学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

面向应用原型开发的CAN网络仿真研究

作　者: 黄兵
导　师: 杨磊; 李蕊
学　校: 湖南大学
专　业: 计算机科学与技术
关键词: 仿真原型开发 Controller Area Network SkyEye SJA1000 SocketCAN VCAN
分类号: TP273.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 32次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

汽车上CAN（Controller Area Network）控制系统变得越来越复杂，然而先硬件后软件的传统开发方法降低了CAN应用的开发效率。如何摆脱由于硬件尚未到位导致CAN应用开发和测试滞后的困境，从而缩短开发周期、提高效率，成为汽车电子系统中迫切需要解决的问题，而应用原型的开发有利于解决这个问题。目标硬件仿真平台和环境的构建是CAN应用原型开发的关键。因此，本文以CAN控制器为仿真目标，结合嵌入式开发板虚拟平台SkyEye的仿真机制和执行方式，仿真其硬件寄存器的功能，同时借助SocketCAN网络协议栈的功能，实现一个由虚拟CAN节点构成的CAN网络，为CAN网络通讯应用原型的开发和测试提供一个虚拟硬件环境。主要工作如下：首先，在介绍了原型开发方法和概述了CAN总线技术的基础上，分析了嵌入式系统仿真平台SkyEye的仿真机制，尤其深入研究了外围设备的仿真方法和执行方式，为后续CAN应用原型开发平台仿真工作的展开奠定了基础。其次，针对以SJA1000为例的独立型CAN网络控制器的内部组成结构、寄存器和RAM的功能进行了分析，提出了虚拟CAN网络节点的仿真需求；在保证能够正常通信基础上，对CAN网络控制器的功能进行了裁剪，结合SkyEye外围设备的运行原理，提出了仿真思路；按照SkyEye的外围设备仿真框架实现了CAN控制器的功能仿真，包括：数据结构设计、配置与初始化、提供给虚拟微控制器的I/O访问API及消息的发送和接收，从而构建了一个以SkyEye为基础的CAN应用原型开发的平台。再次，在分析了CAN网络通信原理和特点的基础上，提出了CAN网络通信的仿真需求；通过对比分析CAN网络通信协议栈SocketCAN和LinCAN的实现方法，选择利用SocketCAN进行CAN网络虚拟节点间通信的方案；然后借助虚拟CAN网络接口VCAN实现了基于SocketCAN协议栈的CAN网络的仿真，从而为CAN应用原型的运行和测试提供了一个完整的虚拟CAN硬件环境。最后，在TOPPERS/ASP操作系统上开发CAN网络通讯应用原型，对虚拟的CAN控制器功能进行验证，并对影响虚拟CAN网络性能的因素进行评估。仿真运行和实验结果表明，所仿真的CAN控制器和CAN网络的功能是正确的，可以用于中低速CAN网络中通讯程序的前期开发和调试。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
插图索引  9-10
附表索引  10-11
第1章绪论  11-17
  1.1 选题背景及意义  11-12
  1.2 CAN 总线仿真研究现状  12-14
  1.3 研究内容  14
  1.4 本文主要工作  14-15
  1.5 本文组织结构  15-17
第2章 CAN 应用原型开发的研究基础  17-24
  2.1 原型开发方法简介  17-18
  2.2 CAN 总线概述  18-19
  2.3 SkyEye 嵌入式硬件仿真平台研究  19-23
    2.3.1 SkyEye 总体介绍  19-21
    2.3.2 SkyEye 的系统框架  21
    2.3.3 SkyEye 的配置文件选项及参数分析  21-22
    2.3.4 SkyEye 外围设备仿真研究  22-23
  2.4 小结  23-24
第3章基于 SkyEye 的 CAN 总线节点仿真研究  24-43
  3.1 CAN 控制器仿真需求分析  24-27
    3.1.1 总体分析  24-25
    3.1.2 分析细化  25-27
  3.2 仿真设计思路  27-31
  3.3 CAN 控制器的仿真实现  31-41
    3.3.1 数据结构设计  31-34
    3.3.2 配置与初始化  34-37
    3.3.3 寄存器及 RAM 的 I/O 访问  37
    3.3.4 消息发送  37-39
    3.3.5 消息接收  39-41
  3.4 小结  41-43
第4章 CAN 节点间通信的仿真研究  43-53
  4.1 CAN 网络通信的仿真需求分析  43-46
  4.2 CAN 网络通信仿真方案  46-49
    4.2.1 LinCAN 驱动分析  46-47
    4.2.2 SocketCAN 驱动分析  47-49
    4.2.3 方案选择  49
  4.3 CAN 网络通信仿真实现  49-52
    4.3.1 激活 CAN 网络  49-50
    4.3.2 CAN 节点间通信仿真  50-52
  4.4 小结  52-53
第5章功能验证和网络性能评估  53-65
  5.1 实验环境  53-54
    5.1.1 宿主机环境  53
    5.1.2 虚拟节点的软硬件环境  53-54
  5.2 虚拟 CAN 节点功能验证  54-57
    5.2.1 CAN 应用原型开发  54-56
    5.2.2 应用原型运行结果  56-57
  5.3 CAN 网络性能评估指标  57
  5.4 性能测试方法  57-58
    5.4.1 传输延迟测试方法  57-58
    5.4.2 丢包率测试方法  58
  5.5 性能评估分析  58-63
    5.5.1 传输时延分析  58-61
    5.5.2 丢包分析  61-63
  5.6 CAN 应用原型开发平台比较  63-64
  5.7 小结  64-65
结论  65-67
参考文献  67-71
致谢  71-72
附录 A 攻读硕士学位期间发表的学术论文及参与的科研项目  72-73

面向应用原型开发的CAN网络仿真研究

内容摘要

全文目录

相似论文