基于SAE J1939协议的汽车CAN总线控制系统的设计与测试

摘要

随着汽车电子技术的发展，汽车作为一种融合了当代多种高新技术的交通工具，需要采用越来越多的电子控制系统，这些复杂的系统控制需要检测及交换大量数据，传统的点对点控制方式不但布线复杂、昂贵，而且可靠性差、重量大、维护成本高，已经无法满足现代汽车的通信要求。为了解决上面这些问题，德国BOSCH公司的CAN总线控制应运而生，且目前得到了广泛应用。
　　 为了应对当前某些整车厂对车载CAN总线控制系统应用的需求，以及解决由于没有一个开放的CAN应用层协议，使不同配套厂的设备之间不能互操作的问题，论文以基于SAE J1939协议的汽车CAN总线控制系统设计与测试作为研究课题，制定了基于SAE J1939协议的CAN应用层协议并设计开发了CAN总线控制模块。
　　 结合项目组已有的技术基础，论文首先研究了CAN总线协议特点和实现该技术的要求，并研究分析了CAN总线的应用层协议规范SAE J1939。在此基础上，根据某整车厂需求，分别从网络拓扑结构的总体设计、模块的信号定义、信息发送周期选择、报文优先级分配以及节点地址定义等几个方面设计制定了一套具有良好扩展性的汽车CAN应用层协议。此外，课题还完成了CAN总线控制模块的全部硬件设计，通过软件开发实现了所制定的CAN应用层协议以及各控制模块的功能。
　　 为了验证CAN总线系统设计方案和所制定的CAN应用层协议的可行性，以及测试网络性能，课题对CAN总线控制模块和CAN网络系统进行CAN模块的一致性测试，CAN控制模块通信功能测试，以及应用CAN总线开发工具CANoe进行的CAN总线仿真实验和整个系统平台测试。通过研究这些实验和测试的结果，验证了CAN总线控制系统的实时性、可靠性和稳定性，证明了课题设计方案可行性。
　　 此外，课题的研究也为实现具有自主知识产权的汽车CAN总线控制技术的产品化积累了经验，课题也因此具备继续研究开发的意义和良好的经济的前景。

目录

文摘

英文文摘

插图清单

附表清单

第一章 绪论

1.1 汽车电子技术概述

1.1.1 汽车电子技术现状

1.1.2 汽车电子技术的发展趋势

1.2 汽车网络技术概述

1.2.1 汽车网络技术的产生

1.2.2 汽车网络技术的特点和分类

1.3 课题的提出和意义

1.3.1 课题的提出

1.3.2 课题研究意义

1.4 论文研究的主要内容

1.5 本章小结

第二章 CAN总线技术概述

2.1 CAN总线技术

2.1.1 CAN总线原理

2.1.2 CAN协议网络分层结构

2.1.3 CAN网络拓扑结构

2.1.4 CAN总线协议报文

2.1.5 CAN总线访问与仲裁

2.1.6 CAN总线通信能力

2.2 CAN应用层协议

2.2.1 CANopen协议

2.2.2 DeviceNet协议

2.2.3 CAN Kingdom协议

2.2.4 SAE J1939协议

2.3 CAN总线系统开发过程

2.4 本章小结

第三章 基于SAE J1939协议的CAN应用层协议制定

3.1 SAE J1939协议研究

3.1.1 协议信息格式

3.1.2 协议信息类型

3.1.3 协议通信方式

3.1.4 节点名称和地址

3.1.5 信息传送和接收

3.1.6 网络管理

3.2 CAN总线控制系统结构设计

3.2.1 系统设计原则

3.2.2 网络总体结构设计

3.3 CAN总线应用层协议制定

3.3.1 信号定义

3.3.2 报文信息发送周期

3.3.3 报文信息优先级定义

3.3.4 节点地址的定义

3.3.5 信息发送方式的选择

3.3.6 报文编码和数据定义

3.4 本章小结

第四章 CAN总线控制模块软硬件设计

4.1 模块硬件设计

4.1.1 模块总体设计

4.1.2 模块硬件选型

4.1.3 子模块设计

4.1.4 硬件抗干扰设计

4.2 模块软件实现

4.2.1 主程序模块设计

4.2.2 中断模块设计

4.2.3 CAN应用层协议软件实现

4.2.4 CAN模块设计

4.2.5 高低速CAN网关模块设计

4.2.6 软件抗干扰设计

4.3 本章小结

第五章 CAN总线系统仿真与测试分析

5.1 CAN模块一致性测试

5.1.1 CAN节点的隐性输出测试

5.1.2 CAN节点的显性输出测试

5.2 CAN模块通信功能测试

5.3 利用CANOE仿真和测试系统

5.3.1 CANoe仿真和测试方法

5.3.2 CANoe软件仿真测试

5.3.3 CANoe半实物仿真测试

5.3.4 CANoe系统集成测试

5.3.5 测试结果与性能分析

5.4 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 工作展望

致谢

参考文献

附录 A

附录 B

攻读硕士学位期间所发表论文和所参与科研工作