CAN 总线车载网络通讯组件的研究和实现

文章摘要：如图 1 所示，通过对响应时间进行建模，并仔细安排消息的ID 和周期以控制延迟时间、响应时间及总线负载。然后用理论方法计算出最差情形下的延迟时间、最大的响应值，以及总线负载。由于新方法能够计算出最大总线负载，也能有效控制系统延迟，因此没有必要再对系统的总线负载作任何限制，理论上可以达到100%。其优势在于保证了确定的通讯行为，可以有效地利用系统资源。3.3 分隔应用程序和通讯协议，保证变更灵活性如图 2 所示，新方法为ECU 通讯功能提供了标准的网络通讯组件。该组件将应用程序和通讯协议成功分隔开来，使得各自的修改互不影响，保证了协议修改的灵活性。网络通讯组件提供面向总线、应用程序和通讯协议三方

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　　如图 1 所示，通过对响应时间进行建模，并仔细安排消息的ID 和周期以控制延迟时间、响应时间及总线负载。然后用理论方法计算出最差情形下的延迟时间、最大的响应值，以及总线负载。

　　由于新方法能够计算出最大总线负载，也能有效控制系统延迟，因此没有必要再对系统的总线负载作任何限制，理论上可以达到100%。其优势在于保证了确定的通讯行为，可以有效地利用系统资源。

　　3.3 分隔应用程序和通讯协议，保证变更灵活性

　　如图 2 所示，新方法为ECU 通讯功能提供了标准的网络通讯组件。该组件将应用程序和通讯协议成功分隔开来，使得各自的修改互不影响，保证了协议修改的灵活性。网络通讯组件提供面向总线、应用程序和通讯协议三方面的标准接口。面向应用程序的接口是基于信号的操作，不包含通讯协议的参数。面向通讯协议的接口负责识别通讯协议。只要遵守接口标准，协议可以进行任意改变，而且不影响应用程序。

图 2 分隔应用程序和通讯协议

　　这种设计方案其优势在于整车厂商可以很容易地修改协议，不需要供应商支持，因此保证了系统变更的灵活性，同时也增加了系统的可移植性以及应用的复用性。

　　４ 系统设计

　　为了避免传统设计方法的缺点，本系统参考新方法理论进行设计。整个系统主要分为两大部分：一、静态配置编译工具；二、网络组件，称为COM 组件。

　　4.1 静态配置编译工具

　　该静态配置编译工具使用配置语言进行信号、帧、帧模式等等的配置。配置语言定义了四个文件的配置规则语法，这四个文件分别为：fixed 文件、network 文件、target 文件和private文件。

　　.fix 文件主要用来描述可用的网络接口以及ECU 中的每个通信接口所收发的信号的描述。这些描述内容可以在工程的很早阶段就可以定义，甚至是在选定供应商之前就可以进行定以。

　　.net 文件通常由系统Interator 创建，主要用来描述网络接口配置、信号、帧及其想关参数（例如：帧的ID，传输类型、周期、偏移以及信号的映射表），如果应用有需要的话，还可以进行调度表的调度表的定义（应用于使用网关的情况）。这些信息将会存储到NVRAM中，并且对于应用软件不是直接可见的。

　　.tgt 文件是由ECU 的供应商提供的，它包括ECU 的硬件特性描述，比如CPU 类型、存储数据的内存的大小和地址等。

　　.pri 文件主要用来定义信号的标志、超时以及信号的重命名等信息。通过使用配置语言配置的这四个文件实现了静态可裁剪配置，同时控制了信号传递的时序，有效地控制了通讯延迟并避免了数据的丢失，充分利用了网络资源。

　　经过配置后获得的四个文件经过配置编译器编译后生成三个文件，分别为：s_gen.c 、s_hand.h 以及s_nvram。

　　s_gen.c 文件包含了一些配置产生的数据结构，并且这些数据结构与ECU 供应商提供的ECU 其他部分应用软件代码进行集成编译和链接。应用软件将包含s_hand.h 文件，以便访问不同的通讯对象，例如：特定的信号等。s_nvram 文件是产生的ECU 二进制配置数据。

　　4.2 COM 组件

　　COM 组件采用分层结构设计方法，主要分为：交互层（InteractiON layer）和驱动层（devicedrivers layer）。其中交互层中具有网关功能，该功能实现信号级的路由。

　　COM 组件中的交互层具有以下功能：一、提供标准面向应用的信号接口；二、提供为网络管理统一服务；三、提供诊断通信统一服务；四、隐藏协议和来自应用的信息属性；五、提供不同网络之间数据传输；六、提供网关功能。

　　COM 组件中的驱动层提供以下功能：一、发送从交互层递交过来的数据；二、从CAN硬件接收数据递交给交互层；三、确认上层的发送请求，并将确认信息上报给交互层；四、确认接收完成，并将确认信息上报给交互层。

　　信号的接收：当底层网络中有信息在传输时，CAN 收发器进行过滤，只有符合过滤条件的帧才能被CAN 设备通过驱动层接收。然后驱动层将收上来的数据传递给交互层。应用程序通过信号读操作获得符合条件的帧中的相应信号。

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