基于CAN总线的车载网络通信软件的研究与实现

论文摘要

现代汽车上的电子设备多且复杂,将这些电子设备按照协议用总线连成网络,能够有效的利用资源并实现数据共享。总线网络为汽车内部的各种复杂的电子设备和控制器提供了统一的数据交换通道。汽车网络技术已经成为各主流汽车厂商的基础技术构成。提高控制单元间的通讯可靠性并且降低导线成本的网络总线应用中的关键技术包括CAN、LIN、FlexRey、MOST、IDB1394等。将这些总线进行对比,本着设计简单、成本低、满足低速高速通信要求的原则,CAN总线是首选。对于汽车整车厂来说,CAN网络设计是应用CAN网络通信的关键。纵观现有的网络软件设计技术,可以将其分为两类：一类是以仿真和测试为主的传统设计方法；另一类是以协议设计为主的新方法。传统方法将每个节点对协议的要求拼凑起来,通过仿真、测试的方法验证协议的正确性,最终得到通讯协议。协议设计为主的方法通过系统设计技术,用理论方法对系统进行时序建模,分析设计系统的通讯协议,保证系统的实时性能以及协议的正确性,最终发布正确的通讯协议。本文的主要工作是运用协议设计方法原理,研究和实现基于CAN总线的车载网络通信软件。为此,本文首先分析了网络的灵魂——CAN协议。CAN协议是一种现场总线协议,重点研究了协议的特点、协议的分层结构并与ISO/OSI基本参照模型进行对比,介绍了协议中4种帧类型和帧的用途,并对数据帧进行了详细介绍,对总线仲裁、帧的优先级判别、总线同步等也做了充分的研究。其次,在理解了CAN协议的基础上,分析了该软件开发时所使用的MSCAN设备,重点研究了MSCAN设备的结构、特点和工作模式。然后使用分层结构设计方法,设计系统结构,按照设计出的层次结构逐层实现系统各层的功能。最后对各层功能进行集成,设计测试用例,对系统进行验证。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.2 国内外研究的现状
• 1.2.1 总线技术发展现状
• 1.2.2 总线协议研究现状
• 1.3 本研究的主要工作
• 1.4 论文组织结构
• 第2章 CAN总线协议基础
• 2.1 CAN协议的特点
• 2.2 CAN节点的分层结构
• 2.3 CAN协议的帧格式
• 2.4 帧的仲裁
• 2.5 位填充
• 2.6 位时序
• 2.7 帧的同步
• 2.8 本章小结
• 第3章 MSCAN设备
• 3.1 MSCAN设备介绍
• 3.2 MSCAN的工作模式
• 3.3 本章小结
• 第4章 通讯软件设计
• 4.1 设计目标
• 4.1.1 功能目标
• 4.1.2 性能目标
• 4.2 系统设计原理
• 4.2.1 传统设计方法的局限性
• 4.2.2 以协议设计为主的新方法的特点
• 4.3 系统的结构
• 4.3.1 静态配置编译工具
• 4.3.2 COM软件
• 4.3.3 静态配置编译工具与COM软件的使用过程
• 4.3.4 COM软件的使用
• 4.4 重要概念
• 4.5 本章小结
• 第5章 驱动层的设计和实现
• 5.1 驱动层的功能分析
• 5.2 驱动层的功能设计
• 5.2.1 CAN设备的初始化
• 5.2.2 CAN设备的状态管理
• 5.2.3 CAN设备的数据发送
• 5.2.4 CAN设备的数据接收
• 5.2.5 CAN设备的标识符验收滤波
• 5.2.6 驱动层的中断
• 5.2.7 驱动层的模式控制
• 5.3 CAN设备的消息缓冲区
• 5.3.1 消息的接收缓冲区
• 5.3.2 消息的发送缓冲区
• 5.4 驱动层的配置
• 5.5 本章小结
• 第6章 交互层的设计和实现
• 6.1 交互层的功能分析
• 6.2 交互层的功能设计
• 6.2.1 数据的接收
• 6.2.2 数据的发送
• 6.2.3 最后期限监控
• 6.2.4 信号网关
• 6.3 本章小结
• 第7章 系统测试
• 7.1 测试平台
• 7.2 测试用例
• 7.3 测试结果分析
• 总结与展望
• 论文总结
• 未来展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士期间科研成果