3):1—6. 

【2]Inte1.Intel PXA27x processor family developer's manual 

【EB/OL].(2004-04)【2010-07-20].http://www.balloonboard. 

org/hadware/300/dsPXA270一dev—manuapdf 

[3】Philips Semiconductor.SJA1000 Stan・alone CAN ontroller 

【EB/OE1.(2000—0l一04)【2010—07—201.http://www.nxp.com/ 

documentdatsheet/SJA 1000.pdf. 

【4】韩 成 浩 ,高 晓 红 .CAN 总 线 技 术 及 其 应 用 IJ1.制 造 业 自动  化 ,2010,32(2):146—149. 

HAN Cheng—hao,GAO Xio・hong.CAN bus technology  and  its application[J].Manufacturering Automation,2010,32(2): 

46-t48. 

[5】杨 晶 .CAN 总 线 接 口 电路 设 计 【J].办公 自动 化 :综 合 月 刊 ,  2010(1):34—35,45. 

YANG Jing.Design of CAN bus interface circuit【Jl_Office  Automation,2010(1):34—36. 

【6】彭 少 武 ,宋 娟 ,王 立 德 .Windows CE 的 CAN 总线 驱 动 程 序  设 计 【J】.单 片机 与 嵌入 式 系统 应 用 ,2007(11):79—81. 

PENG Shao—WU,SONG Juan,WANG Li—de.design of CAN  bus driver based on Windows CE IJI.Mieroeontrollers &  Embedded Systems,2007(11):79—81. 

參考文獻

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