一種基于CAN/GPRS無線網(wǎng)關(guān)的車載網(wǎng)絡(luò)設(shè)計方案

魯駿 郭旭展

摘要：隨著網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展，在汽車內(nèi)部組建汽車網(wǎng)絡(luò)和使用無線網(wǎng)絡(luò)對汽車進行監(jiān)控受到越來越多的重視。CAN網(wǎng)絡(luò)和GPRS網(wǎng)絡(luò)能很好地滿足這兩方面的需求，我們將兩個網(wǎng)絡(luò)結(jié)合起來進行車載數(shù)據(jù)的傳輸。通過對通信系統(tǒng)進行了總體設(shè)計與分析，給出了一種基于CAN/GPRS無線網(wǎng)關(guān)的車載網(wǎng)絡(luò)設(shè)計方案。

關(guān)鍵詞：車載網(wǎng)絡(luò)；CAN；GPRS；無線網(wǎng)關(guān)；服務(wù)器

中圖分類號：TP393文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1009-3044(2012)21-5067-03

One Kind Based on the CAN / GPRS Network Design Scheme

LU Jun, GUO Xu-zhan

(Xinyang Normal University, Xinyang 464000, China)

Abstract: With the development of network communication technology, the automobile internal formation of automobile network and wireless network in automobile control is paid more and more attention. CAN network and GPRS network can well meet the two aspects of the demand. we will be the two network to combine the data transmission. Based on the communication system for the design and analy sis, presents a method based on CAN / GPRS wireless gateway network design.

Key words: CAN, GPRS; automobile network; wireless gateway; server

隨著汽車電子技術(shù)的不斷發(fā)展，為了解決汽車電子技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用與汽車線束根數(shù)和線徑急劇增加的矛盾，采用串行總線實現(xiàn)多路傳輸，組成汽車電子網(wǎng)絡(luò)，是一種既可靠又經(jīng)濟的做法。

采用總線型與星型相結(jié)合的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，通過CAN[1]總線進行通信并且將汽車大部分控制單元掛接到CAN網(wǎng)絡(luò)上，對汽車進行控制以及實現(xiàn)汽車內(nèi)部數(shù)據(jù)信息的共享。同時采用集成GPRS通信模塊作為一個無線接口從而實現(xiàn)汽車數(shù)據(jù)不僅可以在內(nèi)部CAN網(wǎng)上傳輸，而且可通過CAN/GPRS無線網(wǎng)關(guān)進行收發(fā)那些需要與外界交互的數(shù)據(jù)[2]。

1汽車內(nèi)部網(wǎng)的設(shè)計與分析

汽車內(nèi)部網(wǎng)的系統(tǒng)總體設(shè)計如圖1所示：在公網(wǎng)上建立遠程的監(jiān)控服務(wù)器，可以根據(jù)服務(wù)器的IP地址將數(shù)據(jù)發(fā)送到服務(wù)器上。那些經(jīng)過CAN/GPRS無線網(wǎng)關(guān)發(fā)送出來的數(shù)據(jù)，經(jīng)過基站收發(fā)信機傳入基站控制器，然后進入GPRS服務(wù)支持節(jié)點SGSN，通過GPRS骨干網(wǎng)與GPRS網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點GGSN，流入Internet。服務(wù)器端采用分布式架構(gòu)，將數(shù)據(jù)處理分為邏輯層和數(shù)據(jù)層，提高系統(tǒng)的運行效率、增加安全性。邏輯層在監(jiān)控服務(wù)器上，主要實現(xiàn)對數(shù)據(jù)進行收發(fā)、處理和分析；數(shù)據(jù)層用于響應(yīng)邏輯層的請求，在數(shù)據(jù)庫服務(wù)器上，用來存儲數(shù)據(jù)并維護數(shù)據(jù)的完整性和安全性[3]。

2汽車內(nèi)部網(wǎng)的通訊模塊設(shè)計

2.1汽車內(nèi)部網(wǎng)的設(shè)計與分析

汽車內(nèi)部網(wǎng)的組建包括硬件和軟件兩個方面。每個掛接在CAN網(wǎng)絡(luò)上的電子控制單元至少包括三部分，即：CAN收發(fā)器、CAN控制器和主控制器，CAN控制器和CAN收發(fā)器主要是收發(fā)CAN總線上的數(shù)據(jù)，而主控制器不僅需要對CAN總線上的數(shù)據(jù)進行收發(fā)處理，而且還需要對與其相關(guān)的傳感器和執(zhí)行器進行操作，所以汽車內(nèi)部網(wǎng)的硬件方面由包括上述三部分的多個CAN節(jié)點組成[4]。對CAN控制器進行操作，需要編寫CAN的底層硬件驅(qū)動，構(gòu)建應(yīng)用層協(xié)議，其ISO/OSI參考模型的三層結(jié)構(gòu)[5]如圖2所示。

汽車內(nèi)部網(wǎng)的軟件件方面主要是編寫CAN底層硬件驅(qū)動和構(gòu)建應(yīng)用層協(xié)議，協(xié)議應(yīng)具有網(wǎng)絡(luò)管理、發(fā)送大于8字節(jié)的數(shù)據(jù)塊、定義幀報文的內(nèi)容及含義等功能。

2.2遠程監(jiān)控服務(wù)器端的設(shè)計

遠程監(jiān)控服務(wù)器端主要用于接收無線車載數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行分析、處理、保存后，向汽車發(fā)送相應(yīng)的警告控制命令。如果將所有的操作都放到一臺服務(wù)器上，服務(wù)器的執(zhí)行效率將非常低，所以我們采用分布式的架構(gòu)，在監(jiān)控服務(wù)器端使用至少兩臺服務(wù)器。應(yīng)用程序服務(wù)器專門負責(zé)車載數(shù)據(jù)的通信和分析，另一臺數(shù)據(jù)庫服務(wù)器專門負責(zé)數(shù)據(jù)的處理和保存，以維護數(shù)據(jù)的安全性和完整性。

2.3 GPRS無線通信的設(shè)計

由于汽車具有可移動性的特點，所以需要選擇一種覆蓋范圍廣、傳輸速度較快、成本較低的通信網(wǎng)絡(luò)來承載數(shù)據(jù)的傳輸，GPRS無線網(wǎng)絡(luò)能較好滿足上述的要求。我們可在汽車CAN網(wǎng)中加入CAN/GPRS無線網(wǎng)關(guān)，通過網(wǎng)關(guān)可無線采集到汽車運行時的參數(shù)，從而實現(xiàn)對汽車的實時監(jiān)控。網(wǎng)關(guān)我們采用能運行操作系統(tǒng)的ARM9芯片作為網(wǎng)關(guān)的主控器。PPP協(xié)議是直接連接在串行鏈路上創(chuàng)建和運行IP網(wǎng)際協(xié)議或者其它協(xié)議的一個方案[6]。通過PPP點對點協(xié)議實現(xiàn)GPRS無線接入互聯(lián)網(wǎng)。

在CAN/GPRS網(wǎng)關(guān)上實現(xiàn)GPRS撥號上網(wǎng)的步驟如下：

1)在Linux內(nèi)核配置時，添加對PPP的支持。

2)通過串口進行撥號操作需要加載SC16C550芯片的Linux驅(qū)動程序。

3)移植PPP的應(yīng)用程序工具包到Arm-Linux操作系統(tǒng)下。

4)將pppd和chat程序都加入到ARM-Linux根文件系統(tǒng)的/dev下，把options、gprs-connect、gprs-disconnect三個加入到腳本根文件系統(tǒng)的/etc/ppp目錄下，再在啟動腳本init.sh中加入system(“/dev/pppd &”)語句。系統(tǒng)啟動后，自動進行GPRS連接，并把建立起來的連接作為默認路由接入互聯(lián)網(wǎng)。

車載數(shù)據(jù)的無線傳輸測試，網(wǎng)關(guān)收發(fā)數(shù)據(jù)時串口輸出的信息如圖3。

3結(jié)束語

通過對汽車CAN網(wǎng)絡(luò)平臺進行測試，分析和理解整個汽車內(nèi)部網(wǎng)和應(yīng)用層協(xié)議運作的整個過程，組建汽車實驗網(wǎng)絡(luò)，并將CAN/GPRS網(wǎng)關(guān)掛載到實驗網(wǎng)絡(luò)上，進行車載數(shù)據(jù)的無線傳輸測試。如圖3所示測試結(jié)果，網(wǎng)關(guān)收發(fā)數(shù)據(jù)時串口輸出的信息表明整個無線車載數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)能夠穩(wěn)定高效地運行。

參考文獻:

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