基于卷煙機(jī)組的CAN總線實(shí)時(shí)監(jiān)聽(tīng)器設(shè)計(jì)淺析

引 言

卷煙生產(chǎn)中的卷煙機(jī)組主要包括兩大部分，上位機(jī)MLP，用于為控制系統(tǒng)和檢測(cè)系統(tǒng)提供操作和顯示的裝置，它包括一個(gè)工業(yè)PC和一個(gè)監(jiān)視器。以及下位機(jī)SRP，包括傳感器，調(diào)節(jié)裝置或者檢測(cè)裝置。SRP主要包括四種結(jié)點(diǎn)1）SPS，2）HIP，3）CIS，4）SRM。上位機(jī)和下位機(jī)各結(jié)點(diǎn)之間的通信是頻繁的，數(shù)據(jù)對(duì)象眾多，數(shù)據(jù)種類也繁多，包括參數(shù)上傳，下傳，指令，域數(shù)據(jù)等等，所以在這之中，難免會(huì)因?yàn)椴僮魅藛T操作失誤或者控制器本身的原因?qū)е洛e(cuò)誤，但錯(cuò)誤發(fā)生的時(shí)候需要盡快的分析，發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，解決錯(cuò)誤。因此我們需要建立一個(gè)可靠的錯(cuò)誤判斷機(jī)制。本文所討論的CANBUS實(shí)時(shí)監(jiān)聽(tīng)器正是應(yīng)這種需求而產(chǎn)生的。工作人員根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)聽(tīng)器所捕獲的并且友好顯示的線路上的適時(shí)數(shù)據(jù)便可分析出是哪一方出了問(wèn)題，出了什么類型的問(wèn)題。這對(duì)安全生產(chǎn)，準(zhǔn)確控制起了舉足輕重的作用。

（一） 硬件實(shí)現(xiàn)

在實(shí)時(shí)監(jiān)聽(tīng)器的實(shí)現(xiàn)中，我們選擇采用了周立功公司的PCI-9810非智能CAN接口卡作為硬件接口用于接收捕獲CAN總線上的傳輸數(shù)據(jù)。如下圖

PCI-9810非智能CAN接口卡是具有高性能價(jià)格比的CAN-bus總線通訊適配卡，它使PC機(jī)方便的連接到CAN總線上，實(shí)現(xiàn)CAN2.0B協(xié)議的連接通訊。它是一款采用專用PCI接口轉(zhuǎn)換芯片設(shè)計(jì)的非智能型CAN接口卡，即插即用，符合PCI2.1規(guī)范。它采用中斷接收方式，可最大限度減輕占用PC的負(fù)荷;具有最多8幀的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。另外我們采用了周立功公司提供的Windows驅(qū)動(dòng)程序升級(jí)版PCI-9810BWDM驅(qū)動(dòng)文件將其驅(qū)動(dòng)。

（二） 界面軟件實(shí)現(xiàn)

界面軟件實(shí)現(xiàn)主要包括四大方面，1）軟件平臺(tái)的選擇，2）對(duì)硬件接口CAN卡的使用，3）利用接口接收CANBUS線路上數(shù)據(jù)的實(shí)現(xiàn)，4）所接收數(shù)據(jù)的處理（主要是判斷和顯示）的實(shí)現(xiàn)。

〈1〉軟件平臺(tái)的選擇—DELPHI

系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)可利用多種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，如DELPHI，VB，VC，PB等語(yǔ)言都是面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)語(yǔ)言，但把幾者相比較，DELPHI是唯一一套能夠同時(shí)適用于開(kāi)發(fā)數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用、網(wǎng)絡(luò)及WEB 應(yīng)用等所有軟件的高效率開(kāi)發(fā)環(huán)境，且第三方控件多，開(kāi)發(fā)比較快，且設(shè)計(jì)界面比VB，VC，PB 靈活?；谝陨弦蛩?，考慮到所要監(jiān)聽(tīng)CANBUS線路的傳輸數(shù)據(jù)信息量大、種類多，以及信息之間相對(duì)獨(dú)立，又有關(guān)系且必須備有優(yōu)良的圖形顯示等特點(diǎn)，我們選擇DELPHI作為軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)。

〈2〉對(duì)硬件接口PCI-9810的操作的實(shí)現(xiàn)

在DELPHI程序中，我們是通過(guò)調(diào)用周立功提供的通用VCI動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)硬件接口PCI-9810的操作的，該動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)提供了界面軟件能在windows下運(yùn)行必需的代碼和其他資源，其中主要包括十個(gè)接口函數(shù)如設(shè)備相關(guān)函數(shù)和CAN通訊相關(guān)函數(shù)以及相關(guān)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的定義。把動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)文件夾添加到項(xiàng)目文件夾，然后把庫(kù)源文件添加到程序代碼的應(yīng)用文件單元即可實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)的調(diào)用，也就實(shí)現(xiàn)了對(duì)PCI-9810卡的打開(kāi)，關(guān)閉，啟動(dòng)，復(fù)位，收發(fā)數(shù)據(jù)等操作。

〈3〉CANBUS線路上數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)接收

CANBUS線路上的數(shù)據(jù)對(duì)CAN卡來(lái)說(shuō)有著不期性，所以要能對(duì)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)，準(zhǔn)確的接收，必須要通過(guò)程序?qū)崿F(xiàn)一種功能即線路上一旦有數(shù)據(jù)，就能捕獲。對(duì)于此，我們采用的方式是利用多線程。即在程序中專門(mén)開(kāi)辟一個(gè)線程用于對(duì)線路的監(jiān)聽(tīng)，接收。

關(guān)于多線程

在32位的windows系統(tǒng)中，系統(tǒng)可以同時(shí)運(yùn)行多個(gè)進(jìn)程，一個(gè)調(diào)入內(nèi)存并準(zhǔn)備執(zhí)行的應(yīng)用程序稱為一個(gè)進(jìn)程，它由裝入內(nèi)存的程序代碼和操作系統(tǒng)及由此創(chuàng)建的應(yīng)用程序執(zhí)行環(huán)境組成，進(jìn)程就是應(yīng)用程序的運(yùn)行實(shí)例。每個(gè)進(jìn)程都有自己私有的虛擬地址空間和動(dòng)態(tài)分配的內(nèi)存，以及文件，線程和其它模塊。每個(gè)進(jìn)程都有一個(gè)主線程，但可以建立另外的線程。進(jìn)程中的線程是并行執(zhí)行的，每個(gè)線程占用CPU的時(shí)間由系統(tǒng)來(lái)劃分，可以把線程看成是操作系統(tǒng)分配CPU時(shí)間的基本實(shí)體。每個(gè)進(jìn)程也可以同時(shí)執(zhí)行多個(gè)線程并由系統(tǒng)不停地在各個(gè)線程之間切換。

多線程的DELPHI實(shí)現(xiàn)

雖然Windows 提供了比較多的多線程設(shè)計(jì)的API 函數(shù)，但是直接使用API 函數(shù)一方面極其不方便，而且使用不當(dāng)還容易出錯(cuò)。為避免這個(gè)問(wèn)題，我們采用了DEPHI所提供的方法即繼承TThread類產(chǎn)生線程對(duì)象。TThread由DELPHI的VCL類庫(kù)提供用于線程編程。在Tthread類中封裝了windows中關(guān)于線程機(jī)制的API函數(shù)，繼承TThread類產(chǎn)生的線程對(duì)象就代表了實(shí)際程序中的一個(gè)線程。線程對(duì)象通過(guò)封裝使用線程所需的內(nèi)容大大簡(jiǎn)化了多線程問(wèn)題的處理。另外，在DELPHI中，Tthread在Classes單元中聲明，直接從Tobject繼承下來(lái)的，因此，它不是組件。Tthread是個(gè)抽象類，所以不能創(chuàng)建Tthread的實(shí)例，而只能創(chuàng)建其派生類的實(shí)例。在本程序中利用Ttread類來(lái)編寫(xiě)多線程的步驟如下

（1）從Tthread類派生出一個(gè)新的線程類。即建立的TreceiveThread。

（2）創(chuàng)建線程對(duì)象。即在Types里面定義thread1:TreceiveThread。

（3）在DELPHI自動(dòng)生成的用于保存派生類代碼的新的單獨(dú)的文件中重載Execute過(guò)程，在該過(guò)程中將對(duì)CAN線路上的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)接收并調(diào)用對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的基本顯示和分類顯示函數(shù)。在Execute過(guò)程中使用了repeat…。.until語(yǔ)句來(lái)判斷過(guò)程是否結(jié)束。

（4）如果Execute過(guò)程執(zhí)行完畢，則該線程就結(jié)束了，并釋放線程占用的?？臻g。

〈4〉對(duì)所接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理

對(duì)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理包括兩方面：1）將接收到的數(shù)據(jù)楨按照接收數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)完全顯示，這包括楨類型，楨格式，楨ID，楨數(shù)據(jù)等等。2）將數(shù)據(jù)進(jìn)行更深一層的分析判斷出數(shù)據(jù)的真實(shí)含義，并將其填入對(duì)應(yīng)的文本框或者畫(huà)出對(duì)應(yīng)的狀態(tài)圖等等。

（1）對(duì)于第一種基本顯示，我們采用的是用DELPHI提供的listbox控件進(jìn)行

滾動(dòng)顯示，listbox的容量足夠本顯示的需要，另外，我們還添加了一個(gè)按鈕控件用于按照操作人員的需要隨時(shí)清除listbox里面的內(nèi)容。

（2）對(duì)于第二種分類顯示。對(duì)于不同的數(shù)據(jù)，我們將用不同的分析處理方法進(jìn)行顯示。根據(jù)數(shù)據(jù)的現(xiàn)實(shí)含義，主要分為1）上，下傳參數(shù)。2）域請(qǐng)求和域數(shù)據(jù)，3）下傳指令和上傳消息。下面將分別介紹處理方法：

1 利用數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)進(jìn)行上，下傳參數(shù)的顯示

在CAN線路上傳輸?shù)膮?shù)不僅多達(dá)近200種，而且有上傳和下傳之分，可見(jiàn)所要顯示的量之大，加上上下傳的參數(shù)有著相同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，所以我們采用查詢預(yù)先建立好的數(shù)據(jù)庫(kù)的方法來(lái)進(jìn)行顯示。

關(guān)于數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng) 數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)為我們提供了一種把與我們的工作和生活緊密相關(guān)的信息集合在一起的方法。它還提供了在某個(gè)集中的地方存儲(chǔ)和維護(hù)這些信息的方法。數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)主要由三大部分組成：數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用程序，數(shù)據(jù)庫(kù)。

數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的DELPHI實(shí)現(xiàn) （1）建立數(shù)據(jù)庫(kù)，在本項(xiàng)目中，我們是利用Microsoft Access 建立了一個(gè)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)（由若干表組成的數(shù)據(jù)庫(kù)）。其中包含了一張表，該表的字段分為id表示用以判斷的字符串，以及l(fā)ocation表示參數(shù)值應(yīng)填的文本框代號(hào)。（2）在應(yīng)用程序中要實(shí)現(xiàn)對(duì)所建立的數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問(wèn)需要用到數(shù)據(jù)庫(kù)引擎和數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)組件以及數(shù)據(jù)庫(kù)控制組件，DELPHI7中提供了BDE，ADO數(shù)據(jù)引擎，考慮到項(xiàng)目中的數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用相對(duì)簡(jiǎn)單，我們選擇了常用的BDE（Borland Database Engine）控制讀取所建立的數(shù)據(jù)庫(kù)，具體操作為1）利用DEPHI7文件夾中的BDE Administer為所建立的數(shù)據(jù)庫(kù)創(chuàng)建別名。2）在窗體中添加數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)組件和數(shù)據(jù)庫(kù)控制組件（包括Data Access頁(yè)和BDE頁(yè)中的組件）來(lái)實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)庫(kù)之間的聯(lián)系。項(xiàng)目中，我們用Table組件來(lái)封裝數(shù)據(jù)表，通過(guò)BDE數(shù)據(jù)引擎從數(shù)據(jù)庫(kù)表格中取得數(shù)據(jù)（參數(shù)值應(yīng)填的文本框代號(hào)）并通過(guò)DataSource組件將數(shù)據(jù)傳遞給數(shù)據(jù)控制組件TDBEdit，3）在程序中，我們通過(guò)TTable提供的Gotokey的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的查找，以及通過(guò)對(duì)TDBEdit中的數(shù)據(jù)的使用。實(shí)現(xiàn)了將不同參數(shù)值填到其唯一對(duì)應(yīng)的文本框中。

2 域請(qǐng)求和域數(shù)據(jù)的處理

因?yàn)橛驍?shù)據(jù)的多類，多變性，以及不確定性，我們不能用處理參數(shù)一樣的數(shù)據(jù)庫(kù)或者其他統(tǒng)一處理的方法，所以在程序中我們使用的是用多層復(fù)合選擇語(yǔ)句進(jìn)行判斷然后根據(jù)不同的域數(shù)據(jù)做出不同的處理，域數(shù)據(jù)是根據(jù)標(biāo)識(shí)符上傳的，只有數(shù)據(jù)沒(méi)有別的判斷信息，對(duì)域數(shù)據(jù)的判斷決定于域請(qǐng)求的數(shù)據(jù)內(nèi)容，因此在程序中首先判斷楨是否為域請(qǐng)求，如果是，則將楨數(shù)據(jù)賦值對(duì)應(yīng)的變量，這些變量保存的便是域數(shù)據(jù)的判斷信息，而如果根據(jù)標(biāo)識(shí)符判斷出為域數(shù)據(jù)，則根據(jù)變量保存的信息進(jìn)行對(duì)應(yīng)的處理。

在域數(shù)據(jù)的處理中，很多情況是要繪出曲線。對(duì)此，我們選擇了DELPHI的Tchart控件。利用其Series屬性里面的Fast-line，將收到的數(shù)據(jù)正確的繪成曲線。

3 指令和消息的處理

指令和消息的處理類似于域數(shù)據(jù)的處理，也是采用多層復(fù)合選擇語(yǔ)句進(jìn)行判斷，然后做出相應(yīng)的處理，在此，相應(yīng)的處理即將指令，消息的相關(guān)信息填入文本框。

〈5〉軟件流程圖

數(shù)據(jù)處理函數(shù)dataprocess（）流程圖

結(jié) 論

在本項(xiàng)目中，CAN卡PCI-9810的控制器是SJA1000，在收發(fā)數(shù)據(jù)方面它支持正常和只聽(tīng)兩種模式，在監(jiān)聽(tīng)器的實(shí)際運(yùn)行中我們選用只聽(tīng)模式進(jìn)行線路監(jiān)聽(tīng)，取的了不錯(cuò)的效果，而且在界面的設(shè)計(jì)過(guò)程中上我們添加了發(fā)送部分，這是便于進(jìn)行CAN卡的檢測(cè) 以及數(shù)據(jù)接收的調(diào)試，此時(shí)需要選擇正常模式。

本文作者的創(chuàng)新點(diǎn)：結(jié)合實(shí)際情況的具體需要，合理的選用了Delphi作為軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)，在實(shí)時(shí)性方面，我們選擇了Delphi自身提供的線程類，而不是按照常規(guī)選擇windows提供的API函數(shù)，從而使程序的設(shè)計(jì)變的簡(jiǎn)潔，另外在數(shù)據(jù)的處理方面，我們不僅采用了通常的數(shù)據(jù)庫(kù)方法，而且還根據(jù)實(shí)際需要采用了其他簡(jiǎn)易可行的方法。很好地完成了需求。

總之，借鑒前者地經(jīng)驗(yàn)加上實(shí)際地創(chuàng)新我們成功設(shè)計(jì)了實(shí)時(shí)監(jiān)聽(tīng)器并通過(guò)了實(shí)際檢驗(yàn)，本項(xiàng)目所設(shè)計(jì)的實(shí)時(shí)監(jiān)聽(tīng)器在實(shí)用性，實(shí)時(shí)性，準(zhǔn)確性，以及友好性上都是很不錯(cuò)的。