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 Zhi—xue,ZHUANG Ru—ke,LI Xiao—wei
(S&mdongKey Laboratory ofAutomotive Electronics,Institute of Automation,ShandongAcademy ofSciences,
nan 250014,China)
A bstract:To meet the need 0i autom obile m anufacturers in testing of automotive electronics.an implementation m ethod Of testing system of automotive electronics based on CAN bus and embedded technology was presented.Using the testing instrum ent of vehicle USB audio entertainm ent system as an example,this paper proposed the specific interpretation of this method.Firstly,the basic structure of hardware design was given,and the circuit design of CAN bus controller and driver was emphatically described.Secondly,the layered structure of software design was explained,which used W ince as the operating system ,and the implementation of CAN bus driver in W ince was analyzed concretely.Finally,this paper described the idiographic flow of application program.The USB testing instrument has been applied in production field successfully with preferable effect.Practice shows this testing m ethod is an effective solution,and can be satisfied the requirements of automobile manufacturers.
Key words:automotive electronics;CAN bus;embedded system ;testing instrument
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 。
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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 Hardware principle diagram of SJA1000
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
1
: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、
CAN—Read、CAN— W rite、CAN— IOControl,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 , CAN—IOControl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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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 software
罔 5 测 试 系 统 主 界 面 Fig.5 Main interface of testing 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 :
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