基于J1939标准的长帧数据应用

阐述了一种基于CAN总线的车辆网络通信协议SAEJ1939，并以SAEJ1939-21协议为基础，在VC6.0环境下设计并实现了CAN总线长帧数据的拆装和重组，很好的解决了基于CAN总线的大数据包可靠、高速传输的问题。

【关键词】SAEJ1939 CAN总线 长帧数据

SAEJ1939协议是目前在大型汽车中最广泛的应用层协议，由美国SAE（Society of Automotive Engineer）组织维护和推广，通信速率为250Kbps，主要应用于载货车和客车上。J1939协议以CAN2.0B协议为基础，主要包括：网络层协议（SAEJ1939-31）、应用层协议（SAEJ1939-71）、诊断应用层（SAEJ1939-73）、网络管理层协议（SAEJ1939-81）、数据链路层协议（SAEJ1939-21）。

本文主要介绍基于数据链路层协议（SAEJ1939-21）的长帧数据应用开发。

1 J1939协议概述

1.1 协议数据单元PDU

SAEJ1939协议对CAN2.0B协议扩展帧的29位ID进行了重新定义，并与数据区域组成了SAEJ1939的协议数据单元（PDU）。协议数据单元由P（优先级3位），R（保留位1位），DP（数据页1位），PF（PDU格式域8位），PS（特定PDU 8位），SA（源地址8位）字段和数据段（0～64位）组成。

在CAN数据帧的数据域中需要指明参数群时，PGN是表示24位。PGN是一个24位的值，包括以下要素：保留位、数据页位、PDU格式域（8位）和群扩展域（8位）。

PS是一个8位域，它的定义取决于PDU格式，根据PDU格式它可能是目标地址或者群扩展， 若PDU格式（PF）段的值小于240，特定PDU段是目标地址，若PF段的值在240和255之间，特定PDU包含群扩展（GE）值。

1.2 传输协议

当传输数据不多于8 字节时，单帧数据便可完成数据发送；当传输数据多余8字节时，长度大于8 字节的消息无法用一个单独的CAN 数据帧来装载，因此，它们必须被拆分为若干个小的数据包，然后使用单独的数据帧对其逐一传送。而接收方必须能够接收这些单独的数据帧，然后解析各个数据包并重组成原始的信息，最多可发送1785个字节，典型传输过程如图1所示。

本文的只介绍点对点模式的工程应用，广播模式可在点对点模式基础上进行类推。

2 软件设计

2.1 数据流

围绕数据传输实现过程进行软件设计，并基于VC++6.0开发环境进行软件设计，基于数据流的软件总体结构设计如图2所示。

2.2 程序设计

程序设计包括发送端和接收端软件设计，发送端主要包括CAN卡初始化，数据选取、数据拆装和传输控制等过程；接收端主要包括CAN卡初始化、传输控制、数据接收组装等过程，程序流程图设计见图3。

工程应用中数据设置界面实现见图4。

3 系统调试环境

搭建系统调试环境需要两台试验终端（带CPCI插槽），两块CPCI接口的CAN采集卡，两台终端采用点对点调试模式，将CAN卡设置为终端模式（带120Ω匹配电阻）。

终端1作为发送终端，终端2作为接收终端，在VC6.0调试环境下综合运用断点、TRACE语句，内存查看等调试手段完成调试过程，由于开发和运行环境为非实时操作系统，收发过程延时控制和收发握手过程是程序设计的重点和难点。

4 结语

本文的设计将CAN总线和面向对象的设计相结合，既充分发挥了CAN总线传输可靠性高和抗干扰性强的优势，又充分发挥了面向对象设计软件在界面设计方面的优势，可应用与基于车辆平台的数据采集、控制、导航等工程应用。

参考文献

[1]SAE J1939-21：Data Link Layer[S].2001.

[2]罗峰，孙泽昌.汽车CAN总线系统原理、设计与应用[M].北京：电子工业出版社，2010.

[3]张涛，李珍珍.SAE J1939协议的研究及其协议栈的实现.湖北汽车工业学院学报，2011（25）：25-29.

[4]张大庆，张凤登.基于SAE J1939协议的发动机通信控制器仿真与设计.工业控制计算机，2013（26）：96-99.

作者单位

中国电波传播研究所 山东省青岛市 266107