车用can总线网络快速原型的设计实现

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1、车用CAN总线网络快速原型的设计实现～教育资源库　　1引言　　随着车用网络中被控节点数量和控制复杂度的不断增加，为了满足控制要求、降低控制系统开发成本，汽车生产厂商和汽车设计单位对车用嵌入式软件开发工具的要求越来越高。目前，市场上已经存在一些针对这一应用领域的软件开发技术和软件开发工具，例如基于快速原型的软件设计技术和MATLAB/Simulink、dSPACE开发工具。基于快速原型的软件设计技术是指软件设计者通过创建和维护嵌入式软件的功能模型来描述软件功能，并且使用面向微处理器的自动代码生成技术实现下位机代码快速生成的软件开发方法。使用这一

2、技术可以提高嵌入式软件的开发效率，降低开发成本。　　但是目前的软件开发工具都侧重于单电控单元（ECU）建模和验证软件在单ECU环境下的执行效率和性能;对控制策略在网络场景下的鲁棒性和特征分析支持有限。另一方面，网络协议仿真和分析工具，如OP虽然可以提供网络场景下协议性能的分析[6]，但是由于OP上开发的仿真代码无法直接移植到控制器上，所以开发工作不能方便地实现针对目标系统的重用。　　如果我们针对车用CAN总线网络的应用场景，将基于快速原型的嵌入式软件设计和基于网络仿真的分析相结合，实现车用CAN总线网络的快速原型。在设计前期用模型定义的虚拟硬

3、件代替没有设计完成或者拥有成本太高的实际硬件，进行初期的系统设计分析;当相应的硬件到位后，替换虚拟硬件，将模型代码转化成面向目标系统的目标代码，进行更接近实际系统的验证分析;最后当所有实际控制软件、控制器硬件和被控硬件都完成时，进行集成的全系统实时仿真。这样可以解决使用相互独立的工具开发模型和进行仿真验证所存在的问题。　　本文通过对车用CAN总线网络快速原型的设计实现，提供了一种对车用CAN总线网络进行设计、仿真和性能分析的系统;系统使用虚拟硬件的方法，通过在Simulink中构造典型车用环境相关的控制器模型和被控对象模型，以及在ATLAB中

4、模型（作为客户机）间的联系。虚拟接收/发送CAN消息到CAN总线的过程，为Simulink下建立的模型提供基本的CAN通信测试功能。　　当物理CAN卡存在时，可以直接将模型中的目标CAN通道进行修改，从而使MATLAB中的模型具备与其它物理CAN节点通信的功能，这时多个位于不同PC机上的模型和多个ECU硬件上的控制器代码可以通过CAN总线建立一个车用CAN网络仿真分析环境。　　图1虚拟CAN节点的实现　　TH-CAN-Vcard则是在Windows环境下使用VisualStudio.和KVASER公司CAN卡驱动库开发的CAN卡仿真程序。我们

5、通过ActiveX技术开发了VCANCtrl控制对象，并在VCANCtrl中实现了以下的内部函数：　　VCAN_Read报文接收函数;入口参数为CAN通道句柄、返回参数为在接收缓冲区中的CAN报文的ID、数据包、长度、标识和时间戳。　　VCAN_Write报文发送函数;入口参数为CAN通道句柄，以及待发送CAN报文的ID、数据包、长度和标识。　　VCAN_StartCAN卡初始化函数;入口参数为所选CAN通道号、波特率、通道开启模式、同步模式和同步段，以及CAN控制器工作模式。　　VCAN_CloseCAN卡关闭函数;入口参数是CAN卡初始化

6、成功时所返回的句柄。　　2.2.2监控节点　　监控节点是进行CAN总线消息序列监测和控12下一页友情提醒：，特别！制的节点，运行TH-CAN-Scope-CAN消息仿真分析工具。TH-CAN-Scope是仿真CAN消息序列和进行仿真结果记录分析的工具，是使用KVASER公司的CANLIBSDK开发的ATH语言中的actxcontrol命令将VCANCtrl对象实例化，获得其句柄，然后就可以通过这个实例化句柄调用对象中相应的VCAN_atlab中控制模型的CAN通信支持，在使用上等同于一个有句柄的设备。　　2.3.2数据流模拟和节点同步的实现　

7、　为了在CAN总线上产生指定的CAN消息序列，我们通过TH-CAN-Scope定义需要的报文序列，然后通过时间触发和事件触发相结合的方式，定义对总线上的CAN消息的响应操作，而相应的控制逻辑，则通过Simulink模型来实现。所以实际的控制策略类似于分布于各个CAN节点中。　　节点间的同步是指在总线上的所有CAN节点应该能够在某一时刻同时产生各自指定的消息序列。使用由TH-CAN-Scope广播发送自定义的CAN同步发送消息，启动各节点计时器的方式，可以实现一定精度的节点同步。　　2.3.3CAN总线性能分析的实现　　在进行CAN总线的性能分

8、析时，我们实现了以下的分析功能：考察总线负载（包括节点数、各节点信息量和各节点设置的总线速率）的影响;考察节点优先级策略的影响;考察容错策略（例如发送接收错误率过高