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弱疋邵
5 years ago
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1 汽车 CAN 总线监视仪需求 1. 实践环节描述 1.1 实践设计目的本次实验的目的在于使学生理解嵌入式系统与上位机间数据的交换方法及应用软件的开发过程了解 CAN 总线数据交换, 学会 C# 或 C++ 或 Java XML 统一建模语言等基础知识的综合应用 1.2 实践设计描述实验设计是在统一建模语言 UML 的基础上, 使用已开发完成的 CAN 信号控制器硬件, 开发与之连接的上位机的控制软件, 实现 CAN 数据信息的采集分析可视化及信息发送, 完成对硬件相关寄存器值的计算读取与设定, CAN 数据信息的导入与导出, 实现模拟车载 ECU 间的 CAN 数据通信的功能可以使用 C++ Java C# 等编程语言进行开发, 也就是说对于想把本次实验作为练习的同学没有语言的限制系统的软硬件关系大致如下图 : 本实验的目的在于理解和掌握 CAN 总线数据交换以及 Windows 编程的基础知识, 为今后的汽车总线仿真环境的研究奠定基础 2. 实践环节的要求 2.1 接口要求硬件接口 :CAN 总线控制器的 USB 接口, 把控制器与 PC 连接起来, 实现 PC 对 CAN 总线的控制软件接口 :CANUSB 的 VCP(Virtual COM Port) 驱动协议 : 虚拟 RS232 协议端口 :RS232 COM 端口

2 通信接口 : 用户所在主机通过虚拟的 RS232 协议实现 PC 与 ATmega128 单片机的通信,ATmega128 通过 SJA1000 独立 CAN 控制器实现与 CAN 总线的通信 PC 机的 USB 口连接 FT245, 正常工作模式下 SJA1000 通过 CAN 总线驱动器链接到 CAN 总线收发端口, 自检测模式下 ATmega128 链接到 JTAG ICE[15] 由于本项目是 PC 应用程序, 对于硬件的关注很低, 但要深入了解 RS232 通信协议, 确保硬件与其上位机正常通信 2.2 实践要求功能要求 : 能够完整的完成需求说明书中的功能, 并且经过基本的测试, 做到无 BUG 发布文档要求 : 项目计划及实施文档软件需求及设计文档软件测试计划及测试用例文档软件使用说明书测试要求 : 能够对编写的程序进行尽可能多的测试, 包括 : 黑盒测试白盒测试灰盒测试等, 对测试出现的 BUG 进行记录并予以修复 2.3 功能要求 (1) 能够选择 PC 与硬件通信的端口并打开 ; (2) 能够打开和关闭 CAN 总线 ; (3) 能够设定总线的波特率 ; (4) 能够选择 CAN 总线的工作模式 ( 自检测模式正常工作模式监听模式 ); (5) 能够设定 SJA1000 控制器相应寄存器的值 ( 寄存器的范围是 0x00-0x7F); (6) 能够设定 Bus Timing Register(BTR0 BTR1) Acceptance Code Register (ACR0 ACR1 ACR2 ACR3) Acceptance Mask Register(AMR0 AMR1 AMR2 AMR3) 等寄存器的值 ; (7) 能够将 CAN 控制器的缓存与所有变量清空初始化, 并将控制器转换到初始化模式 ; (8) 读取硬件的软硬件版本号 ; (9) 读取硬件的序列号 ; (10) 发送用户输入的标准的 11 位和扩展的 29 位带数据的数据帧 ; (11) 发送用户输入的标准的 11 位和扩展的 29 位不带数据的远程数据帧 ; (12) 发送用户所需的命令 ;

3 (13) 从文件读取命令, 并设定相应的发送周期发送 ; (14) 对于接收的数据帧, 用户可以选择是否加上时间戳 (Time Stamp); (15) 设定用户发送消息是否是阻塞模式 ; (16) 从 SJA1000 控制器读取相应的寄存器的值, 并清空寄存器内容 ; (17) 读取 SJA10001 控制器的错误标志位的值, 以及 SR ALC ECR RXERR TXERR 寄存器的值 ; (18) 动态添加用户想要发送和接收的信号 ; (19) 动态添加用户想要发送和接收的消息 ; (20) 把相应的信号添加到消息中, 用位图的方式设定相应的起始位 ; (21) 从消息中删除信号 ; (22) 实时的显示发送和接收的命令 ; (23) 实时的显示接收到的数据帧 2.4 其它要求 (1) 了解 SJA1000 控制器的相关知识以及 RS232 通信协议的内容 ; (2) 使用 UML2.0 统一建模语言进行软件的分析与设计, 可以用 Rational Rose 或 Visio 进行建模 ; (3) 编程实现使用 C++ Java 或 C# 语言, 完成系统的测试与发布等 ; (4) 对于 CAN 信息的存储分析等采用 XML 文件的形式 ; (5) 实践过程中对需求不明确的地方及时与辅导教师沟通 ; (6) 实践中的重要阶段性结果应进行同行评审 3. 开发环境简介所需技术 : 现在 Windows 环境下 Visual Studio2008 编程技术已经相当成熟,C# XML CAN 总线单片机相关书籍和资料相当丰富, 可以很方便的学习和掌握硬件条件 : 已开发完成的 CAN 控制器硬件 +PC 机软件条件 :Windows XP + Visual Studio Rational Rose 4. 系统设计 4.1 信息接受和屏蔽寄存器值计算的说明 ACRn AMRn 寄存器计算详细说明,ACRn 寄存器表示 1 的位表示必须是, 而 AMRn 表示 1 的位表示不关心, 因此 ACR 的值是所有 Message ID 的逻辑与,AMR 的值是所有 Message ID 的逻辑或的结果再与 ACR 的值进行异或这种算法可以过滤掉一部分 Message, 但被忽略掉的 Message 不是最少, 有时还会得到所有的 ACR 是 0, 所有的 AMR 是 1 的情况, 即接受所有的

4 Message 对这种算法进行改进, 把所有 Message ID 的与改为, 计算所有 Message 对应的某一位为 1 的 Message 个数的多少, 如果个数大于 Message 个数和的一半,ACR 对应的这一位值取 1, 如果小于取 0., 同时 AMR 对应位取 1 ; 如果所有 Message 对应的这一位都是 0, 则 ACR 对应的这一位取 0,AMR 也取 0 ; 如果所有 Message 对应的这一位都是 1, 则 ACR 对应位取 1,AMR 对应位取 0 流程图如下, 可作参考 : 4.2 系统消息信号设定流程说明 : 工程中必须先加入想要处理的信号 (Signal), 并设定 Signal 的属性, 然后在工程中加入消息 (Message), 设定 Message 的属性再向 Message 中添加 Signal, 并设置好 Signal 的起止位置, 确保不同 Signal 的位不重叠在本软件中要加入位检测的功能, 确保 Signal 各个位不重叠

4.3 收发消息流程说明必须在 Reset Mode 下设置了波特率才能发送数据流, 数据流发送前必须处于 Operation Mode 用户可以选择性的进行寄存器值的计算与设定, 当要接收特定 Message 的数据时必须计算 ACRn AMRn 的值并设定 Operation Mode 有三种, 当处于 Self Test Mode, 即自发自收模式,

5 4.3 收发消息流程说明必须在 Reset Mode 下设置了波特率才能发送数据流, 数据流发送前必须处于 Operation Mode 用户可以选择性的进行寄存器值的计算与设定, 当要接收特定 Message 的数据时必须计算 ACRn AMRn 的值并设定 Operation Mode 有三种, 当处于 Self Test Mode, 即自发自收模式, 能够接收自己发送的数据当处在 Normal Mode, 即正常模式下, 发送信息到 CAN 总线上, 但不能直接接受自己发送的数据当处在 Listen Only Mode, 即监听模式, 只能接收总线传给 PC 的数据以下流程图是许多操作中的一种流程, 在程序设计时, 应注意在 Operation Mode 和 Reset Mode 下可以执行的不同操作

6 PC 软件硬件新建一个工程在工程中添加要收发的 Signal 设定 Signal的属性 Operation Mode 在工程中添加 Message 设置 Message位图, 并设置 Signal的 Message ID 在 Message中开始位置和结束位置的属性计算并设定相应寄存器的值失败设置 CAN为 Operation Mode 成功返回失败消息显示刚刚发送的指令发送信息与指令接收信息回显信息正确返回错误错误设定为 Listen Mode 失败成功返回错误消息 Listen Mode 接收并显示发送消息发送除设置 Mode 外的消息或命令显示错误, 阻止发送

4.4 主要界面设计参考界面左上角 CAN Port Parameter 用于设置通信的串口并实现打开和关闭的功能左侧中间的 Tree View 是 Signal 与 Message 的节点组成的树状图, 同时增加右键菜单实现节点的编辑功能左侧最下方是显示所有发送和接收的命令和消息的文本框中间最上面是 CAN 控制器通讯状态的一些设置中间的中间 Send 模块是用于发送命令的,

7 4.4 主要界面设计参考界面左上角 CAN Port Parameter 用于设置通信的串口并实现打开和关闭的功能左侧中间的 Tree View 是 Signal 与 Message 的节点组成的树状图, 同时增加右键菜单实现节点的编辑功能左侧最下方是显示所有发送和接收的命令和消息的文本框中间最上面是 CAN 控制器通讯状态的一些设置中间的中间 Send 模块是用于发送命令的, 可以发送所有命令, 也可以从文件读取并发送, 同时设置发送的周期右侧 Command 是一些寄存器的设置以及读取硬件相应寄存器版本号序列号标志位等功能右下角的 Message 是接收到的所有的 Message 的数据帧, 解析后进行实时显示在 Menu 上有文件导入导出, 寄存器计算的菜单, 便于实现其功能 Message 下对于 Signal 的位图的设定, 能够实现位冲突的检测, 同一个 Message 中不能有相同的 Signal 往 Message 中增加 Signal 的界面设计参考如下 :

8 BTR0 BTR1 寄存器的计算与设置, 需要输入相应的参数, 对于 Result Set 中表格的解释可以在 Help 菜单下实现用户可以从计算出的结果中选择一个进行设置, 如图 :

9 5. 系统其它扩展本实验只是对于一个 CAN 节点的通信的研究, 今后可以在研究汽车 ECU 间硬件在环仿真, 模拟车载 ECU 间的 CAN 数据通信方面进行扩展对于 signal 曲线实时显示, 本实验只分析一个 message 的信息, 可以从多个 message 中分离出 signal 所在的 message, 进而再实时的显示对于曲线所在的 picturebox 受设计的影响, 显示面积较小, 可以把它单独扩展到一个 WinForm 中, 进而可以变化大小, 且不影响主 Form 其它命令的执行学生也可以提出其它整体上的各种创新性的内容, 来丰富这个实践 6. 附录 CANUSB ASCII 命令 : 注意 : 所有的命令必须以 [CR](Axcii=13) 结束并且是大小写敏感的 Command Description Sn[CR] Setup with standard CAN bit-rates where n is 0-8. This command is only active if the CAN channel is closed. S0 Setup 10Kbit S1 Setup 20Kbit S2 Setup 50Kbit S3 Setup 100Kbit S4 Setup 125Kbit S5 Setup 250Kbit S6 Setup 500Kbit S7 Setup 800Kbit S8 Setup 1Mbit Example: S4[CR] Setup CAN to 125Kbit. sxxyy[cr] Setup with BTR0/BTR1 CAN bit-rates where xx and yy is a hex value. This command is only active if the CAN channel is closed. xx BTR0 value in hex yy BTR1 value in hex Example: s031c[cr] Setup CAN with BTR0=0x03 & BTR1=0x1C which equals to 125Kbit. O[CR] Open the CAN channel. This command is only active if the CAN channel is closed and has been set up prior with either the S or s command (i.e. initiated). Example: O[CR] Open the channel C[CR] Close the CAN channel. This command is only active if the CAN channel is open. Example: C[CR] Close the channel tiiildd...[cr] Transmit a standard (11bit) CAN frame.

10 This command is only active if the CAN channel is open. iii Identifier in hex (000-7FF) l Data length (0-8) dd Byte value in hex (00-FF). Numbers of dd pairs must match the data length, otherwise an error occur. Example 1: t [cr] Sends an 11bit CAN frame with ID=0x100, 2 bytes with the value 0x11 and 0x33. Example 2: t0200[cr] Sends an 11bit CAN frame with ID=0x20 & 0 bytes. Returns: z[cr] for OK or BELL (Ascii 7) for ERROR. Tiiiiiiiildd...[CR] Transmit an extended (29bit) CAN frame. This command is only active if the CAN channel is open. iiiiiiii Identifier in hex ( FFFFFFF) F[CR] l Data length (0-8) dd Byte value in hex (00-FF). Numbers of dd pairs must match the data length, otherwise an error occur. Example 1: t [cr] Sends a 29bit CAN frame with ID=0x100, 2 bytes with the value 0x11 and 0x33. Returns: Z[CR] for OK or BELL (Ascii 7) for ERROR. Read Status Flags. This command is only active if the CAN channel is open. Example 1: F[CR] Read Status Flags. Returns: An F with 2 bytes BCD hex value plus CR (Ascii 13) for OK. If CAN channel isn t open it returns BELL (Ascii 7). This command also clear the RED Error LED. See availible errors below. E.g. F01[CR] Bit 0 CAN receive FIFO queue full Bit 1 CAN transmit FIFO queue full Bit 2 Error warning (EI), see SJA1000 datasheet Bit 3 Data Overrun (DOI), see SJA1000 datasheet Bit 4 Not used. Bit 5 Error Passive (EPI), see SJA1000 datasheet Bit 6 Arbitration Lost (ALI), see SJA1000 datasheet * Bit 7 Bus Error (BEI), see SJA1000 datasheet ** * Arbitration lost doesn t generate a blinking RED light! ** Bus Error generates a constant RED light! Mxxxxxxxx[CR] Sets Acceptance Code Register (ACn Register of SJA1000). This command is only active if the CAN channel is initiated and not opened. xxxxxxxx Acceptance Code in hex with LSB first, AC0, AC1, AC2 & AC3. For more info, see Philips SJA1000 datasheet. Example: M [CR] Set Acceptance Code to 0x This is default when power on, i.e. receive all frames. mxxxxxxxx[cr] Sets Acceptance Mask Register (AMn Register of SJA1000).

11 V[CR] N[CR] Zn[CR] This command is only active if the CAN channel is initiated and not opened. xxxxxxxx Acceptance Mask in hex with LSB first, AM0, AM1, AM2 & AM3. For more info, see Philips SJA1000 datasheet. Example: mffffffff[cr] Set Acceptance Mask to 0xFFFFFFFF This is default when power on, i.e. receive all frames. Get Version number of both CANUSB hardware and software This command is active always. Example: V[CR] Get Version numbers Returns: V and a 2 bytes BCD value for hardware version and a 2 byte BCD value for software version plus CR (Ascii 13) for OK. E.g. V1013[CR] Get Serial number of the CANUSB. This command is active always. Example: N[CR] Get Serial number Returns: N and a 4 bytes value for serial number plus CR (Ascii 13) for OK. E.g. NA123[CR]. Note that the serial number can have both numerical and alfa numerical values in it. The serial number is also printed on the CANUSB for a quick reference, but could e.g. be used in a program to identify a CANUSB so the program know that it is set up in the correct way (for parameters saved in EEPROM). Sets Time Stamp ON/OFF for received frames only. This command is only active if the CAN channel is closed. If the Time Stamp is OFF, the incomming frames looks like this: t [cr] (a standard frame with ID=0x100 & 2 bytes) If the Time Stamp is ON, the incomming frames looks like this: t d67[cr] (a standard frame with ID=0x100 & 2 bytes) Example 1: Z0[CR] Turn OFF the Time Stamp feature (default). Example 2: Z1[CR] Turn ON the Time Stamp feature.

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