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基于CAN总线和虚拟仪器技术的汽车CAN节点测试仪设计
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引 言
Controller Area Network(控制器局域网，缩写为CAN)，是为解决汽车电子控制单元间的信息通信而由德国Bosch公司提出的一种总线标准，以其卓越的性能、极高的可靠性和低廉的价格，现在已经在汽车领域获得广泛应用。为了保证汽车CAN总线节点安全、稳定运转，同时为了提高大批量生产的效率，必须在生产过程中对CAN节点产品进行测试，开发基于CAN总线的汽车CAN节点测试仪显得十分重要。本文通过选择高速处理器和采用虚拟仪器技术保证测试仪的通用性，使其只需通过软件更新便可测试多个CAN节点。
CAN协议简介
CAN协议建立在ISO/OSI 7层开放互连参考模型基础之上，为了方便应用，同时保证各节点间无差错的数据传输，仅定义了ISO/OSI模型中最下面的两层：数据链路层和物理层，应用层协议由用户自行定义，也可采用一些国际组织制订的标准协议。
CAN是一个典型的以半双工方式通信的串行总线结构形式，一个节点发送信息，多个节点接收信息。不同于主从式总线，CAN采用一种称作广播式的存取工作方式，是一种对等式的总线网。在CAN总线的通信协议中，各节点地址没有主/从的概念，也没有任何与节点地址相关的信息存在。信息以报文的形式出现，其数据结构如图1所示。
图1中的仲裁域用来表明消息的类型和消息的优先级，CAN总线上的节点将根据标识符决定是否需要读取信息包中的数据，从而避免了不必要的节点处理总线上信息的频繁中断，提高了数据传输速率，保证了数据出错率极低。
Controller Area Network(控制器局域网，缩写为CAN)，是为解决汽车电子控制单元间的信息通信而由德国Bosch公司提出的一种总线标准，以其卓越的性能、极高的可靠性和低廉的价格，现在已经在汽车领域获得广泛应用。为了保证汽车CAN总线节点安全、稳定运转，同时为了提高大批量生产的效率，必须在生产过程中对CAN节点产品进行测试，开发基于CAN总线的汽车CAN节点测试仪显得十分重要。本文通过选择高速处理器和采用虚拟仪器技术保证测试仪的通用性，使其只需通过软件更新便可测试多个CAN节点。
CAN协议简介
CAN协议建立在ISO/OSI 7层开放互连参考模型基础之上，为了方便应用，同时保证各节点间无差错的数据传输，仅定义了ISO/OSI模型中最下面的两层：数据链路层和物理层，应用层协议由用户自行定义，也可采用一些国际组织制订的标准协议。
CAN是一个典型的以半双工方式通信的串行总线结构形式，一个节点发送信息，多个节点接收信息。不同于主从式总线，CAN采用一种称作广播式的存取工作方式，是一种对等式的总线网。在CAN总线的通信协议中，各节点地址没有主/从的概念，也没有任何与节点地址相关的信息存在。信息以报文的形式出现，其数据结构如图1所示。
图1中的仲裁域用来表明消息的类型和消息的优先级，CAN总线上的节点将根据标识符决定是否需要读取信息包中的数据，从而避免了不必要的节点处理总线上信息的频繁中断，提高了数据传输速率，保证了数据出错率极低。
系统硬件设计
测试仪的硬件设计主要包括三部分：处理器及其存储器电路、CAN总线接口电路、RS232接口电路。结构图如图2所示：
处理器采用ATMEL公司基于ARM920T内核的AT91RM9200，该处理器运行频率高达180MHz，可外扩32MB Flash和64MB RAM，使其可以满足大多数汽车CAN节点的测试需求。片上集成了许多标准接口，如USB主/从接口、以太网、RS-232，使其可以简单得与PC机相连，测试数据可以实时地上传到PC机，借助PC机强大的处理性能和丰富的数据处理软件，进行在线监测及数据处理。
AT91RM9200包括一个高速片上SRAM工作区及一个低等待时间的外部总线接口，以完成应用所要求的片外存储器和内部存储器映射外设配置的无缝连接。外扩存储器包括1片S29GL256N Flash和2片K4S561632A-TC/L80 SDRAM，Flash容量为32MB，SDRAM容量为64MB。
CAN总线接口电路包括总线控制器和物理层接口两个部分，实现测试仪与被测试CAN节点的CAN总线通信，这是实现测试的前提。CAN总线控制器采用 PHILIPS公司的SJA1000，它有着更好的性能和稳定性，支持CAN2.0A/B协议，有两种工作模式：Basic CAN和Peli CAN，可同时支持11位和29位标识码，能挂载更多CAN节点。物理层接口选用TJA1054实现，它可以连接高达32个节点，内建斜率控制功能及 CANL和CANH总线输出的良好匹配使电磁辐射EME很低，具有优异的总线故障管理能力，总线故障时自动切换到单线模式，故障修复后自动复位到差分模式，同时提供对电源和地的短路
