基于NI LabVIEW和J1939协议的CAN总线通讯平台开发(2)

OSI 模型：CAN2.0 规范定义了七层OSI 参考模型的物理层和数据链路层，是底层标准，如图2所示， CAN 总线产品的兼容性、互换性和可集成性差。J1939 是面向OSI 参考模型应用层的高层协议，在应用层定义了针对车辆应用的信号(参数)和报文(参数组)。通过参数描述信号，并给每个参数分配了一个编号SPN(Suspect Parameter Number)，参数定义了PDU 数据场中字节的物理意义，例如SPN190 代表发动机转速。一个PGN 中可能有几个SPN，PGN61444 包含了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。