基于SAE J1939協議的車輛信息采集與診斷模塊

摘要：本文在CAN總線技術與SAE J1939協議的基礎上，提出了基于Cortex-M3內核微控制器的車輛信息采集與診斷模塊系統設計。詳細介紹了SAE J1939協議的報文及內容格式，以及系統硬件、軟件開發過程，并指出了設計中需要注意的環節。該模塊通過對CAN總線及各傳感器數據的讀取和處理，能夠穩定可靠地提供車輛工況數據，并可集成到車載多媒體系統和虛擬數字儀表等其他車載產品中。
關鍵詞：車輛工程；SAE J1939協議；CAN總線；Cortex-M3

0 引言
當前，汽車電子化程度不斷提高，大量采用基于微處理器的電控單元(ECU)對汽車的各個功能模塊進行信息采集及控制。由于ECU數量眾多，為了提高信號的利用率，要求在不同的ECU間，大量的數據狀態信息能夠實現共享，大量的控制信號能夠實時交換。同時，車載多媒體設備、虛擬數字儀表等產品也需要實時獲取車輛工況信息。因此傳統線束已遠遠不能滿足這種需求。
CAN總線及基于CAN的車輛通信應用層協議提供了解決上述問題的途徑。目前SAE J1939是汽車行業應用最為廣泛的CAN應用層協議之一。本文提出的基于CAN和SAE J1939的車輛信息采集與診斷模塊能夠實時獲取車輛的車速、油壓、制動壓力、發動機轉速等重要信息，在車輛發生故障時及時定位車輛故障，并可集成到車載多媒體、虛擬儀表等產品中，為車輛駕駛人員提供直觀實時的車輛工況。

1 SAE J1939協議介紹
SAE J1939協議是美國汽車工程師協會(SAE)在CAN2．0B協議基礎上制定的客車和重型貨車網絡通信應用層協議，在目前汽車電子網絡中得到廣泛應用。該協議采用CAN總線的數據幀封裝其數據信息，并明確規定了汽車內部各ECU的名稱、地址、通訊協議、優先級等信息，使用多路復用技術為車輛各傳感器、執行器和控制器提供建立在CAN總線基礎上的標準化高速網絡連接，在不同的ECU間實現高速數據共享，以期有效減少線束數量并提高車輛電子控制系統的靈活性、可靠性、可維修性。目前，車輛的ECU產品大都帶有遵循SAE J1939協議的CAN總線接口。這為車輛信息的快速采集和故障的在線診斷定位提供了便利。
1．1 SAE J1939報文格式
SAE J1939在通訊中是負責數據傳輸的傳輸協議，其功能分為數據的拆分打包和重組及連接管理兩部分。其數據幀是以PDU(協議數據單元)為單位傳送信息，每個PDU相當于CAN協議中的一幀。PDU由29位標識符和O～8個字節的數據所組成，如表l所示。SAE J1939利用29位標識符(CAN擴展幀)提供一種完整的網絡定義。表1中，P位為決定報文優先級的前3位；R是保留位：DP是數據頁位；PF場識別兩個PDI格式(PDUl、PDU2)：替代遠程請求位SRR和標識符擴展位IDE在CAN2．0B中己詳細定義，并未包含在PDU內；PS場由PF值決定其包含一個目標地址(DA)還是包含一個對PDU格式PF的組擴展(GE)；SA為源地址。

1．2 SAE J1939應用層
應用層定義了針對車輛應用的信號(參數)和報文(參數組)。應用層通過參數描述信號，給每個參數分配了一個19位的可疑參數編號(SP-N)；此外還通過參數組描述報文，給每個參數組分配了一個24位的參數組編號(PGN)。SPN用來標識與ECU相關的故障診斷元素、部件或參數組中參數；PGN用來唯一標識一個特定參數組。除已分配的參數和參數組外，用戶還可通過分配未使用的SPN給自定義參數和定義專有報文對應用層進行補充。