基于SAE J1939协议的车辆网络集成方法

2010-03-10 18:22:18来源: 互联网

      摘要 电控单元(ECU)是车辆内部系统控制模块的代名词。本文介绍如何集成自定义ECU和具有SAEJI939CAN接口的ECU产品,实现基于SAE JI939协议的车辆网络,完成自定义ECU的信息采集和各ECU 间的信息交换。该网络使用双核单片机和μC/OS-II操作系统,通过液晶显示器和按键实现信息交互,解决了车辆仪表盘信息量较少和故障诊断实时性不足等问题。该方法可推广应用到其他工业环境类似的CAN通信领域,如列车控制、工厂控制等。

引 言

  随着车辆电子化和自动化程度的提高,车辆上的ECU日益增多。为了提高信号的利用率,要求在不同的ECU间,大量的数据状态信息能够实现共享,大量的控制信号能够实时交换。这样,传统线束已远远不能满足这种需求。

  CAN总线及基于CAN的车辆网络通信协议提供了解决上述问题的途径。SAE J1939协议是美国汽车工程师协会(SAE)在CAN2.0B协议基础上制定的重型货车和客车网络通信协议,是目前汽车电子网络中应用最广泛的应用层协议之一。该协议使用多路复用技术为车辆各传感器、执行器和控制器提供建立在CAN总线基础上的标准化高速网络连接,在不同的ECU间实现高速数据共享,以有效减少线束数量并提高车辆电子控制系统的灵活性、可靠性、可维修性。

  目前,车辆的ECU产品大都带有SAE J1939 CAN接口。针对具有SAE J1939 CAN接口的ECU产品(如发动机、变速器及其缓速器和ABS等ECU),自定义若干ECU,集成实现基于SAE J1939协议的车辆网络,完成自定义ECU的信息采集和各ECU间的信息交换。

1 车辆网络拓扑结构

  具有SAE J1939 CAN接口的ECU产品接上仪表板连成网络后,已基本满足车辆驾驶的要求。为了使自定义ECU对外通信尽量不影响ECU产品间的通信,整个网络分为两个网段,必要时可合并成一个网段。网段A包含信息交互ECU,发动机ECU,变速器及其缓速器ECU,ABS ECU;网段B包括信息交互ECU,发动机外围、I桥及II桥ECU,分动器ECU,III桥及IV桥ECU。信息交互ECU用两个CAN端口分别与两个网段连接,具有报文转发功能。车辆网络拓扑结构如图1所示。

2 车辆网络通信设计

  按照SAE J1939协议,车辆网络通信设计包括以下几方面内容:

      ◆物理层与SAEJI939-11兼容;

      ◆数据链路层与SAE J1939-21兼容;

  ◆网络层与SAE J1939-31兼容;

  ◆应用层与SAE J1939-71兼容;

  ◆应用层诊断与SAE J1939-73兼容;

  ◆网络管理层与SAE J1939-81兼容。

  2.1 物理层

  物理层实现网络上所有ECU的电气连接。物理介质采用特征阻抗为120 Ω的屏蔽双绞线,CAN_H为黄色、CAN_L为绿色。网段尽可能使用线性拓扑结构,其波特率为250 kbps。网段干线两端均以120 Ω电阻做终端匹配。ECU使用短支线与网段干线连接,在网段中采用不相等布置以防止产生驻波。

  位时间内实现同步、网络延时补偿及采样点位置确定等总线管理功能,其段组成如图2所示。同步是相位缓冲段1加长或相位缓冲段2缩短,其上限为同步跳转带宽 (SJW)。采样点尽量位于(但不超过)位时间的7/8,能实现传播延迟和时钟误差最佳折中。时钟频率为16 MHz时,推荐分频因子=4、SJw=ltq、TSEGl=13tq、TSEG2=2tq(tq为时钟周期)。

  2.2 数据链路层

  数据链路层在物理层之上提供了可靠的数据传输功能,实现了应用层报文的数据交换。通过数据链路层的组织,实现了发送数据帧必须具有的同步、顺序控制、错误控制和流控制等功能。

  数据链路层通过协议数据单元(PDU)组织数据帧中的协议相关信息。PDU由数据帧中29位ID和O~8字节数据场组成,其数据结构如图3所示。P场决定报文优先级;R位保留;DP位是数据页位;PF场决定PDU格式(PDUl或PDU2);PS场为PDU细节,由PF场决定是目标地址DA还是对PF、的组扩展GE;SA为源地址。

  数据链路层提供的报文有命令报文、请求报文、广播/响应报文、应答报文及组功能报文。此外,数据链路层还实现了传输协议功能,用于将大于8字节报文进行打包重组、连接管理,分为广播公告的BAM协议和点对点会话的RTS/CTS协议。

  

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关键字:SAE  JI939协议  车辆网络  集成方法  电控单元  CAN

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/qcdz/2010/0310/article_1804.html
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