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CAN总线应用层协议规划及容错技术研究

作　者: 陈洪瀚
导　师: 江杰
学　校: 内蒙古科技大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: CAN总线高层协议容错技术 J1939协议
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

控制器局域网(Controller Area Network)即CAN总线,是1986年由博世公司在汽车工程协会(SAE)上提出的一种串行总线。它是一种高效的串行通信协议,能在很高的安全级别上支持分布式实时控制。它的主要应用范围含盖了高速的通信网络和低成本的多工通信。CAN总线在工业控制领域应用极为广泛。CAN总线是总线协议的主流之一。CAN总线规范已被ISO国际标准组织制订为国际标准,得到了众多厂商的支持。SAEJ1939协议是由SAE提出的CAN总线应用层协议,最初应用领域为车辆电子,目前也用于其它工业设备。在众多成熟高层协议中,J1939协议使用扩展标识的协议。目前,国内对于SAEJ1939协议的研究大多都集中在数据协议单元这层,可提供的参考资料和设计有限,为了更好的应用协议,因此有必要对SAEJ1939协议进行深入研究。论文的工作从对J1939协议标准的研究展开,首先介绍在CAN2.0 PartB数据帧基础上建立协议数据单元(PDU)的过程。并介绍了两个数据协议单元格式PDU1和PDU2,以及数据协议单元设计的过程。接下来介绍了数据传输协议中连接的建立、数据传输、连接关闭的过程。最后介绍网络管理协议及CAN总线网络上节点地址管理的过程。论文在对协议分析的基础上,讨论了协议的实现方法,包括协议接口函数实现、网络管理协议实现、传输管理协议实现。此外,为便于协议软件应用到不同的微控制器,还讨论了协议软件移植问题,最后对协议软件进行了系统测试,测试表明,课题所构建的协议能够在处理器上良好工作。为满足高可靠性应用要求,论文提出一种非切换式CAN总线冗余通信系统,描述了系统的双冗余结构,并论述了具体的实现方法,并以J1939为基础,提出系统协议设计的基本原则和冗余信息处理的方法。该系统具有可靠性高、实用、易于实现的特点。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-9
1 绪论  9-13
  1.1 论文背景  9-11
    1.1.1 技术背景  9-10
    1.1.2 应用背景  10-11
  1.2 课题主要研究的内容  11-12
    1.2.1 CAN 协议应用的问题  11
    1.2.2 课题研究的内容  11-12
  1.3 论文结构  12-13
2 SAEJ1939 应用层协议研究  13-38
  2.1 概述  13-14
  2.2 CAN2.0 Part B 数据帧格式  14-15
  2.3 消息格式  15-21
    2.3.1 高层协议对CAN 标识符的划分  15-16
    2.3.2 协议数据单元(PDU)  16-18
    2.3.3 PDU1 消息格式  18-19
    2.3.4 PDU2 消息格式  19-20
    2.3.5 PDU 的整体设计原则  20-21
  2.4 传输功能协议  21-31
    2.4.1 概述  21-24
    2.4.2 连接管理功能  24-25
    2.4.3 虚拟连接的建立  25-27
    2.4.4 数据的传送  27-28
    2.4.5 虚拟连接的关闭  28-31
  2.5 网络管理功能协议  31-38
    2.5.1 网络地址和名字管理  31-34
    2.5.2 网络管理消息  34-38
3 协议软件设计  38-59
  3.1 软件结构  38-39
  3.2 消息函数接口设计  39-43
    3.2.1 队列及队列接口函数  39-42
    3.2.2 消息接口函数  42-43
  3.3 传输管理设计和网络管理设计  43-50
  3.4 协议软件移植问题  50-56
    3.4.1 硬件层设计要考虑的问题  50-51
    3.4.2 两类结构的CAN 控制器  51-53
    3.4.3 一个移植例子  53-56
  3.5 协议测试  56-59
4 CAN 总线容错技术  59-67
  4.1 目前总线冗余容错技术总结  59-61
  4.2 非切换式冗余容错系统结构及工作过程  61-63
  4.3 冗余信息处理方法  63-66
  4.4 有待研究的问题  66-67
结论与展望  67-68
参考文献  68-70
附录A JCANRecHdl 传输管理数据处理流程  70-71
附录B JCANRecHdl 网络管理数据处理流程  71-72
附录C JTimerTick 定时器处理流程  72-73
在学研究成果  73-74
致谢  74

CAN总线应用层协议规划及容错技术研究

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