网络层 - 基于SAE J1939协议的车辆网络通信

2.3 网络层

网络层定义了为不同网段间提供互联功能的设备需求和服务。当多个网段存在时需要网络互联ECU，其功能包括报文转发、报文过滤、报文地址转换、报文重组及数据库管理。网络层功能对于特定ECU来说是可选的，网络中仅信息交互ECU用到网络层功能。

2．4 应用层

应用层定义了针对车辆应用的信号(参数)和报文(参数组)。应用层通过参数描述信号，给每个参数分配了一个19位的可疑参数编号(SPN)；通过参数组描述报文，给每个参数组分配了一个24位的参数组编号(PGN)。SPN用来标识与ECU相关的故障诊断元素、部件或参数组中参数；PGN用来唯一标识一个特定参数组。除已分配的参数和参数组外，用户还可通过分配未使用的SPN给自定义参数和定义专有报文对应用层进行补充。

 

2．5 应用层诊断

应用层诊断定义了诊断报文DMl-19，其作用如表1所列。这19种报文在网络中并不都可用。目前，网络中仅用到报文DMl、DM2、DM3及DMll。

表l中的诊断故障代码(DTC)为4字节，由19位可疑参数编号(SPN)、5位故障失效模式(FMI)、7位故障发生次数(OC)以及1位SPN转换方式(CM)组成，如图4所示。

2．6 网络管理层

网络管理层通过提供地址分配管理和网络错误管理的定义和过程描述，来唯一识别网络上的控制器。其功能包括：请求网络上控制器的地址和名字、为控制器声明一个地址、公告不能声明的地址和命令其他控制器使用新的地址等。

3 车辆网络信息交互设计

车辆网络信息交互选用的液晶显示器为8寸、640×480像素、RS-232通信，具有6个无源P9接口薄膜按键，其显示布局如图5所示。图中左半部分：上部为红色信号指示灯及其报警提示，其下为其他颜色信号指示灯：中部为仪表模拟模式下表盘指针或数字模式下数字，其下为小仪表报警提示；下部为组成员数据及各组报警提示。图中右半部分：上部为日期时间、环温／气压、单／全里程，其下为诊断指示灯及DMl来源、菜单；下部为信息分页，包括基本信息、各ECU 产品未处理的信息、DMl及DM2内容、DMl及DM2下载应答、DM3应答、DMll应答、单里程清零应答和日期时间交互修改等。

液晶显示器的功能有：在指定位置显示8×16英文字符，在指定位置画线，在指定位置显示预置位图，在指定位置按指定方式自动显示日期时间、读取年月日、读取时分秒、设置日期时间、显示／关闭光标、打开／关闭背光。当进行不同程度的报警时，通过蜂鸣器发出的缓和或尖锐两种不同的声音进行提示。

4 车辆网络软件设计

4．1 信息交互ECU

信息交互ECU选用Freescale公司S12X系列中的MC；9S12XDP512作为主芯片，使用了嵌入式操作系统uC／()S-II。S12X的从CPU——中断协处理器XGate，处理μC／OS-II时钟节拍中断并作任务切换，提高了系统的实时性，减轻了主CPU的负荷。XGate还用于处理与液晶显示器串口通信、与PC串口通信、查询键盘的有效输入，并管理报警蜂鸣器。

信息交互ECU在μC／0S-II下创建了5个任务：系统初始任务、指示灯任务、仪表数据任务、键盘相关任务、J1939处理任务。系统初始任务打开 RTI中断，上电自检，打开日期时间显示；指示灯任务周期性地显示信号指示灯及红色信号指示灯报警提示，显示诊断指示灯及DMl来源，处理报警事件；仪表数据任务周期性地按选定模式显示仪表及小仪表报警提示，显示组成员数据及组报警提示，显示环温／气压及单／全里程，并处理报警事件；键盘相关任务在有效输入下根据按键及菜单进行分页显示切换、系统设置修改等；JI939处理任务周期性地遍历两个端口的协议栈进行报文收发、报文转发和提取应答等。

4．2 其余自制ECU

其余自制ECU选用Freescale公司S12系列中的M(29S12DGl28作为ECU主芯片。上电初始化后，在无限循环下先遍历协议栈，对请求报文进行响应，然后采集数据更新报文。程序采集传感器信息，周期性地更新应用层报文。程序根据采集的信号、数据生成DTC，周期性地更新应用层诊断报文，根据DTC数目决定是否发送及是否用传输协议。程序半固定数据如DTC信息、里程信息等均保存在EEPROM中，每次上电导入，发生变化后实时更新。

结 语

通过对具备SAE J1939 CAN接口的ECU产品CAN总线功能进行分析，自定义若干ECU，集成实现基于SAE J1939协议的车辆网络。在实验室对比CAN卡、上车对比仪表板进行试验研究的结果表明，所集成的车辆网络工作稳定、信息量丰富、能实时反映故障诊断信息，解决了车辆仪表盘信息量较少和故障诊断实时性不足的问题。