基于LabVIEW和J1939協(xié)議的CAN總線通訊平臺開發(fā)

　　應(yīng)用領(lǐng)域：商用車CAN 總線通訊

　　挑戰(zhàn)：CAN2.0B 規(guī)范的工業(yè)總線通訊、報文標(biāo)識符和數(shù)據(jù)幀定義沒有形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，參數(shù)定義

　　隨意性很大。商用車CAN 總線通訊標(biāo)準(zhǔn)，遵循建立在CAN2.0B 基礎(chǔ)上的SAE J1939 協(xié)議。報文標(biāo)識

　　符ID，按照SAE 標(biāo)準(zhǔn)制定的車速、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、扭矩、溫度、壓力、燃油消耗量等參數(shù)的物理定

　　義，報文數(shù)據(jù)幀格式對應(yīng)協(xié)議數(shù)據(jù)單元相應(yīng)數(shù)據(jù)內(nèi)容的封裝。面臨的挑戰(zhàn)是將J1939 協(xié)議融會貫通

　　于CAN 總線通訊平臺的設(shè)計之中。

　　應(yīng)用方案：使用NI LabVIEW 軟件開發(fā)平臺和PXI 模塊化儀器系統(tǒng)中的CAN 通訊模塊，創(chuàng)建過濾

　　識別J1939 協(xié)議報文標(biāo)識符ID 及多幀報文按協(xié)議格式解析接收和封裝發(fā)送的設(shè)計方法，并據(jù)此方

　　法構(gòu)建CAN 通訊平臺；完成整車電環(huán)境半實物仿真、發(fā)動機臺架試驗CAN 總線信息的收發(fā)、存貯及

　　實時計算顯示。

　　使用的產(chǎn)品：

　　LabVIEW2009 軟件平臺

　　PXI-1045 機箱

　　PXI-8108 嵌入式控制器

　　PXI-8464/2 CAN 通訊模塊

　　概述：

　　進入21 世紀以來，商用車CAN 總線網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用得到了異常迅猛的發(fā)展。現(xiàn)今市面上滿足國3～國5 排放標(biāo)準(zhǔn)的商用車，無一例外均應(yīng)用CAN 總線網(wǎng)絡(luò)，進行整車VECU、發(fā)動機EECU、自動變速箱ECU、汽車組合儀表ECU、車輪防抱死制動ECU 之間的數(shù)據(jù)通訊。基于J1939 協(xié)議的商用車CAN總線，針對單片機微控制器MCU 節(jié)點的MCU + CAN 控制器 + CAN 收發(fā)器的CAN 通訊接口，在車載網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中得到了大量應(yīng)用；而對整車道路試驗、發(fā)動機臺架試驗、整車電環(huán)境半實物仿真測試的上位機節(jié)點的PC 機或筆記本電腦 + CAN 通訊模塊，大都使用價格昂貴的Vector CANoe 模塊。

　　存在的問題：

　　1）PXI 測控裝置無基于J1939 協(xié)議的CAN 通訊功能，不能滿足試驗工況對CAN 總線報文信息分析的功能需求。

　　2）CANoe 模塊時序不受PXI 儀器時鐘速率控制，無法與PXI 時序的其它測量參數(shù)同步觸發(fā)測量。

　　基于LabVIEW 和J1939 協(xié)議的CAN 總線通訊技術(shù)方法，在國內(nèi)汽車行業(yè)PXI 測控裝置的應(yīng)用屬于空白，難點是如何將LabVIEW 軟件開發(fā)平臺與復(fù)雜的J1939 協(xié)議有效結(jié)合，實現(xiàn)報文信息的過濾接收、合成重組及封裝發(fā)送。針對商用車CAN 總線通訊網(wǎng)絡(luò)的特點，構(gòu)建基于LabVIEW 和J1939 協(xié)議的CAN 總線通訊平臺，嵌入在NI PXI 模塊化接口的測控裝置中，用于發(fā)動機臺架試驗、整車電環(huán)境半實物仿真測試。

　　J1939 協(xié)議

　　J1939 協(xié)議以CAN2.0B 規(guī)范為基礎(chǔ)制定，對CAN2.0B 擴展幀29 位標(biāo)識符ID 定義形成J1939 的編碼系統(tǒng)，包括優(yōu)先級P、預(yù)留位R、數(shù)據(jù)頁DP、協(xié)議數(shù)據(jù)單元PF、擴展單元PS、源地址SA 和數(shù)據(jù)字節(jié)Data，如圖1 所示。這七部分在開放式系統(tǒng)互聯(lián)參考模型（OSI）應(yīng)用層，通過協(xié)議數(shù)據(jù)單元PDU（Protocal Data Unit）被封裝成一個或多個CAN 數(shù)據(jù)幀，通過物理層發(fā)送給總線網(wǎng)絡(luò)其它設(shè)備節(jié)點。

　　圖1 J1939 數(shù)據(jù)幀格式

　　PDU 定義了數(shù)據(jù)幀中與J1939 協(xié)議相關(guān)的信息，由標(biāo)識符ID 和數(shù)據(jù)場組成。

　　PDU1 格式報文PF 在0～239 之間，報文為點對點向目標(biāo)地址發(fā)送，PS：報文接收的目標(biāo)地址，

　　SA：報文發(fā)送的源地址，在目標(biāo)地址中填入255，為全局地址發(fā)送。

　　PDU2 格式報文PF 在240～255 之間，報文向全局地址發(fā)送，PS：參數(shù)組擴展值，J1939 協(xié)議大部分報文為PDU2 格式。PDU 數(shù)據(jù)場包含參數(shù)組中數(shù)據(jù)內(nèi)容，參數(shù)組編號PGN（Parameter Group Number）用于唯一標(biāo)識參數(shù)組的號碼，由一個或幾個參數(shù)構(gòu)成一幀或多幀報文，而參數(shù)組是應(yīng)用層中定義的與某個ECU相關(guān)的若干參數(shù)（例如發(fā)動機水溫、燃油溫度等）的組合。

　　J1939 協(xié)議與CAN2.0B 標(biāo)準(zhǔn)區(qū)別

　　標(biāo)識符ID：CAN2.0B 不同功能的報文信息可以使用相同的ID，根據(jù)制造商特定的協(xié)議使用CAN設(shè)備，在集成時會產(chǎn)生ID 不能識別或識別不一致問題。J1939 每幀報文的標(biāo)識符唯一，且每幀報文都有自己的PGN，為每個節(jié)點規(guī)定唯一的源地址，并將源地址映射到CAN 標(biāo)識符中，避免多個節(jié)點使用相同的標(biāo)識符，例如ID：0CF00400 代表發(fā)動機轉(zhuǎn)速、扭矩報文。

　　OSI 模型：CAN2.0 規(guī)范定義了七層OSI 參考模型的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層，是底層標(biāo)準(zhǔn)，如圖2所示， CAN 總線產(chǎn)品的兼容性、互換性和可集成性差。J1939 是面向OSI 參考模型應(yīng)用層的高層協(xié)議，在應(yīng)用層定義了針對車輛應(yīng)用的信號（參數(shù)）和報文（參數(shù)組）。通過參數(shù)描述信號，并給每個參數(shù)分配了一個編號SPN（Suspect Parameter Number），參數(shù)定義了PDU 數(shù)據(jù)場中字節(jié)的物理意義，例如SPN190 代表發(fā)動機轉(zhuǎn)速。一個PGN 中可能有幾個SPN，PGN61444 包含了SPN190 發(fā)動機轉(zhuǎn)速和SPN513 發(fā)動機扭矩等參數(shù)。多幀報文：CAN2.0B 規(guī)范定義只能使用單幀報文傳輸，J1939 協(xié)議除單幀報文傳輸外，還使用對話式、廣播式多幀報文傳輸，并按多幀數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議進行打包封裝發(fā)送和接收合成重組處理，其中對話式多幀報文發(fā)送接收節(jié)點需要握手協(xié)議，廣播式多幀報文面向全局地址發(fā)送。

　　圖2 開放式系統(tǒng)互聯(lián)參考模型（OSI）

　　模塊接口

　　PXI-8464/2 雙通道CAN2.0B 通訊接口模塊，內(nèi)含SJA1000T CAN 控制器和TJA1041T 高速CAN收發(fā)器及TJA1054AT 低速CAN 收發(fā)器。J1939 數(shù)據(jù)鏈路層通過PDU 格式實現(xiàn)報文的打包封裝，通過CAN 控制器發(fā)送CAN 數(shù)據(jù)幀必須具有的同步、順序控制、錯誤控制和流控制，自動產(chǎn)生CRC 校驗位和ACK 應(yīng)答位插入數(shù)據(jù)幀中。J1939 物理層協(xié)議規(guī)定了每個網(wǎng)段最多30 個ECU，CAN 總線通訊速率250 kBits/s，總線電平顯性、隱性，差分電壓3.5V/1.5V，差分傳輸雙絞線線纜顏色CAN-H 黃色、CAN-L 綠色，CAN 收發(fā)器完成MCU 至CAN 總線之間收發(fā)電平的匹配轉(zhuǎn)換。