試論CAN總線數(shù)據(jù)記錄儀的研究與設(shè)計(jì)

摘要：本文通過對(duì)CAN總線進(jìn)行概述的方式引入正文，通過理論與實(shí)際相結(jié)合的方式，首先針對(duì)CAN總線所對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)記錄儀軟件的設(shè)計(jì)工作展開了深入探討，然后又針對(duì)數(shù)據(jù)記錄儀硬件的設(shè)計(jì)進(jìn)行了系統(tǒng)探究，希望可以在某些方面為設(shè)計(jì)人員提供幫助。

關(guān)鍵詞：CAN總線數(shù)據(jù)記錄儀；研究；設(shè)計(jì)

CAN總線最初作為串行數(shù)據(jù)通信的總線被用于對(duì)大量汽車測量控制部件所對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行交換的過程中，通過不斷的實(shí)踐與優(yōu)化，現(xiàn)階段，CAN總線以自身愈發(fā)完善的良好性能，開始在航空航天、工業(yè)控制等諸多領(lǐng)域發(fā)揮作用，并且由此而成為國際范圍內(nèi)應(yīng)用范圍最廣泛、頻率最高的現(xiàn)場總線。因此，對(duì)CAN總線的數(shù)據(jù)記錄儀進(jìn)行研究是非常有必要的。

1 CAN總線數(shù)據(jù)記錄儀軟件設(shè)計(jì)

1.1 設(shè)計(jì)流程

對(duì)數(shù)據(jù)記錄儀軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)所應(yīng)用的編程方式為C語言，設(shè)計(jì)方法為模塊化程序，設(shè)計(jì)人員需要保證對(duì)軟件流程加以安排的合理性，只有這樣才能保證不同模塊在運(yùn)行過程中的協(xié)調(diào)配合，也才能達(dá)到有效控制硬件電路的目標(biāo)。數(shù)據(jù)記錄儀在上電之后，首先需要進(jìn)行的是對(duì)CAN控制器、單片機(jī)等部分的初始化操作，需要注意的是，一般來說數(shù)據(jù)記錄儀所對(duì)應(yīng)USB接口的默認(rèn)工作模式是主機(jī)模式，當(dāng)然，相關(guān)人員可以通過對(duì)外部按鍵進(jìn)行選擇的方式讓USB接口由主機(jī)模式向從機(jī)模式進(jìn)行轉(zhuǎn)變。如果USB接口應(yīng)用的工作模式為主機(jī)模式，那么系統(tǒng)軟件首先需要對(duì)記錄儀和U盤是否已經(jīng)連接完畢進(jìn)行判斷，避免一直等待的問題出現(xiàn)，如果二者已經(jīng)連接完畢并且處于準(zhǔn)備的過程中，就可以選擇在U盤中根據(jù)實(shí)際需求創(chuàng)建用于對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行接收并且存儲(chǔ)的文件，在文件記錄工作告一段落后將文件關(guān)閉，記錄工作完成，對(duì)存儲(chǔ)格式為FAT16的數(shù)據(jù)文件而言，該類數(shù)據(jù)文件可以通過計(jì)算機(jī)直接完成相應(yīng)的讀取工作[1]。如果USB接口應(yīng)用的工作模式為從機(jī)模式，相關(guān)人員可以通過將上機(jī)位和USB接口進(jìn)行直接通信的方式，完成CAN總線數(shù)據(jù)的上傳工作，再通過上機(jī)位對(duì)上傳數(shù)據(jù)進(jìn)行解析并顯示。

1.2 USB存儲(chǔ)模塊

1.2.1 傳輸類型

（1）批量傳輸。批量傳輸?shù)脑硎峭ㄟ^對(duì)USB總線空閑帶寬進(jìn)行有效利用，以此來完成數(shù)據(jù)的傳輸工作，批量傳輸通常被用于傳輸大量數(shù)據(jù)，或是傳輸對(duì)速率與時(shí)間要求相對(duì)寬松的數(shù)據(jù)。對(duì)于空閑總線而言，在諸多傳輸類型中擁有最快傳輸速度的即為批量傳輸。

（2）同步傳輸。同步數(shù)據(jù)需要對(duì)最大的傳送次數(shù)以及帶寬值加以確定。與批量傳輸不同，同步傳輸通常被用于傳輸對(duì)時(shí)間具有嚴(yán)格要求的數(shù)據(jù)，或容錯(cuò)性較強(qiáng)的數(shù)據(jù)。除此之外，在同步傳輸?shù)倪^程中，主機(jī)能夠保證所對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)能夠在特定時(shí)間內(nèi)完成傳輸工作。

1.2.2 程序設(shè)計(jì)

一般來說，計(jì)算機(jī)會(huì)將位于USB設(shè)備內(nèi)部用于存儲(chǔ)的單元組織為相應(yīng)的文件系統(tǒng)，這樣做能夠在某些方面為計(jì)算機(jī)和USB設(shè)備之間對(duì)某些數(shù)據(jù)進(jìn)行交換的過程提供便利，對(duì)于單片機(jī)而言，USB設(shè)備同樣可以被組織為相應(yīng)的文件系統(tǒng)。當(dāng)然，單片機(jī)在對(duì)USB設(shè)備所對(duì)應(yīng)文件系統(tǒng)進(jìn)行處理時(shí)，通常不包括傳輸協(xié)議層、硬件接口芯片以及用過山區(qū)對(duì)硬盤或是閃存進(jìn)行讀寫這三個(gè)內(nèi)部結(jié)構(gòu)層次，但是對(duì)作為內(nèi)置相關(guān)程序的主機(jī)接口芯片——CH375而言，在對(duì)其加以應(yīng)用的過程中，需要單片機(jī)程序進(jìn)行處理的文件系統(tǒng)僅僅包括FAT系統(tǒng)。

1.3 CAN通信模塊

CAN通信模塊最主要的作用在于對(duì)CAN總線所對(duì)應(yīng)報(bào)文進(jìn)行接收和存儲(chǔ)。首先需要對(duì)上電后的系統(tǒng)進(jìn)行初始化，然后方可開展接下來的工作。對(duì)處于CAN總線之上的數(shù)據(jù)而言，在接收過程中使用頻率較高的方式為中斷接收，也就是說每當(dāng)系統(tǒng)完成對(duì)一幀CAN報(bào)文的接收工作后，便需要通過一次中斷實(shí)現(xiàn)對(duì)單片機(jī)的觸發(fā)，使單片機(jī)在中斷過程中完成對(duì)這一幀數(shù)據(jù)的讀取和在緩沖區(qū)內(nèi)進(jìn)行暫存的工作，在緩沖區(qū)被暫存數(shù)據(jù)填滿之后，再將數(shù)據(jù)一次性寫入到所對(duì)應(yīng)的U盤之中。

2 CAN總線數(shù)據(jù)記錄儀硬件設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)總方案

作為總線網(wǎng)絡(luò)和總線節(jié)點(diǎn)之間的通信平臺(tái)，CAN總線所對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)記錄儀的硬件結(jié)構(gòu)通常由以下幾個(gè)方面構(gòu)成：電源模塊、實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊、通信模塊、控制模塊等。下面就針對(duì)眾多硬件結(jié)構(gòu)中具有代表性的實(shí)時(shí)時(shí)鐘以及電源模塊展開討論，為數(shù)據(jù)記錄儀的設(shè)計(jì)提供幫助。

2.2 電源模塊

作為在各類電子系統(tǒng)中均具有非常重要位置的組成部分，電源自身性能的優(yōu)劣與電子系統(tǒng)是否能夠穩(wěn)定運(yùn)行存在直接聯(lián)系。對(duì)所設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)記錄儀而言，由于為系統(tǒng)供電的電源電壓為12V，系統(tǒng)各部分所需電源電壓為5V和3.3V，因此，設(shè)計(jì)人員需要保證對(duì)穩(wěn)壓芯片進(jìn)行選擇的合理性，才能完成為系統(tǒng)提供所需不同電壓的工作[2]。

2.3 實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊

對(duì)于大部分?jǐn)?shù)據(jù)記錄儀來說，在監(jiān)聽所對(duì)應(yīng)CAN總線網(wǎng)絡(luò)的過程中，對(duì)所記錄數(shù)據(jù)的起始時(shí)間加以明確是非常重要的，這樣做不僅是因?yàn)樗涗浳募枰杂涗涢_始的時(shí)間命名，更重要的是這樣做可以在對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行回放的過程中，提供科學(xué)、系統(tǒng)的時(shí)間基準(zhǔn)。除此之外，由于需要記錄的文件數(shù)量較多，記錄時(shí)間的存在還可以在某些方面為文件管理工作的開展提供方便。通過上文的分析可以看出，根據(jù)實(shí)際情況選擇用以對(duì)準(zhǔn)確時(shí)間信息進(jìn)行提供的時(shí)鐘芯片是非常重要的，DALLAS公司所生產(chǎn)的DS12CR887在數(shù)據(jù)記錄儀中的使用頻率相對(duì)較高。

3 結(jié)論

綜上所述，文章主要以軟件和硬件作為切入點(diǎn)，針對(duì)數(shù)據(jù)記錄儀的設(shè)計(jì)工作展開了討論。對(duì)軟件設(shè)計(jì)而言，設(shè)計(jì)人員關(guān)注的重點(diǎn)應(yīng)當(dāng)放在USB存儲(chǔ)模塊和CAN通信模塊這兩個(gè)方面，對(duì)硬件設(shè)計(jì)來說，電源模塊和實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊具有的重要性是不容忽略的。只有保證數(shù)據(jù)記錄儀整體性能的有效提升，才能將CAN總線在各領(lǐng)域發(fā)展過程中具有的作用進(jìn)行最完整的呈現(xiàn)，也才能推動(dòng)社會(huì)的和諧、穩(wěn)定發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙良，翁寅生，田宏亮.車載鉆機(jī)CAN總線數(shù)據(jù)記錄儀設(shè)計(jì)[J].電子設(shè)計(jì)工程，2015，（05）：5557.

[2]劉慧豐，李遠(yuǎn)哲，單建兵，王偉，賀海文.基于SD卡的CAN總線數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)測量與控制，2014，（04）：12361239.

作者簡介：劉洋（1994），男，湖北武漢人，本科，研究方向：自動(dòng)化。