發布日期：2022-10-09 點擊率：65
汽車產業是國家的支柱產業，電子產業也是國家的支柱產業，作為汽車產業和電子產業的交集，汽車電子零部件產業的興衰與國民經濟息息相關。目前，我國汽車的產量逐年攀高，民族汽車品牌在自身不斷成長的同時，也迫使國際汽車公司或合資公司不得不降低生產成本，實施汽車電子零部件國產化戰略，這就為我國汽車電子產業化的發展提供了良好的機遇。
前裝汽車電子產品除了其復雜的功能要求外，對于實時性、安全性、可靠性和環保性等的要求都非常嚴格，并且汽車廠商都具有自己相關的執行檢測標準和生產流程規范，因此為前裝汽車電子產品配套研發相應的故障檢測系統是非常必要的。
1 系統設計方案
1.1 設計依據
CAN總線作為一種串行汽車總線，具有結構簡單、可靠性高、技術成熟等優點，目前已在汽車領域廣泛應用。前裝汽車電子產品一定遵循特定車型的CAN通信協議，整車幾乎全部的控制和狀態信息都依賴CAN總線傳輸，通過采集和分析CAN總線上的信號，便可準確獲得各個部件的工作狀態和實時參數，這就是汽車電子測試系統的基本依據。
汽車廠商對測試儀器的一般要求包括實時性、可靠性、便攜式以及友好的人機交互等。嵌入式系統由于其靈活的軟硬件設計、良好的可靠性和實時性、較低的功耗等特點，完全可以滿足廠商對于測試儀器的要求。因此，基于CAN幀測試和采用嵌入式設計是汽車電子測試系統的有效解決方案。
1.2 實現方案
嵌入式汽車電子測試系統，一般選擇性能比較好的32位微處理器，比如ARM處理器，在硬件設計上包括嵌入式系統通用的電源模塊、存儲模塊、人機交互模塊等，基于CAN總線通訊必須設計相應的CAN總線通信模塊，在該模塊中通常由兩部分組成，一部分是CAN控制器，用于實現CAN總線的數據鏈路層協議;另一部分是CAN驅動器用于實現CAN總線的物理層。系統的基本結構圖如圖1所示。
汽車電子測試儀器一般要求具備友好的人機交互，對界面設計的要求比較高，因此在軟件設計中宜采用分層的軟件設計方法，一般情況下需要移植相關的嵌入式操作系統，目前常用的嵌入式操作系統主要有Linux、Wince等。軟件的設計流程主要包括操作系統移植、驅動程序編寫、應用程序設計3個階段。移植合適的嵌入式操作系統，為軟件的開發搭建好開發平臺;開發相關的驅動程序來支持硬件設備，為應用軟件訪問硬件提供接口，在CAN的模塊中，一般需要開發支持控制器和驅動器的驅動程序，以便于和汽車電子產品通信;應用程序是最上層的軟件，直接面對用戶，為用戶使用提供友好的交互。
2 系統設計樣例
基于以上的系統分析，現給出一個具體的設計樣例解釋。USB汽車音頻播放系統是為某汽車制造商開發的一款前裝汽車電子產品。該產品在通信上嚴格遵守廠商提供的CAN總線協議。該測試系統主要用于部件出廠前的故障檢測。
2.1 硬件設計
考慮到性能、功耗、穩定等方面的要求，選用Intel公司的32位工業級微處理器PXA270，該處理器基于ARM10內核，運行主頻高達520M-Hz，接口資源豐富，加入了IntelSpeedStep動態電源管理技術，在保證CPU性能的情況下可最大限度地降低設備功耗，利用該處理器簡化了硬件設計，并且保證了軟件的快速運行;存儲模塊采用了64 MB的NorFlash和64 MB的SDRAM;人機交互采用的是液晶顯示和觸摸控制的方案。
在CAN總線通信模塊的設計中，采用的芯片是SJA1000、PCA82C250和TJA1055。SJA1000是PHLIPS公司發布的一款適用于汽車和一般工業環境的獨立CAN控制器，SJA1000是PCA82C200控制器的替代產品，除了支持BasicCAN操作模式外，還增加了新的操作模式PeliCAN，這種模式支持具有很多新特性的協議。SJA1000應用于CAN硬件模塊中，用于實現CAN總線的數據鏈路層協議，在本設計中使用了2片SJA1000芯片，分別用于高速CAN和低速CAN通信。SJA1000的具體電路原理圖如圖2所示，數據總線AD0～AD7通過數據緩沖器件接到PXA270的數據總線MD0～MD7上，時序控制等信號線則是接到CPLD上，由PXA270處理器通過CPLD管理。
PCA82C250和TA1055都是驅動收發器，用于實現CAN總線的物理層，不同之處在于2個芯片各自實現了CAN物理層的2個標準：高速CAN和低速CAN。高速CAN根據線纜長度最高可提供1 Mbit/s的波特率，低速CAN可提供5～125 kbit/s的波特率，并且允許CAN總線在連接失敗時通信得以繼續進行，因此也叫容錯CAN，該儀器支持2種物理標準，驅動器的電路圖如圖3所示。HTXD0、HRXD0和LTXD0、LRXD0均來自于SJA1000，通過PCA82C250和TJA1055后分別得到高速CAN通道HCHNH、HCHNL和低速CAN通道LGANH、LCANL。
2.2 軟件設計
考慮到廠商對人機交互要求比較高，并且為了縮短研發周期，選擇微軟的Windows CE作為嵌入式操作系統。Wince是一個緊湊、完整和可擴展的嵌入式操作系統，是一個多線程、基于優先級可搶占的操作系統，具有內存管理功能，可以抑制由于應用程序不正常而直接破壞系統的危險性，特別適用于有限資源的硬件平臺，并且Wince的操作系統在界面操作上繼承了桌面Windows系統的風格，便于操作工人的熟悉和使用。
軟件設計的主要工作有Wince5.0系統在PXA270上的移植，CAN總線、液晶顯示、觸摸屏、Flash存儲、藍牙等驅動程序的實現，CAN協議實現及應用程序的設計等。
Wince的驅動程序主要分為本機驅動和流接口驅動，本機驅動是硬件必須的驅動，不支持通用的設備驅動程序接口，如觸摸屏的驅動;流接口驅動是指驅動程序把流式接口函數公開出來，而不考慮驅動所控制的設備類型。CAN總線的驅動主要是對控制器SJA1000的軟件支持，在wince中是典型的流接口驅動，通過CAN_Init、CAN_Open、CAN_Close、CAN_Read、CAN_Write、CAN_IOControl，CAN_Deiit等函數實現SJA-1000的功能;其中CAN_Init主要完成SJA1000的初始化工作，CAN_Open用于響應應用程序的請求，CAN_Read和CAN_Write用于從CAN總線讀取和向總線寫入字符，CAN_IOControl用來擴展其他的功能，CAN_Close用于關閉響應，CAN_Deiit用于釋放資源和卸載驅動。
應用程序運用Embedded Visual C++4.0開發。該測試儀器的任務較多，大部分的測試都是基于對部件發出CAN幀的分析，儀器的主要測試功能包括：音頻左右聲道測試、麥克測試、藍牙測試、USB測試等。系統的軟件流程如圖4所示，系統的主界面如圖5所示。
2.3 現場應用
該測試儀器目前已經應用于現場生產中，對USB汽車音頻播放部件進行出廠前質量測試，實踐表明該測試儀器快速可靠、操作友好，每臺每個工作日可檢測300～500臺部件，檢測準確率達到99%以上，完全滿足了廠商的需求。
3 結束語
本文針對汽車電子開發中的具體需求，提出了基于CAN通信和CAN幀分析的汽車電子測試方法，通過現場應用表明該方法是對前裝汽車電子產品測試的快速有效的方法，基于該方法的嵌入式汽車電子測試儀器，滿足了廠商對于體積、價格、速度、可靠等方面的需求，在未來開發的前裝汽車電子產品中會繼續廣泛應用。
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