SAE J1939协议分析和SmartJ1939系统设计实现
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摘要
针对电子设备的大量应用,运行可靠性、维修、信息共享和实时控制等问题,BOSCH公司开发了CAN(Controller Area Network)总线,即控制器局域网,它是国际上应用最广泛的现场总线之一。其总线规范现已于1993年11月被ISO国际标准组织制订为国际标准,得到了Motorola、Intel、Philips、Siemence、NEC等公司的支持,已广泛应用于包括车载网络在内的离散控制领域。CAN协议的模型结构只有3层,取OSI底层的物理层、数据链路层和顶上层的应用层。已有的有名的较高层协议有DeviceNet、CANopen、J1939/ISO 11783等,由于侧重点不同,功能也不同。
其中,SAE J1939是一个高速通迅网络,主要应用于重型车辆的车载网络系统,它支持ECU(Electronic Control Unit电子控制单元,一个基于电子套件的计算机,SAE J1939信息可以通过它实现发送和接收间的实时闭路控制功能),这些ECUs在汽车上可能是物理分布的。
目前,国内对于SAE J1939协议的研究才刚刚起步,可参考的资料非常有限,因此为了实现SAE J1939协议,对于其协议文本的分析研究就非常必要。
正是基于这样的原因,本文首先分析了SAE J1939协议内容,重点包括SAE J1939-21数据链路层子协议、SAEJ1939-81网络管理层子协议和J1939-71应用层子协议。
本文的重点是实现了一个SAE J1939协议的车载网络系统——SmartJ1939。该系统包括了数据链路层模块,网络管理层模块,定时器模块,实现了SAE J1939协议,包括发送和接收SAE J1939消息,虚拟连接的建立、管理和关闭、流量控制、错误处理,大于8字节的应用数据的发送端拆包和接收端重组装,超时监控,地址配置流程和工作组设置等等。该系统可用于分析SAE J1939发动机的运行数据,也可用于SAE J1939发动机的开发研究。
在详细介绍了SmartJ1939系统各个模块的设计思路、实现方法和测试结果之后,本文将会给出一个SmartJ1939系统的演示实例,基于SAE J1939网络的对于减速请求刹车灯的控制系统。
本文最后对于SmartJ1939系统做了总结和展望。
For applying a great deal electronic equipments, running dependably, maintaining, sharing information and cortrolling real time, BOSCH Co. explored CAN (Controller Area Network) bus, which has the widest field of usage among the Fieldbus. CAN Specification has been set down the international standard by ISO, get hold of many Co.' s sustain, such as Motorola, Intel, Philips, Siemence, NEC, and applyed to the scatter field abroad.CAN protocol is based on ISO's OSI,but its models tructure only has three layers,which are OSI'physical layer,data link layer and application layer. The known famous higher layer protocol, such as DeviceNet. CANopen, J1939/ISO 11783 and so on,has different functions for differently emphasizing particularly on.Thereinto, SAE J1939 is a high speed communication network, supports ECUs(Electronic Control Unit,computer based on electronic series, J1939 info achieves real time conclude control function between acceptation and tranmission through it) which may be physically distributed in vehicles.Nowadays the analyse of SAE J1939 protocol has just begun, and the material of SAE J1939 is very limited in domestically, so the analyse and study of SAE J1939 is quite necessary.Firstly, Based on the reason described above, this paper analyse the SAE J1939 protocol, include SAE J1939-21 data link layer protocol, SAE J1939-81 network management layer protocol, SAE J1939-71 application layer protocol.Subsequently, this paper describes a vehicle network system that implementsJ1939 protocol-SmartJ1939 which is composed of Data Link layer module,Network Management layer module and Timer module.After the description of design, implementation, and test results of these modules,this paper will present a demonstration of SmartJ1939------the control of RetarderRequesting Brake Light.Finally, this paper summarizes the SmartJ1939 system.
其中,SAE J1939是一个高速通迅网络,主要应用于重型车辆的车载网络系统,它支持ECU(Electronic Control Unit电子控制单元,一个基于电子套件的计算机,SAE J1939信息可以通过它实现发送和接收间的实时闭路控制功能),这些ECUs在汽车上可能是物理分布的。
目前,国内对于SAE J1939协议的研究才刚刚起步,可参考的资料非常有限,因此为了实现SAE J1939协议,对于其协议文本的分析研究就非常必要。
正是基于这样的原因,本文首先分析了SAE J1939协议内容,重点包括SAE J1939-21数据链路层子协议、SAEJ1939-81网络管理层子协议和J1939-71应用层子协议。
本文的重点是实现了一个SAE J1939协议的车载网络系统——SmartJ1939。该系统包括了数据链路层模块,网络管理层模块,定时器模块,实现了SAE J1939协议,包括发送和接收SAE J1939消息,虚拟连接的建立、管理和关闭、流量控制、错误处理,大于8字节的应用数据的发送端拆包和接收端重组装,超时监控,地址配置流程和工作组设置等等。该系统可用于分析SAE J1939发动机的运行数据,也可用于SAE J1939发动机的开发研究。
在详细介绍了SmartJ1939系统各个模块的设计思路、实现方法和测试结果之后,本文将会给出一个SmartJ1939系统的演示实例,基于SAE J1939网络的对于减速请求刹车灯的控制系统。
本文最后对于SmartJ1939系统做了总结和展望。
For applying a great deal electronic equipments, running dependably, maintaining, sharing information and cortrolling real time, BOSCH Co. explored CAN (Controller Area Network) bus, which has the widest field of usage among the Fieldbus. CAN Specification has been set down the international standard by ISO, get hold of many Co.' s sustain, such as Motorola, Intel, Philips, Siemence, NEC, and applyed to the scatter field abroad.CAN protocol is based on ISO's OSI,but its models tructure only has three layers,which are OSI'physical layer,data link layer and application layer. The known famous higher layer protocol, such as DeviceNet. CANopen, J1939/ISO 11783 and so on,has different functions for differently emphasizing particularly on.Thereinto, SAE J1939 is a high speed communication network, supports ECUs(Electronic Control Unit,computer based on electronic series, J1939 info achieves real time conclude control function between acceptation and tranmission through it) which may be physically distributed in vehicles.Nowadays the analyse of SAE J1939 protocol has just begun, and the material of SAE J1939 is very limited in domestically, so the analyse and study of SAE J1939 is quite necessary.Firstly, Based on the reason described above, this paper analyse the SAE J1939 protocol, include SAE J1939-21 data link layer protocol, SAE J1939-81 network management layer protocol, SAE J1939-71 application layer protocol.Subsequently, this paper describes a vehicle network system that implementsJ1939 protocol-SmartJ1939 which is composed of Data Link layer module,Network Management layer module and Timer module.After the description of design, implementation, and test results of these modules,this paper will present a demonstration of SmartJ1939------the control of RetarderRequesting Brake Light.Finally, this paper summarizes the SmartJ1939 system.
引文
【1】 Recommended Practice for a Serial Control and Communications Vehicle Network SAE J 1939.pdf
【2】 The Truck&Bus Con Recommended Practice for Control and Communications Network for On-Highway Equipment SAE J1939-01.pdf
【3】 The Track&Bus Control and Communications Network Subcommitee of the Truck&Bus Electrical Commitee,SAE J1939-11,Physical layer-250 kbps,Shielded Twisted Pair, Dec 1994.
【4】 The Truck&Bus Control and Communications Network Subcommitee of the Truck&Bus Electrical Commitee, SAE J1939-21,Data Link Layer, April 2001.
【5】 The Track&Bus Control and Communications Network Subcommitee of the Truck&Bus Electrical Commitee,. SAE J1939-31,Network Layer, April 2004.
【6】 The Track&Bus Control and Communications Network Subcommitee of the Track&Bus Electrieai Commitee, SAE J1939-71,Application Layer, Dee.2004.
【7】 The Track&Bus Control and Communications Network Subcommitee of the Truck&Bus Electrical Commitee, SAEJ1939-73, Application Layer Diagnostics, March.2004.
【8】 The Truck&Bus Control and Communications Network Subcommitee of the Truck&Bus Electrical Commitee,SAE J1939-81,Network Management,May 2003
【9】 汪宏杰,同济大学,《CAN、LIN总线在汽车车身网络控制中的研究与应用》,2003年3月
【10】 李捷,天津大学,《CAN总线在纯电动汽车中的应用》,2003年3月
【11】 南金瑞,北京理工大学,《电动汽车多能源动力总成控制系统与控制策略研究》,2003年6月
【12】 刘永木,长春工业大学,《基于CAN协议的6DE2柴油电控发动机的通讯系统设计》,2003年3月
【13】 康新艳,吉林大学,《基于CAN总线的SAE J1939仿真通信系统》,2003年2月
【14】 任重,浙江大学,《汽车网络综合研究及基于CAN总线的汽车组合仪表的实现》,2003年1月
【15】 现代轿车车身控制器局域网及主要控制装置的研究
【16】 雷敏,现代电子技术,《国内车载网络的“今天”和“明天”》,2006年2月
【17】 ISO 11519-2: Low-speed controller areanetwork(CAN),1994.
【18】 OSEK/VDX Operating System, v.2.2.1, OSEK group, 16.1.2003
【19】 OSEK/VDX System Generation OIL: OSEK ImplementationLanguage, v.2.4.1, OSEK group, 23.1.2003
【20】 OSEK/VDX Communication, v.3.0.1, OSEK group, 29.1.2003
【21】 OSEK/VDX Network Management, v.2.5.2, OSEK group, 16.1.2003
【22】 OSEK/VDX Binding Specification, v.1.4.1, OSEK group, 29.1.2003
【23】 孟晓楠,SmartJ1939 DataLink模块概要设计说明书V1.0.0
【24】 孟晓楠,SmartJ1939 Timer模块概要设计说明书V1.0.0
【25】 何勤,SmartJ1939 Netwrok Management模块概要设计说明书V1.0.0
【26】 孟晓楠,SmartJ1939 DataLink模块详细设计说明书V1.0.3
【27】 孟晓楠,SmartJ1939 Tmaer模块详细设计说明书V1.0.0
【28】 何勤,SmartJ1939 Netwrok Management模块详细设计说明书V1.0.0
【29】 何勤,SmartJ1939 Netwrok Management模块测试案例设计说明书V1.0.0
【30】 http://www.autostudy.net
【31】 http://www.sae.org/standardsdev/groundvehicle/j1939a.htm
【32】 李永强 宋希庚 薛冬新,大连理工大学,《CAN局域网及J1939协议在货车和客车上的运用》,《汽车工程》,2003年25卷4期
【33】 Control and Communication Network in Hybrid Fuel Cell Vehicles
【34】 刘永木,刘望生 李洪泽,长春工业大学电气与电子工程学院,《SAEJ1939标准下的汽车CAN通讯报文帧格式》《长春工业大学学报:自然科学版》2003年24卷1期
【35】 姚胜华,魏建勤,《浙江大学机械与能源学院SAE J1939协议在混合电动汽车通讯中的应用》《湖北汽车工业学院学报》2003年17卷3期
【36】 程军,崔继波等,吉林大学,汽车动态模拟国家重点实验室,济南程军电子科技有限公司,《车辆控制系统CAN总线通信的实施方法》,《汽车工程》2001年23卷5期
【37】 冯静,王俊席,梁锋,钟军,卓斌,上海交通大学,《发动机电控系统的CAN总线通信设计与开发》,《小型内燃机与摩托车》2003年32卷6期
【38】 朱正礼,殷承良,张建武,上海交通大学机械与动力工程学院,《混合动力车中CAN总线系统的应用》,《交通运输工程学报》2004年4卷3期
【39】 赵宏伟,王镜刚,王庆年,刘大有,吉林大学计算机科学与技术学院,吉林长春130025,吉林大学汽车工程学院,《混合动力汽车仿真通信系统》《吉林大学学报:工学版》2003年33卷4期
【40】 沈秀娟,卢珞先,黄涛,武汉理工大学,《基于CAN总线的多ECU通信平台设计》,《单片机与嵌入式系统应用》,2004年9期
【41】 基于CAN总线的混合电动汽车研究
【42】 李永强,宋希庚,薛冬新,大连理工大学,《CAN局域网及J1939协议在货车和客车上的运用》《汽车工程》2003年25卷4期
【43】 刘耿,席军强,陈慧岩,北京理工大学机械与车辆工程学院《SAE J1939通信标准在车辆动力传动电控系统中的应用研究》,《汽车研究与开发》2003年5期
【2】 The Truck&Bus Con Recommended Practice for Control and Communications Network for On-Highway Equipment SAE J1939-01.pdf
【3】 The Track&Bus Control and Communications Network Subcommitee of the Truck&Bus Electrical Commitee,SAE J1939-11,Physical layer-250 kbps,Shielded Twisted Pair, Dec 1994.
【4】 The Truck&Bus Control and Communications Network Subcommitee of the Truck&Bus Electrical Commitee, SAE J1939-21,Data Link Layer, April 2001.
【5】 The Track&Bus Control and Communications Network Subcommitee of the Truck&Bus Electrical Commitee,. SAE J1939-31,Network Layer, April 2004.
【6】 The Track&Bus Control and Communications Network Subcommitee of the Track&Bus Electrieai Commitee, SAE J1939-71,Application Layer, Dee.2004.
【7】 The Track&Bus Control and Communications Network Subcommitee of the Truck&Bus Electrical Commitee, SAEJ1939-73, Application Layer Diagnostics, March.2004.
【8】 The Truck&Bus Control and Communications Network Subcommitee of the Truck&Bus Electrical Commitee,SAE J1939-81,Network Management,May 2003
【9】 汪宏杰,同济大学,《CAN、LIN总线在汽车车身网络控制中的研究与应用》,2003年3月
【10】 李捷,天津大学,《CAN总线在纯电动汽车中的应用》,2003年3月
【11】 南金瑞,北京理工大学,《电动汽车多能源动力总成控制系统与控制策略研究》,2003年6月
【12】 刘永木,长春工业大学,《基于CAN协议的6DE2柴油电控发动机的通讯系统设计》,2003年3月
【13】 康新艳,吉林大学,《基于CAN总线的SAE J1939仿真通信系统》,2003年2月
【14】 任重,浙江大学,《汽车网络综合研究及基于CAN总线的汽车组合仪表的实现》,2003年1月
【15】 现代轿车车身控制器局域网及主要控制装置的研究
【16】 雷敏,现代电子技术,《国内车载网络的“今天”和“明天”》,2006年2月
【17】 ISO 11519-2: Low-speed controller areanetwork(CAN),1994.
【18】 OSEK/VDX Operating System, v.2.2.1, OSEK group, 16.1.2003
【19】 OSEK/VDX System Generation OIL: OSEK ImplementationLanguage, v.2.4.1, OSEK group, 23.1.2003
【20】 OSEK/VDX Communication, v.3.0.1, OSEK group, 29.1.2003
【21】 OSEK/VDX Network Management, v.2.5.2, OSEK group, 16.1.2003
【22】 OSEK/VDX Binding Specification, v.1.4.1, OSEK group, 29.1.2003
【23】 孟晓楠,SmartJ1939 DataLink模块概要设计说明书V1.0.0
【24】 孟晓楠,SmartJ1939 Timer模块概要设计说明书V1.0.0
【25】 何勤,SmartJ1939 Netwrok Management模块概要设计说明书V1.0.0
【26】 孟晓楠,SmartJ1939 DataLink模块详细设计说明书V1.0.3
【27】 孟晓楠,SmartJ1939 Tmaer模块详细设计说明书V1.0.0
【28】 何勤,SmartJ1939 Netwrok Management模块详细设计说明书V1.0.0
【29】 何勤,SmartJ1939 Netwrok Management模块测试案例设计说明书V1.0.0
【30】 http://www.autostudy.net
【31】 http://www.sae.org/standardsdev/groundvehicle/j1939a.htm
【32】 李永强 宋希庚 薛冬新,大连理工大学,《CAN局域网及J1939协议在货车和客车上的运用》,《汽车工程》,2003年25卷4期
【33】 Control and Communication Network in Hybrid Fuel Cell Vehicles
【34】 刘永木,刘望生 李洪泽,长春工业大学电气与电子工程学院,《SAEJ1939标准下的汽车CAN通讯报文帧格式》《长春工业大学学报:自然科学版》2003年24卷1期
【35】 姚胜华,魏建勤,《浙江大学机械与能源学院SAE J1939协议在混合电动汽车通讯中的应用》《湖北汽车工业学院学报》2003年17卷3期
【36】 程军,崔继波等,吉林大学,汽车动态模拟国家重点实验室,济南程军电子科技有限公司,《车辆控制系统CAN总线通信的实施方法》,《汽车工程》2001年23卷5期
【37】 冯静,王俊席,梁锋,钟军,卓斌,上海交通大学,《发动机电控系统的CAN总线通信设计与开发》,《小型内燃机与摩托车》2003年32卷6期
【38】 朱正礼,殷承良,张建武,上海交通大学机械与动力工程学院,《混合动力车中CAN总线系统的应用》,《交通运输工程学报》2004年4卷3期
【39】 赵宏伟,王镜刚,王庆年,刘大有,吉林大学计算机科学与技术学院,吉林长春130025,吉林大学汽车工程学院,《混合动力汽车仿真通信系统》《吉林大学学报:工学版》2003年33卷4期
【40】 沈秀娟,卢珞先,黄涛,武汉理工大学,《基于CAN总线的多ECU通信平台设计》,《单片机与嵌入式系统应用》,2004年9期
【41】 基于CAN总线的混合电动汽车研究
【42】 李永强,宋希庚,薛冬新,大连理工大学,《CAN局域网及J1939协议在货车和客车上的运用》《汽车工程》2003年25卷4期
【43】 刘耿,席军强,陈慧岩,北京理工大学机械与车辆工程学院《SAE J1939通信标准在车辆动力传动电控系统中的应用研究》,《汽车研究与开发》2003年5期