【正文】 分系統(tǒng)的編程。 LabVIEW 的特色在于擁。 本文 在 版本的集成開發(fā)環(huán)境下進(jìn)行編譯連接 。 圖 按鍵電路圖 24 電位計(jì)電路設(shè)計(jì) 水溫和油量的輸入信號(hào)為模擬電壓信號(hào)，通過(guò)芯片 AD 模塊的轉(zhuǎn)換，將 0~5V 的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為具體數(shù)據(jù)發(fā)送 到總線上。這是一款為解決 RS232 23 標(biāo)準(zhǔn)兼容問(wèn)題而專門設(shè)計(jì)的芯片。芯片本身的電磁輻射很低，而且設(shè)計(jì)有多種保護(hù)措施，工作性能可靠。 22 msCAN 模塊的作用是將想要發(fā)送到 CAN 總線的數(shù)據(jù)打包成 CAN 總線協(xié)議規(guī)定的數(shù)據(jù)格式。這樣的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化了用戶對(duì)于接收數(shù)據(jù)的操作。 顯然，如果 msCAN 模塊只設(shè)計(jì)有一個(gè)發(fā)送緩沖區(qū)的話，當(dāng)一個(gè) CAN 總線數(shù)據(jù)發(fā)送完畢的時(shí)候，由于 CPU 將下一幀數(shù)據(jù)裝載到發(fā)送緩沖區(qū)中的過(guò)程必須需要一定的系統(tǒng)時(shí)間，所以這樣很難能夠保證 CAN 總線的下一幀數(shù)據(jù)在開始傳送之前，就完成數(shù)據(jù)裝載的過(guò)程。在接受數(shù)據(jù)的時(shí)候，用戶可以靈活的對(duì)接受信息進(jìn)行數(shù)據(jù)選擇過(guò)濾。它還提供兩個(gè) 8 路 10 位精度 A/D 轉(zhuǎn)換器，控制器局域網(wǎng)模塊 (CAN)，增強(qiáng)型捕捉定時(shí)器，并支持背景調(diào)試模式。 從另一方面來(lái)講，要選擇一款芯片，就必須考慮它的經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性。本章將重點(diǎn)闡述這款芯片在應(yīng)用到汽車儀表上時(shí)所涉及到的具體用法，以及電子器件與主芯片的電路連接方法以及功能芯片的外圍電路設(shè)計(jì)。相位段 1 和相位段 2 可以變長(zhǎng)或變短，用于總線上的位協(xié)調(diào)。當(dāng)一個(gè)消息域中 6 個(gè)連續(xù)的支配位或者 6 個(gè)連續(xù)的退讓位中包含錯(cuò)誤時(shí)發(fā)生位填充錯(cuò)誤。過(guò)載標(biāo)記位產(chǎn)生的條件是： (1)接收點(diǎn)不能在分配的時(shí)間內(nèi)處理有效幀而需要額外的時(shí)間； (2)在幀間空間發(fā)現(xiàn)了支配位。 接收點(diǎn)用遠(yuǎn)程幀來(lái)請(qǐng)求重新傳輸一個(gè)數(shù)據(jù)幀。數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度用 4 個(gè)不同的位表示，允許數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為 1～ 8個(gè)字節(jié)。 在 CAN 網(wǎng)絡(luò)總線上有四種不同的消息 (幀 )： (1)數(shù)據(jù)幀； (2)遠(yuǎn)程幀； (3)錯(cuò)誤幀；(4)過(guò)載幀。LLC 子層、 MAC 子層以及物理層與 CAN 版 A 部分中的對(duì)象層、傳輸層和物理層一一對(duì)應(yīng)。 CAN 總線協(xié)議 CAN 總線協(xié)議最早是由 Bosch 公司在 20 世紀(jì) 80 年代初為汽車應(yīng)用而開發(fā)的。用戶所要實(shí)現(xiàn)的 J1939設(shè)備類型對(duì)這一層的具體實(shí)現(xiàn)方法是有影響的， J1939 協(xié)議定義了不同的設(shè)備類型以及該類型設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)連接的具體操作標(biāo)準(zhǔn)。通信協(xié)議棧配套有完整的開發(fā)文檔，可幫助汽車電子產(chǎn)品開發(fā)者迅速理解整套代碼。如果需要的話，該軟件能夠很容易地移植 到不被支持的 CAN 控制器中。 MOST 負(fù)責(zé)音視頻， CAN 負(fù)責(zé)重要的電子控制單元，如發(fā)動(dòng)機(jī)、 ABS、安全氣囊等， LIN 負(fù)責(zé)次要的電子控制單元，如門窗、車燈等?？偩€是完全同步的，可將網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的任何設(shè)備指定為主設(shè)備，其它所有結(jié)點(diǎn)都從主設(shè)備處 獲得自己的時(shí)鐘。 在物理層上傳輸介質(zhì)本身是有塑料保護(hù)套、內(nèi)芯為 1mm 的 PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）光纖， OEM 供應(yīng)商可將一束光纖像電線一樣捆成光纜。 FlexRay 適合于很多應(yīng)用領(lǐng)域，替代 CAN 總線在數(shù)據(jù)速率要求超過(guò) CAN 的應(yīng)用中，人們現(xiàn)在同時(shí)使用了兩條或多條 CAN 總線。到達(dá)時(shí)間的臨時(shí)偏差幅度會(huì)非常小，并能得到保證。 FLEXRAY 總線簡(jiǎn) 介 FlexRay 標(biāo)準(zhǔn)在車內(nèi)通信網(wǎng)絡(luò)中具有較大優(yōu)勢(shì)和廣泛的潛在應(yīng)用機(jī)會(huì)。低端多路通訊的汽車標(biāo)準(zhǔn)不久前才出現(xiàn)。 LIN 采用單主機(jī) /多從機(jī)的總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（沒(méi)有總線仲裁），僅使用一根 12V 信號(hào)總線。 CAN 總線上的通信也通過(guò)此段由 CPU 控制，被發(fā)送的報(bào)文必須寫入發(fā)送緩存器，成功接收后，CPU 可以從接收緩存器讀取報(bào)文，然后釋放它，以備下次使用。用 CAN收發(fā)器作為 CAN 控制器和物理總線之間的接口，提供向總線的差動(dòng)發(fā)送能力和對(duì)CAN 控制器的差動(dòng)接收能力。 CAN 控制器主要由實(shí)現(xiàn) CAN 總線協(xié)議部分和微控制器接口部分電路組成。采用多主競(jìng) 爭(zhēng)方式結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)上任意節(jié)點(diǎn)均可以在任意時(shí)刻主動(dòng)地向網(wǎng)絡(luò)上其它節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，而不分主從，即當(dāng)發(fā)現(xiàn)總線空閑時(shí)，各個(gè)節(jié)點(diǎn)都有權(quán)使用網(wǎng)絡(luò)。 CAN 采用非破壞性仲裁技術(shù)，當(dāng)兩個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)向網(wǎng)絡(luò)上傳送數(shù)據(jù)時(shí)，優(yōu)先級(jí)低的節(jié)點(diǎn)主動(dòng)停止數(shù)據(jù)發(fā)送，而優(yōu)先級(jí)高的節(jié)點(diǎn)可不受影響地繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)， 7 有效避免了總線沖突 ,節(jié)省了總線沖突仲裁時(shí)間； CAN 采用短幀結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)段長(zhǎng)度最多為 8 個(gè)字節(jié) ,每一幀的有效字節(jié)數(shù)為 8 個(gè)（ CAN 技術(shù)規(guī)范 ），數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間短，受干擾的概率低，重新發(fā)送的時(shí)間短， 8 個(gè)字節(jié)不會(huì)占用總線時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，從而保證了通信的實(shí)時(shí)性。每個(gè)試圖發(fā)送的組件在發(fā)送之前首先要檢查總線是否處于空閑狀態(tài)。機(jī)動(dòng)車輛總線和對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線的需求有許多相似之處，即能夠以較低的成本、較高的實(shí)時(shí)處理能力在強(qiáng)電磁干擾環(huán)境下可靠地工作。并于 1993 年 11 月出版了正式的 CAN 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn) ISO11898[6]。 CAN 總線 CAN 總線簡(jiǎn)介 CAN 是一種汽車產(chǎn)業(yè)中得到廣泛使用的數(shù)據(jù)與控制通信網(wǎng)絡(luò)，是一種極具強(qiáng)韌性的電氣規(guī)范和協(xié)議，專門設(shè)計(jì)用于轎車或卡車中危險(xiǎn)、常常無(wú)法預(yù)料的惡劣環(huán)境，而這種環(huán)境中有許多應(yīng)用需要極高的可靠性和容錯(cuò)能力。 2．對(duì)汽車儀表的硬件部分進(jìn)行設(shè)計(jì)。因此在接口芯片技術(shù)方面， CAN 已遙遙領(lǐng)先于其它的現(xiàn)場(chǎng)總線，正逐步形成系列。 為解決該問(wèn)題，德國(guó) Bosch 公司在 80 年代初開發(fā)了一種串行數(shù)據(jù)總線， CAN 總線。與傳統(tǒng)的模擬儀表相比較具有：使用壽命長(zhǎng)、精度高、可靠性好、抗干擾性強(qiáng)等特點(diǎn)。 3．現(xiàn)代電子儀表階段，也稱模擬電路電子式儀表。 這一階段汽車上的傳感器和儀表基本上都是機(jī)械式 /電磁機(jī)械式的，是基于機(jī)械作 2 用力而工作的機(jī)械式儀表，所以也稱機(jī)械機(jī)芯表。所以說(shuō)，汽車儀表的發(fā)展趨勢(shì)一定是向著全數(shù)字儀表的方向去發(fā)展的。 系統(tǒng)首先構(gòu)建了一個(gè)由兩個(gè) CAN 節(jié)點(diǎn)組成的最簡(jiǎn)單的 CAN 網(wǎng)絡(luò)。軟件系統(tǒng)是利用 C 語(yǔ)言編寫程序?qū)崿F(xiàn)兩個(gè) CAN節(jié)點(diǎn)之間的通訊以及利用 LABVIEW 編程實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與虛擬儀表之間的通訊。在未來(lái)，自動(dòng)導(dǎo)航和定位系統(tǒng)會(huì)漸漸成為汽車儀表的必不可少的配置，而且多媒體等娛樂(lè)技術(shù)也會(huì)嵌入到汽車儀表當(dāng)中。這一階段是從 20 世紀(jì)初到 20 世紀(jì) 30 年代，在此階段中汽車開始安裝各種儀表，如車速里程表、水溫表、燃油表、機(jī)油壓力表、 電流表 (電壓表 )和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速表等，這些確定了現(xiàn)代汽車儀表板的基本結(jié)構(gòu)。但是其存在的最大缺陷就是隨著環(huán)境溫度的改變，測(cè)量誤差變大。其應(yīng)用特點(diǎn)是單片機(jī)與微處理器的廣泛應(yīng)用，同時(shí)軟件程序在系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案中占的比重也越來(lái)越大，內(nèi)部程序的編寫取代了外圍電路的連接閉。因此，解決現(xiàn)代汽車中 3 眾多控制裝置和電子儀表之間的數(shù)據(jù)交換問(wèn)題，以及車載電子裝置之間的數(shù)據(jù)通信問(wèn)題變得越來(lái)越重要，汽車儀表技術(shù)網(wǎng)絡(luò)化已經(jīng)成為汽車工業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。同時(shí)， CAN 總線得到 Motorola、 Intel、 Philips 等著名半導(dǎo)體器件生產(chǎn)廠家的廣泛支持，他們紛紛推出了 CAN 接口芯片與直接帶有 CAN 控制器的微控制器 (MCU)芯片，如 Intel 公司的 82527， Philips 公司的 SJA1000， 82C250 等。 研究的基本內(nèi)容 1．基于 LABVIEW 軟件的汽車儀表設(shè)計(jì)?，F(xiàn)在在汽車上使用的主要總線， CAN 總線、 LIN 總線、FLEXRAY 總線以及 MOST 總線 [5]。經(jīng)過(guò)討論，應(yīng)一些法國(guó)主要汽車商的要求，包含了吸收一些 VAN 網(wǎng)（ Vehicle Area Network）的內(nèi)容。例如汽車剎車、防抱死系統(tǒng)、安全氣囊等。最終指定的接收器將把總線拉低以確認(rèn)收到一個(gè)完整的、 CRC 正確的訊框，然后釋放總線使之回到空閑狀態(tài)。 CAN 協(xié)議的一個(gè) 最大特點(diǎn)是廢除了傳統(tǒng)的站地址編碼，而代之以對(duì)通信數(shù)據(jù)塊編碼，采用這種方法可使網(wǎng)絡(luò)內(nèi)節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)在理論上不受限制，還可使不同的節(jié)點(diǎn)同時(shí)收到相同的數(shù)據(jù)。 CAN 的通信介質(zhì)訪問(wèn)為帶有優(yōu)先級(jí)的CSMA/CA。 8 CAN 的通信協(xié)議主要有 CAN 總線控制器完成。它可以直接驅(qū)動(dòng)總線，若網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模比較大，節(jié)點(diǎn)數(shù)比較多，需要外加總線驅(qū)動(dòng)元件，以增大輸出電流。 CAN 控制器的地址域由控制段和報(bào)文緩存 器組成，在初始化向下加載期間，控制段可被編程以配置通信參數(shù)。 LIN 總線是一種串行通信網(wǎng)絡(luò)，可以將開關(guān)、顯示器、傳感器和執(zhí)行器等簡(jiǎn)單控制設(shè)備連接起來(lái)，主要用于汽車中的分布式電子控制系統(tǒng) 。這種通訊是基于串行通訊接口 (SCI)、數(shù)據(jù)格式、單宿主 /多從概念、單線 12V 總線和沒(méi)有穩(wěn)定時(shí)間基的節(jié)點(diǎn)的時(shí)鐘同步。這些優(yōu)點(diǎn)是以較低的帶寬和受局限的單宿主總線訪問(wèn)方法為代價(jià)的。知道消息的到達(dá)時(shí)間，通信是在不斷循環(huán)的周期中進(jìn)行的，特定消息在通信周期中擁有固定位置，因此接收器已經(jīng)提前知道了消息到達(dá)的時(shí)間。 FlexRay 提供了大量配置參數(shù)，可以支持對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，如通信周期的持續(xù)時(shí)間、消息長(zhǎng)度等，以滿足特定應(yīng)用的需求。 MOST 定義標(biāo)準(zhǔn) OSI 模型的所有七層，對(duì)汽車多媒體環(huán)境作了高度的優(yōu)化，對(duì)要處理的主要流量類型規(guī)定了信號(hào)類別。幀的重復(fù)率為 每幀 ，每個(gè)幀內(nèi)除了前導(dǎo)碼和其它內(nèi)部管理位以外，還包含有同步、異步和控制數(shù)據(jù)。未來(lái)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)將是 CAN、 LIN、 MOST 三網(wǎng)合一的整體。例如，訪問(wèn) CAN 控制器通過(guò)一個(gè)適當(dāng)?shù)?CAN接口來(lái)實(shí)現(xiàn) ,該接口的功能包含在一個(gè)單獨(dú)的模塊之中。協(xié)議棧的源代碼采用標(biāo)準(zhǔn) C 語(yǔ)言編寫。網(wǎng)絡(luò)管理層支持所有的 J1939 網(wǎng)絡(luò)管理功能，如地址聲明及地址請(qǐng)求。 CAN 控制器的編程和激活，啟動(dòng)時(shí)地址聲明（ Address Claiming）的傳輸，在啟動(dòng)和以后操作過(guò)程中對(duì)地址聲明報(bào)文的響應(yīng)，支持命令地址（ Commanded Address）參數(shù)群（ Parameter group），支持請(qǐng)求（ Reques）參數(shù)群，聯(lián)接節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸塊的獨(dú)立處理，廣播報(bào)文塊的獨(dú)立處理，自 動(dòng)傳輸和接收應(yīng)用特定 PG（ applicationspecific PGs）循環(huán)接收的超時(shí)監(jiān)控。數(shù)據(jù)鏈路層依次由邏輯鏈路 (LLC)子層和中間訪問(wèn)子層 (即 MAC 子層 )組成。為了節(jié)約能源，協(xié)議同時(shí)支持睡眠模式和喚醒模式的節(jié)點(diǎn)操作?？刂朴蛴靡宰止?jié)為單位的四個(gè)位指定數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度。幀的最后一個(gè)域由 7 個(gè)退讓位組成。 圖 CAN 錯(cuò)誤幀 過(guò)載幀和錯(cuò)誤幀格式相似，如圖 所示，過(guò)載標(biāo)記由 6 個(gè)支配位組成。 當(dāng)一個(gè)傳輸節(jié)點(diǎn)探測(cè)到一個(gè)傳輸?shù)娇偩€上的位和受監(jiān)控的同一位不一致時(shí)就會(huì)發(fā)生位錯(cuò)誤。傳播時(shí)間段協(xié)調(diào)總線上的發(fā)送 /接收延遲和信號(hào)傳播時(shí)間。本文選用飛司卡爾公司的 MC9S12XS128芯片作為主 芯片，同時(shí)汽車儀表上除了主芯片之外還有很多電子器件和功能芯片。顯然，飛思卡爾的微處理器已經(jīng)經(jīng)過(guò)了市場(chǎng)檢驗(yàn)，所以這款芯片對(duì)于完成本論文所需要的任務(wù) 來(lái)說(shuō)，更加顯得綽綽有余，所以更無(wú)需為它的工作性能、可靠性等因素提出擔(dān)心。脈寬調(diào)制 (PWM)模塊可設(shè)置成 8 路 8 位，可寬范圍的選擇邏輯時(shí)鐘頻率。 msCAN 模塊設(shè)計(jì)了 3 個(gè)具有局部?jī)?yōu)先級(jí)的發(fā)送緩沖器和5 個(gè)擁有 FIFO（先入先出）機(jī)制的接收緩沖器。也就是說(shuō)，希望任何一個(gè) CAN 總線節(jié)點(diǎn)只有在失去優(yōu)先級(jí)仲裁的情況下，才會(huì)釋放總線。與發(fā)送緩沖區(qū)相類似，它也只提供給用戶一個(gè)公共的訪問(wèn)地址。實(shí)際上，在 msCAN 與 CAN 總線之間還需要安裝有一個(gè) CAN 收發(fā)器，來(lái)作為從 msCAN 控制器到 CAN 物理總線的接口。該芯片作為 msCAN 控制器和物理總線之間的接口，可以為 CAN 總線提供不同的發(fā)送性能，同時(shí)也可以為 CAN 控制器提供不同的接收性能。 在本文中，選用了 MAX232 芯片來(lái)處理電壓轉(zhuǎn)換的問(wèn)題。車速隨著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變化而變化。為了保證軟件的通用性和可移植性， 下位機(jī)和上位機(jī)的通信 采用 C 語(yǔ)言編寫，因?yàn)? C 語(yǔ)言編寫的軟件易于實(shí)現(xiàn)模塊化，生成的機(jī)器代碼質(zhì)量高、可讀性強(qiáng)、移植好。能充分滿足用戶的不同要求。它增強(qiáng)了用戶在標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算機(jī)上配以高效經(jīng)濟(jì)的硬件設(shè)備來(lái)構(gòu)建自己的儀器系統(tǒng)的能力。接著又分別從 CAN 總線節(jié)點(diǎn)和串行接口以及按鍵和電位計(jì)幾方面具體講述了硬件系統(tǒng)的詳細(xì)組成結(jié)構(gòu)。圖 是串行接口電路圖。但是它們是遵循 RS232 標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的，這是由美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)制定的通訊標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，也可以將 CAN 總線上接收到的信號(hào)，傳送到 msCAN 模塊。msCAN 在內(nèi)存中占據(jù)了 64 個(gè)字節(jié)。 20 但是這 3 個(gè)發(fā)送緩沖區(qū)，卻只對(duì)用戶開放了一個(gè)公共的訪問(wèn)地址。從圖 中，對(duì) msCAN模塊直觀的感覺就是：它可以直接應(yīng)用系統(tǒng)總線時(shí)鐘，也可以外接振蕩器時(shí)鐘。 2． MCU 外設(shè) S12 外設(shè)部分包括： A/D 轉(zhuǎn)換器，增強(qiáng)型定時(shí)與捕捉模塊 (ECT)，串行接口 SPI、CAN 等接口是許多微控制器所沒(méi)有的。 MC9S12XS128 是 Freescale 公司推出的 S12 系列微控制器中的一款增強(qiáng)型 16 位微控制器。為汽車儀表提供芯片的供應(yīng)商很多，有美國(guó)飛司卡爾 (Freescale)公司的16 位 MC9S12 系列芯片；美國(guó) Micronas 公司的 16 位 CDC16xyF 系列芯片；富士通公司的 16 位 MB90F428 芯片； NEC 電子公司的 32 位 V850E/Dx3 芯片；德州儀器 (TI)的 32 位 TMS470 芯片；瑞薩公司的基本型 H8S