ZQWL-USBCANFD二次開發(fā)通訊協(xié)議V1.04

修訂歷史：

1.功能介紹

1.1型號說明

本文檔適用以下型號：

ZQWL-CAN(FD)系列產(chǎn)品，USB通訊采用CDC類實現(xiàn)，可以在PC機上虛擬出一個串口，串口參數(shù)N,8,1格式，波特率可以根據(jù)需要設(shè)置（范圍9600~48000000bps），硬件自動匹配。本文檔介紹二次開發(fā)的參數(shù)配置，數(shù)據(jù)收發(fā)等協(xié)議。
智嵌物聯(lián)ZQWL開發(fā)的一系列高性能USBCAN(FD)接口卡，具有類型多，安裝方式靈活，方便易用，功能強大等特點。接口卡支持XP/Win7/Win10/Win11等操作系統(tǒng)。
其中，ZQWL-UCANFD-200U、ZQWL-UCAN-201U、ZQWL-UCANFD-400U、ZQWL-UCAN-401U等型號，CAN(FD)通道均采用電氣隔離設(shè)計，可以適用于電磁環(huán)境惡劣的的場合。

1.2產(chǎn)品特性

● USB接口符合USB2.0高速規(guī)范；CAN接口支持 CAN2.0A、B 協(xié)議，符合 ISO11898-1 規(guī)范；
● CAN和CANFD協(xié)議可選；CANFD支持ISO標準和Non-ISO標準；
● 每個通道可以獨立設(shè)置波特率，系統(tǒng)不僅預置了常用波特率列表，而且支持自定義波特 率；支持的波特率范圍：CAN:10Kbps~1Mbps，CANFD:100Kbps~5Mbps；
● 最大流量測試：

● 每個通道均有14組硬件濾波器；每組濾波器可以設(shè)置濾波ID以及掩碼。
● 支持連續(xù)循環(huán)發(fā)送、組發(fā)送、定時發(fā)送等；
● 支持波特率探測，支持合并相同幀ID，支持總線異常統(tǒng)計，支持收發(fā)速率統(tǒng)計；
● 雙通道CAN(FD)接口卡支持中繼功能；
● 200U、201U、400U、401U的CAN(FD)-bus電路采用DC 2500V電氣隔離,具有強大的抗電磁干擾的能力；
● 工作溫度：-40~+85℃；

1.3典型應(yīng)用

● 車載通訊系統(tǒng)、電力通訊系統(tǒng)；
● 煤礦遠程通訊；
● 工業(yè)現(xiàn)場控制/；

● 遠程監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集；

2.通訊協(xié)議

2.1USB硬件描述符

通過USB的硬件ID（VID和PID）來識別該系列設(shè)備，特征如下：

例如（雙通道CANFD類型）：

2.2參數(shù)配置

每幀數(shù)據(jù)長度為22字節(jié)，十六進制格式：包括2個字節(jié)幀頭（0x49,0x3B）、1個字節(jié)功能碼、1個字節(jié)讀/寫標志、16個字節(jié)數(shù)據(jù)和2個字節(jié)幀尾（0x45,0x2E）：

注意：
●當需要讀參數(shù)，“讀/寫”填0x52；當需要寫參數(shù)時，“讀/寫”填0x57；其中，“設(shè)備信息”和“設(shè)備序列號”命令只支持讀命令（0x52）。
●CAN通道號：取值為0x00~0x03，分別對應(yīng)CAN0~CAN3；
●自定義波特率標志：0x00為采用“常用波特率碼”；0x01為自定義波特率；當為自定義波特率時（CAN3僅支持“常用波特率碼”），實際波特率由SJW、TSEG1、TSEG2和BRP計算獲得，計算方式：
Baud = 60000000/(SJW+1 + TSEG1+1 + TSEG2+1)/BRP。
其中SJW取值范圍：0x00~0x03；
TSEG1取值范圍：0x00~0x0F；
TSEG2取值范圍：0x00~0x07；
BRP取值范圍：1~0x0400，BRP是2字節(jié)長度，高字節(jié)在前，低字節(jié)在后。
采樣點計算：SMP=(SJW+1 + TSEG1+1)/(SJW+1 + TSEG1+1 + TSEG2+1)。
●常用波特率碼：高4位是仲裁域波特率（CAN），低4位是數(shù)據(jù)域波特率（CANFD）

仲裁域波特率碼對應(yīng)表：

數(shù)據(jù)域波特率碼對應(yīng)表：

●濾波器組號：每個通道均有14組硬件濾波器，組號取值范圍0~13；
組使能：0x00為禁止該組；0x01為開啟該組；注意，設(shè)備從0組開始查詢該位，遇到一個不為0x01的組時，退出查詢，即便是后面再有使能的組也無效。
●濾波器幀類型：0x00為標準幀；0x01為擴展幀；
●濾波驗收ID和掩碼：
濾波驗收ID：用于比對CAN(FD)接收到的幀ID，以確定該幀是否被接收，十六進制。
掩碼：用于屏蔽濾波驗收ID里的某些位，以確定驗收碼某些位（bit）是否參與比對（對應(yīng)位為0不參與比對，為1參與比對），十六進制。
舉例1：濾波幀類型選擇“標準幀”；“濾波驗收ID”填001，“掩碼”填7FF；
釋義：由于標準幀ID只有11位，濾波驗收ID和掩碼最后11位有意義， 掩碼最后11位全是1，所以濾波驗收ID的后11位全部參與比對，因此上述設(shè)置可以讓幀ID為001的標準幀通過。
舉例2：濾波幀類型選擇“標準幀”；“濾波驗收ID”填010，“過濾屏蔽碼”填7F0釋義：同例1，標準幀只有11位有效，掩碼的最后4位是0，表示濾波驗收ID的最后4位不參與對比，因此上述設(shè)置可以讓幀ID從010到01F的一組標準幀通過。
舉例3：濾波幀類型選擇“擴展幀”；“濾波驗收ID”填00 03 04 01，“掩碼”填1F FF FF FF；
釋義：擴展幀有29位，掩碼的后29位全為1，表示濾波驗收ID的后29位全部參與比對，因此上述設(shè)置可以讓幀ID為00 03 04 01的擴展幀通過。
舉例4：濾波幀類型選擇“擴展幀”；“濾波驗收ID”填00 03 04 00，“掩碼”填1F F0 FF FF；
釋義：根據(jù)上述設(shè)置可以讓幀ID從00 00 04 00到00 0F 04 00的一組擴展幀通過(注意只是標紅色的0到F變化，04 00為固定)。
●系統(tǒng)控制命令
可以通過這個命令實現(xiàn)將設(shè)置好的參數(shù)寫入到設(shè)備里（即斷電不丟失）。
生效參數(shù)：0x00為不生效（斷電參數(shù)丟失），0x01為生效（保存到flash中，斷電不丟失）；
系統(tǒng)復位：0x00為系統(tǒng)不復位，0x01為系統(tǒng)復位；
CAN0開關(guān)：0x00為關(guān)閉CAN0,0x01為開啟CAN0;
CAN1開關(guān)：0x00為關(guān)閉CAN1,0x01為開啟CAN1;

舉例說明（用串口助手作為上位機）：

①讀取設(shè)備信息
上位機發(fā)送（Hex格式）：49 3B 40 52 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 45 2E

②讀取設(shè)備序列號
上位機發(fā)送（Hex格式）：49 3B 41 52 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 45 2E

③設(shè)置CAN參數(shù)
設(shè)置CAN0參數(shù)：仲裁域波特率250kbps，數(shù)據(jù)域波特率500kbps
上位機發(fā)送（Hex格式）：49 3B 42 57 00 00 45 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 45 2E

注意，設(shè)置完后，還要發(fā)送生效參數(shù)并開啟CAN0命令：
49 3B 44 57 01 00 01 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 45 2E

開啟任一CAN通道后，設(shè)備開始向上位機發(fā)心跳包。

2.3心跳包

根據(jù)設(shè)備的CAN(FD)的通道數(shù)量，心跳包分為2種格式：單雙通道設(shè)備心跳包和4通道設(shè)備心跳包。

2.3.1單雙通道心跳包格式

單雙通道心跳包為設(shè)備向上位機發(fā)送的數(shù)據(jù)包，心跳包長度為17字節(jié)，含義如下：

●功能碼為0xFF（注意4通道功能碼是0xFE）。
●設(shè)備狀態(tài)：1個字節(jié)，定義如下：

開啟標志：0為未開啟，1為開啟；

總線狀態(tài)：

00：總線正常；
01：總線警告
10：總線被動錯誤
11：設(shè)備離線（此時已不能再發(fā)送CAN(FD)報文）

2.3.24通道心跳包格式

4通道心跳包為設(shè)備向上位機發(fā)送的數(shù)據(jù)包，心跳包長度為32字節(jié)，含義如下：

●功能碼為0xFE（注意單雙通道功能碼是0xFF）。
●CAN0~1設(shè)備狀態(tài)：1個字節(jié)，定義如下：

●CAN2~3設(shè)備狀態(tài)：1個字節(jié)，定義如下：

開啟標志：0為未開啟，1為開啟；

總線狀態(tài)：

00：總線正常；
01：總線警告
10：總線被動錯誤
11：設(shè)備離線（此時已不能再發(fā)送CAN(FD)報文）

2.3.3心跳包參數(shù)含義

●發(fā)送速率：每秒發(fā)送的CAN（FD）報文個數(shù)。
●接收速率：每秒接收的CAN（FD）報文個數(shù)。
●錯誤計數(shù)器：
包括發(fā)送錯誤計數(shù)器和接收錯誤計數(shù)器，這些狀態(tài)直接反映了總線的通暢情況，當接收錯誤計數(shù)器值大于127時，總線幾乎已經(jīng)癱瘓。當出現(xiàn)錯誤值較高的情況（40以上），表示總線的通訊出現(xiàn)比較嚴重的阻塞，此時就有必要調(diào)整CAN(FD)網(wǎng)絡(luò)的波特率值或增加CAN(FD)網(wǎng)橋，以提高CAN(FD)總線質(zhì)量。當總線通信良好時，錯誤計數(shù)器一般都能維持在0。
在沒有數(shù)據(jù)向CAN（FD）發(fā)送時，心跳包每隔1秒向上位機發(fā)送一次，當有數(shù)據(jù)向CAN(FD)發(fā)送時，設(shè)備立即向上位機發(fā)送一條心跳包。

2.4CAN(FD)數(shù)據(jù)收發(fā)指令

通過該命令可以實現(xiàn)CAN(FD)報文的發(fā)送和接收，報文格式如下：

●BYTE0：幀頭固定為0x5A；
●BYTE1:幀信息1，包含CAN通道和CAN(FD)報文數(shù)據(jù)長度DLC；
該字節(jié)的每個bit位的含義如下：

當為CAN幀時，DLC的取值范圍是0~8；
當為CANFD幀時，DLC取值為0~8、12、16、20、24、32、48、64。

注意，BYTE1為0xFF或0XFE時為設(shè)備發(fā)向上位機的心跳包，接收數(shù)據(jù)時需要注意。

●BYTE2：幀信息2，包含發(fā)送類型、幀格式、幀類型和是否加速等信息，含義定義如下：

注意：CAN通道號有3個bit構(gòu)成，從高位到低位分別是：BYTE2的Bit4、Bit3、BYTE1的Bit7。取值為0x00~0x07，分別對應(yīng)CAN0~CAN7通道。

正常發(fā)送：在ID仲裁丟失或發(fā)送出現(xiàn)錯誤時，CAN控制器會自動重發(fā)，直到發(fā)送成功，或 發(fā)送超時（超時時間1秒），或總線關(guān)閉。
單次發(fā)送：在一些應(yīng)用中，允許部分數(shù)據(jù)丟失，但不能出現(xiàn)傳輸延遲時，自動重發(fā)就沒有意 義了。在這些應(yīng)用中，一般會以固定的時間間隔發(fā)送數(shù)據(jù)，自動重發(fā)會導致后面的數(shù)據(jù)無法發(fā)送，出現(xiàn)傳輸延遲。使用單次發(fā)送，仲裁丟失或發(fā)送錯誤，CAN 控制器不會重發(fā)報文。
●BYTE3~6:CAN(FD)幀ID，一共4個字節(jié)。標準幀時，只有BYTE5~6的低11bit有效；擴展幀時，29bit有效。
注意，BYTE3的最高位（Bit7）是CAN協(xié)議類型標志：
0：CAN幀；
1：CANFD幀；
●幀數(shù)據(jù)：長度為DLC。
●幀尾：一個字節(jié)，固定為0xA5
當上位機向設(shè)備發(fā)送CAN(FD)數(shù)據(jù)包時，設(shè)備收到后會立即返回一條心跳包。

審核編輯 黃宇