網(wǎng)絡(luò)層 - 基于SAE J1939協(xié)議的車輛網(wǎng)絡(luò)通信

2.3 網(wǎng)絡(luò)層

網(wǎng)絡(luò)層定義了為不同網(wǎng)段間提供互聯(lián)功能的設(shè)備需求和服務(wù)。當(dāng)多個網(wǎng)段存在時需要網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)ECU，其功能包括報文轉(zhuǎn)發(fā)、報文過濾、報文地址轉(zhuǎn)換、報文重組及數(shù)據(jù)庫管理。網(wǎng)絡(luò)層功能對于特定ECU來說是可選的，網(wǎng)絡(luò)中僅信息交互ECU用到網(wǎng)絡(luò)層功能。

2．4 應(yīng)用層

應(yīng)用層定義了針對車輛應(yīng)用的信號(參數(shù))和報文(參數(shù)組)。應(yīng)用層通過參數(shù)描述信號，給每個參數(shù)分配了一個19位的可疑參數(shù)編號(SPN)；通過參數(shù)組描述報文，給每個參數(shù)組分配了一個24位的參數(shù)組編號(PGN)。SPN用來標(biāo)識與ECU相關(guān)的故障診斷元素、部件或參數(shù)組中參數(shù)；PGN用來唯一標(biāo)識一個特定參數(shù)組。除已分配的參數(shù)和參數(shù)組外，用戶還可通過分配未使用的SPN給自定義參數(shù)和定義專有報文對應(yīng)用層進(jìn)行補(bǔ)充。

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2．5 應(yīng)用層診斷

應(yīng)用層診斷定義了診斷報文DMl-19，其作用如表1所列。這19種報文在網(wǎng)絡(luò)中并不都可用。目前，網(wǎng)絡(luò)中僅用到報文DMl、DM2、DM3及DMll。

表l中的診斷故障代碼(DTC)為4字節(jié)，由19位可疑參數(shù)編號(SPN)、5位故障失效模式(FMI)、7位故障發(fā)生次數(shù)(OC)以及1位SPN轉(zhuǎn)換方式(CM)組成，如圖4所示。

2．6 網(wǎng)絡(luò)管理層

網(wǎng)絡(luò)管理層通過提供地址分配管理和網(wǎng)絡(luò)錯誤管理的定義和過程描述，來唯一識別網(wǎng)絡(luò)上的控制器。其功能包括：請求網(wǎng)絡(luò)上控制器的地址和名字、為控制器聲明一個地址、公告不能聲明的地址和命令其他控制器使用新的地址等。

3 車輛網(wǎng)絡(luò)信息交互設(shè)計

車輛網(wǎng)絡(luò)信息交互選用的液晶顯示器為8寸、640×480像素、RS-232通信，具有6個無源P9接口薄膜按鍵，其顯示布局如圖5所示。圖中左半部分：上部為紅色信號指示燈及其報警提示，其下為其他顏色信號指示燈：中部為儀表模擬模式下表盤指針或數(shù)字模式下數(shù)字，其下為小儀表報警提示；下部為組成員數(shù)據(jù)及各組報警提示。圖中右半部分：上部為日期時間、環(huán)溫／氣壓、單／全里程，其下為診斷指示燈及DMl來源、菜單；下部為信息分頁，包括基本信息、各ECU 產(chǎn)品未處理的信息、DMl及DM2內(nèi)容、DMl及DM2下載應(yīng)答、DM3應(yīng)答、DMll應(yīng)答、單里程清零應(yīng)答和日期時間交互修改等。

液晶顯示器的功能有：在指定位置顯示8×16英文字符，在指定位置畫線，在指定位置顯示預(yù)置位圖，在指定位置按指定方式自動顯示日期時間、讀取年月日、讀取時分秒、設(shè)置日期時間、顯示／關(guān)閉光標(biāo)、打開／關(guān)閉背光。當(dāng)進(jìn)行不同程度的報警時，通過蜂鳴器發(fā)出的緩和或尖銳兩種不同的聲音進(jìn)行提示。

4 車輛網(wǎng)絡(luò)軟件設(shè)計

4．1 信息交互ECU

信息交互ECU選用Freescale公司S12X系列中的MC；9S12XDP512作為主芯片，使用了嵌入式操作系統(tǒng)uC／()S-II。S12X的從CPU——中斷協(xié)處理器XGate，處理μC／OS-II時鐘節(jié)拍中斷并作任務(wù)切換，提高了系統(tǒng)的實時性，減輕了主CPU的負(fù)荷。XGate還用于處理與液晶顯示器串口通信、與PC串口通信、查詢鍵盤的有效輸入，并管理報警蜂鳴器。

信息交互ECU在μC／0S-II下創(chuàng)建了5個任務(wù)：系統(tǒng)初始任務(wù)、指示燈任務(wù)、儀表數(shù)據(jù)任務(wù)、鍵盤相關(guān)任務(wù)、J1939處理任務(wù)。系統(tǒng)初始任務(wù)打開 RTI中斷，上電自檢，打開日期時間顯示；指示燈任務(wù)周期性地顯示信號指示燈及紅色信號指示燈報警提示，顯示診斷指示燈及DMl來源，處理報警事件；儀表數(shù)據(jù)任務(wù)周期性地按選定模式顯示儀表及小儀表報警提示，顯示組成員數(shù)據(jù)及組報警提示，顯示環(huán)溫／氣壓及單／全里程，并處理報警事件；鍵盤相關(guān)任務(wù)在有效輸入下根據(jù)按鍵及菜單進(jìn)行分頁顯示切換、系統(tǒng)設(shè)置修改等；JI939處理任務(wù)周期性地遍歷兩個端口的協(xié)議棧進(jìn)行報文收發(fā)、報文轉(zhuǎn)發(fā)和提取應(yīng)答等。

4．2 其余自制ECU

其余自制ECU選用Freescale公司S12系列中的M(29S12DGl28作為ECU主芯片。上電初始化后，在無限循環(huán)下先遍歷協(xié)議棧，對請求報文進(jìn)行響應(yīng)，然后采集數(shù)據(jù)更新報文。程序采集傳感器信息，周期性地更新應(yīng)用層報文。程序根據(jù)采集的信號、數(shù)據(jù)生成DTC，周期性地更新應(yīng)用層診斷報文，根據(jù)DTC數(shù)目決定是否發(fā)送及是否用傳輸協(xié)議。程序半固定數(shù)據(jù)如DTC信息、里程信息等均保存在EEPROM中，每次上電導(dǎo)入，發(fā)生變化后實時更新。

結(jié) 語

通過對具備SAE J1939 CAN接口的ECU產(chǎn)品CAN總線功能進(jìn)行分析，自定義若干ECU，集成實現(xiàn)基于SAE J1939協(xié)議的車輛網(wǎng)絡(luò)。在實驗室對比CAN卡、上車對比儀表板進(jìn)行試驗研究的結(jié)果表明，所集成的車輛網(wǎng)絡(luò)工作穩(wěn)定、信息量豐富、能實時反映故障診斷信息，解決了車輛儀表盤信息量較少和故障診斷實時性不足的問題。