汽车电子中的基于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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2020-11-19
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汽车电子中的基于汽车电子中的基于CAN总线和虚拟仪器技术的汽车总线和虚拟仪器技术的汽车CAN节点测节点测
试仪设计试仪设计
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
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。
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。
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保护功能，特别适合
于汽车内部的CAN通讯。
RS232接口电路即测试仪与PC的通信接口，AT91RM9200内部带有UART控制器，可以方便得与PC机连接，对测试信息
进行在线监测，数据存储。
软件设计
软件设计包括上位机程序和下位机程序两个部分。上位机程序在NI公司专门针对虚拟仪器开发设计的的Labwindows/CVI
平台上开发，包括USB通讯程序和测试程序两个部分。labwindows/CVI包括对众多总线（包括PCI、PCI Express、PXI、
PCMCIA、USB、以太网、GPIB、串口和IEEE 1394）的支持，可以方便得开发RS232通讯程序。测试程序包括人机交互界
面（即仪器面板）和测试记录两个部分，Labwindows/CVI提供了丰富的控件，可以迅速开发仪器面板，省去了在下位机上开
发人机交互界面（主要是指LCD和按键），所开发的仪器面板界面。
下位机程序采用linux作为测试仪的操作系统，采用较新的linux-2.6.13内核，使软件设计模块化，便于移植。软件主要包
括通讯程序和测试程序两大部分。通讯程序包括CAN总线通讯程序和USB通讯程序两个部分，本文主要介绍一下CAN通讯程
序。
CAN通讯程序包括SJA1000芯片的初始化、接收数据和发送数据。测试仪上电后进行SJA1000的初始化，该操作必须正
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