基于USB的CAN总线监测器及性能分析软件的设计与实现

摘要

CAN总线是一种广泛应用于工业控制领域的现场总线，在CAN总线系统开发中，通过实验平台与测试工具验证CAN系统的有效性、实时性十分必要。为完善课题组开发的CAN总线实验平台，本文着力于CAN检测器及离线性能分析软件的研究。 CAN总线测试器以具有内嵌USB的32位ARM微处理器AT91RM9200为核心，外扩了CAN控制器MCP2515及FLASH、SDRAM存储器，AT91RM9200与MCP2515通过串行设备接口(SPI)实现互连，论文介绍了两者的SPI接口及其与编程相关的内容，并给出了测试器的总体电路框图。 接着详细阐述了基于USB的CAN总线监测器的软件设计。为实现基于CAN报文的实时传输及时间戳的捕获，解决了PDC通道的选择、TC通道和CAN报文接收等问题，并进行了实验验证。在MCP2515初始化设计中，针对CAN协议的特点，指出CAN实质上属于异步协议，并详细分析了CAN总线的同步机制。以AT91RM9200作为USB设备阐述了固件程序的移植以及数据包上传，显示界面的建立等相关的程序的设计及实现。 离线性能分析软件的设计是基于CanAnalyser/32生成的数据格式完成的，实现了CAN总线负载率、消息帧密度、数据趋势曲线及相关性能参数在界面上的显示。通过对在CAN总线实验平台采集数据的测试，可以证明该软件是有效的。 应该指出的是本文对CAN测试器只做了基础性工作，CAN报文通过USB上传及图形界面随时间均匀滚动等问题有待于深入研究。

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第一章绪论

1.1 CAN总线及其实时性分析

1.1.1 CAN总线概述

1.1.2 CAN总线实时性分析

1.2 CAN总线系统测试工具的介绍

1.3 CAN总线通信实验平台及其网络模型优化

1.4课题研究的意义与内容

1.4.1主要研究内容

第二章CAN总线监测器的硬件设计

2.1 AT91RM9200嵌入式微处理器

2.1.1 AT91RM9200微处理器

2.1.2 AT91RM9200的SPI接口介绍

2.2 CAN控制器MCP2515

2.2.1 MCP2515芯片功能介绍

2.2.2 MCP2515内部结构和工作原理

2.2.3 MCP2515的工作模式和内部寄存器说明

2.2.4 MCP2515的SPI指令

2.3硬件设计

第三章 CAN总线监测器的软件设计

3.1 CAN模块软件设计

3.1.1软件集成开发环境

3.1.2软件的设计与实现

3.2实验分析

3.2.1读缓冲区方式

3.2.2读字节方式

3.2.3结论

3.3 USB模块软件设计

3.3.1固件程序设计

3.3.2上位机程序设计

3.4小结

第四章离线性能分析软件

4.1软件的开发环境

4.2离线性能分析软件需求分析

4.2.1离线性能分析软件的特征

4.2.2离线性能分析软件的功能

4.3离线性能分析软件的结构分析

4.3.1主模块的组成

4.3.2数据源的处理

4.4离线性能分析软件的功能模块

4.4.1负载率模块

4.4.2消息帧密度模块

4.4.3数据趋势模块

4.5 小 结

第五章总结和展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致 谢