基于LabVIEW和J1939协议的CAN总线通讯平台开发

SPN190 发动机转速和SPN513 发动机扭矩等参数。多帧报文：CAN2.0B 规范定义只能使用单帧报文传输，J1939 协议除单帧报文传输外，还使用对话式、广播式多帧报文传输，并按多帧数据传输协议进行打包封装发送和接收合成重组处理，其中对话式多帧报文发送接收节点需要握手协议，广播式多帧报文面向全局地址发送。

　　图2 开放式系统互联参考模型（OSI）

　　模块接口

　　PXI-8464/2 双通道CAN2.0B 通讯接口模块，内含SJA1000T CAN 控制器和TJA1041T 高速CAN收发器及TJA1054AT 低速CAN 收发器。J1939 数据链路层通过PDU 格式实现报文的打包封装，通过CAN 控制器发送CAN 数据帧必须具有的同步、顺序控制、错误控制和流控制，自动产生CRC 校验位和ACK 应答位插入数据帧中。J1939 物理层协议规定了每个网段最多30 个ECU，CAN 总线通讯速率250 kBits/s，总线电平显性、隐性，差分电压3.5V/1.5V，差分传输双绞线线缆颜色CAN-H 黄色、CAN-L 绿色，CAN 收发器完成MCU 至CAN 总线之间收发电平的匹配转换。

　　软件设计

　　基于J1939 协议的CAN 总线报文收发多任务处理流程，如图3 所示，采用生产者/消费者循环数据结构。生产者循环使用"元素入队列"函数向报文簇队列中添加数据，消费者循环使用"元素出队列"函数从报文簇队列中移出数据。循环间采用队列的方式进行通信，避免多任务处理竞争状态，当生产数据比消费处理数据的速度快时，队列的缓冲作用保证报文数据不丢失。

　　图3 基于LabVIEW 和J1939 协议的CAN 总线通讯报文收发多任务处理

　　建立接收报文ID 解析过滤的识别方法。确定报文标识符ID 的枚举型状态变量识别报文，根据状态变量条件结构过滤报文。PDU1、PDU2 格式单帧报文全部入队列，数据场大于8 字节的对话式、广播式多帧报文按J1939协议多帧数据合成重组后入队列，其它无数据场的报文帧舍去，处理完的接收报文簇分解后出队列计算、存贮和显示。广播帧报文接收合成，首先进行TP.CM-BAM 命令帧解析，提取EECU 发送报文的PGN 和帧数，其次对接收的TP.DT-BAM 数据帧组报文删除帧序号，通过替换数组子集对接收报文合成重组，还原PGN 标识的数据长度大于8 字节的广播帧报文。建立发送报文ID 解析封装的识别方法。报文解析首先确定帧类型状态变量，其次根据状态变量的条件判断，进行报文格式的封装定义。数据场小于或等于8 字节的PDU1、PDU2 单帧发送报文直接入队列，数据场大于8 字节的对话式、广播式多帧报文按J1939 协议多帧数据处理打包封装簇合成后入队列，处理完的J1939 发送报文簇分解后出队列并写入CAN 口。广播帧报文发送封装，ID 解析将发送报文的PGN 封装在广播报文命令帧标识符ID-TP.CM 中，报文数组解析进行字节数和帧数计算，创建帧序号加报文子集的8 字节多帧数组，与数据帧标识符ID-TP.DT 打包封装簇合成TP.DT-BAM，TP.CM-BAM 与TP.DT-BAM 组成广播帧格式报文。

　　应用效果

　　在整车电环境的半实物仿真报文接收测试试验中，应用图4 所示的基于LabVIEW 和J1939 协议的CAN 总线通讯平台，与Vector CANoe 模块在同一时间段比对测试，接收的某型号发动机稳态工况EECU 报文如图5 所示，一秒内接收EECU 发出的526 帧报文，比对测试接收的报文无丢失现象。发动机燃油消耗量报文，实时反映了发动机燃油经济性，在商用车J1939 协议CAN 总线网络中，分别被车辆VECU 接收，作为换挡控制策略控制自动变速箱汽车；组合仪表ECU 接收并实时显示，提示驾驶员形成良好的驾驶习惯，操纵汽车达到最佳燃油经济性的路况行驶。为使发动机获得最佳的动力性、经济性和兼顾排放达标，需要对发动机电控单元EECU 进行标定匹配，获得最佳喷油脉宽的标定参数。标定之后做比对试验，验证EECU 的标定效果。发动机稳态工况试验，能够反映车辆的等速工况；而发动机变工况瞬态试验，能够模拟实际道路循环中发动机状态。通过将实时报文油耗和实际测量瞬态油耗的对比，研究两者之间的对应吻合关系，判断发动机EECU 的控制效果。

　　（a）整车电环境的半实物仿真 （b）发动机台架试验

　　图4 基于LabVIEW 和J1939 协议的CAN 总线通讯平台应用

　　注：一秒内接收报文 39736 – 39210 = 526

　　图5 发动机稳态工况EECU 报文

　　图6 发动机变工况台架试验油耗比对测量

某型号发动机十工况台架试验瞬态油耗比对测量曲线见图6 所示，从J1939 协议CAN 总线接收并解析的EECU 油耗报文数据，与台架油耗仪实测数据在发动机低负荷时存在差异，即发动机低负荷时实际喷油量较小，设定喷油量