—種基于嵌入式Linux的柴油機(jī)故障診斷模塊設(shè)計(jì)方法

蔡彭騎

摘要：隨著柴油機(jī)電控系統(tǒng)和車載CAN網(wǎng)絡(luò)的廣泛使用，基于車載網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的柴油機(jī)故障診斷系統(tǒng)具有非常重要的作用。文章基于嵌入式Linux系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一種能夠解析J1939網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的柴油機(jī)故障診斷模塊，具有成本低、可維護(hù)性和可擴(kuò)展性好等優(yōu)點(diǎn)。在東風(fēng)康明斯CM2150柴油機(jī)上實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該模塊能夠正確高效地實(shí)現(xiàn)電控系統(tǒng)故障診斷。

關(guān)鍵詞：嵌入式Linux；柴油機(jī)；J1939協(xié)議

隨著車載電控技術(shù)的飛速發(fā)展，柴油電控發(fā)動(dòng)機(jī)及車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)得到了普遍應(yīng)用。目前，高性能的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷系統(tǒng)主要都采用國(guó)外企業(yè)生成的產(chǎn)品，這不但增加了國(guó)內(nèi)汽車企業(yè)的運(yùn)用成本，也妨礙了我國(guó)發(fā)展具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的汽車工業(yè)。因此，本文嘗試基于開(kāi)源軟件平臺(tái)設(shè)計(jì)一種柴油機(jī)故障診斷模塊。該模塊基于嵌入式Linux操作系統(tǒng)內(nèi)核，通過(guò)對(duì)車載J1939網(wǎng)絡(luò)故障診斷協(xié)議進(jìn)行解析，實(shí)現(xiàn)電控柴油機(jī)的故障診斷。該模塊提供了完善的應(yīng)用接口，能夠高效融入各種現(xiàn)有車載故障平臺(tái)，具有較好的應(yīng)用性價(jià)比[1]。

1 系統(tǒng)架構(gòu)

本文設(shè)計(jì)的柴油機(jī)故障診斷軟件模塊在邏輯上分為硬件抽象層、內(nèi)核層、J1939解析層和應(yīng)用層共4層，其架構(gòu)如圖1所示。

2 硬件抽象層設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的硬件抽象層的主體是硬件資源包（BSP）。BSP的作用是對(duì)底層硬件的參數(shù)細(xì)節(jié)進(jìn)行封裝，并向內(nèi)核提供訪問(wèn)接口。本文選擇的硬件平臺(tái)是飛思卡爾imx6q處理器，所以BSP移植針對(duì)imx6q處理器展開(kāi)，其方法如下。

（1）在＼mqx＼source＼bsp和installdir＼lib目錄下分別創(chuàng)建新的目錄fsmqx；

（2）將nscf51acrl.mem 文件中的：

“range 0x00000410 0x0003FFFF 4 ReadWrite //Second Section of the 256KBytes of Flash Memory

reserved 0x00040000 0x007FFFFF ”

改為：

“range 0x00000410 OxOOOlFFFF 4 ReadWrite //Second Section of the 128KBytes of Flash Memory

reserved 0x00020000 0x007FFFFF ”

（3）將$installdir＼mqx＼source＼bsp＼nscf51acrl＼cw＼intflash.lcf文件中的：

“：rom（RX）：

ORIGIN = 0x00000440， LENGTH = 0x0003FBBF #Code + Const data # = 0x3FFFF - 0x440：：256K Flash”

修改為：

“rom（RX）：ORIGIN = 0x00000440， LENGTH =0x0001FBBF # Code + Const data # = OxlFFFF - 0x440：：128K Flash ”。

3 嵌入式Linux內(nèi)核移植

嵌入式Linux系統(tǒng)是一種針對(duì)嵌入式設(shè)備的開(kāi)源、多任務(wù)操作系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有性能穩(wěn)定、可移植性好等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用在各類非實(shí)時(shí)嵌入式計(jì)算環(huán)境中。因此本文將其移植到基于的嵌入式平臺(tái)上[2]。具體移植方法如下所示。

3.1 驅(qū)動(dòng)定制

因?yàn)轱w思卡爾imx6q處理器集成了CAN總線驅(qū)動(dòng)器MSCAN，所以本文所設(shè)計(jì)系統(tǒng)為MSCAN。

定制驅(qū)動(dòng)程序mscan.c和mscan.h。其設(shè)計(jì)方法為：

（1）MSCAN初始化的流程如圖2所示。

（2）CAN數(shù)據(jù)幀收發(fā)功能設(shè)計(jì)。

CAN數(shù)據(jù)幀發(fā)送和接收功能流程如圖3—4所示。

3.2 文件系統(tǒng)定制

文件系統(tǒng)的作用是管理各類固化存儲(chǔ)器中的程序文件和配置文件。本文基于Yaffs2制作了嵌入式Linux文件系統(tǒng)鏡像[3]。

4 J1939協(xié)議解析

J1939協(xié)議是一種位于CAN總線應(yīng)用層的通信協(xié)議，用于定義和規(guī)范CAN數(shù)據(jù)幀中ID域和DATA域中的各項(xiàng)內(nèi)容。該協(xié)議基于J1708和J1587協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)發(fā)，具有運(yùn)行開(kāi)銷低、通信過(guò)程高效等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各類中大型客貨車輛中[4]。J1939協(xié)議包含了J1939/11，J1939/21，J1939/31， J1939/71， J1939/73等子協(xié)議，其中J1939/73定義了車輛電控單元通信應(yīng)用層和故障診斷方面的規(guī)范[5]。因此，本文所設(shè)計(jì)模塊的核心任務(wù)之一是對(duì)該協(xié)議進(jìn)行解析。解析過(guò)程主要針對(duì)PDU數(shù)據(jù)包展開(kāi)，其基本方法包括以下兩個(gè)[6-7]。

4.1 ID識(shí)別

根據(jù)數(shù)字字典中的ID類型對(duì)CAN數(shù)據(jù)幀ID進(jìn)行模式匹配，具體方法為正則匹配法。

4.2 DATA區(qū)解析

采用協(xié)議樹(shù)查找法對(duì)CAN數(shù)據(jù)幀DATA區(qū)數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，得到柴油發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)的原始參數(shù)。

5 實(shí)驗(yàn)

將本文設(shè)計(jì)的柴油機(jī)故障診斷模塊通過(guò)CAN總線電纜和東風(fēng)康明斯CM2150柴油機(jī)的OBD接口進(jìn)行連接。分別進(jìn)行故障碼讀取和數(shù)據(jù)流讀取兩項(xiàng)實(shí)驗(yàn)。該系統(tǒng)正確讀取到了2組故障碼，分別是水溫傳感器信號(hào)線對(duì)地短接，燃油軌道壓傳感器信號(hào)線斷路。該系統(tǒng)能以10 Hz的采樣率正確讀取發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、油門踏板開(kāi)度、燃油軌道壓力、進(jìn)氣量、水溫等工況數(shù)據(jù)，達(dá)到了預(yù)期效果[8]。

6 結(jié)語(yǔ)

本文基于嵌入式Linux系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一種能夠解析J1939網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的柴油機(jī)故障診斷模塊，具有成本低、可維護(hù)性和可擴(kuò)展性好等優(yōu)點(diǎn)。在東風(fēng)康明斯CM2150柴油機(jī)上實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該模塊能夠正確高效實(shí)現(xiàn)電控系統(tǒng)故障診斷。

[參考文獻(xiàn)]

[1]孫鵬.柴油機(jī)共軌電控噴射系統(tǒng)故障診斷方法探討[J].山東工業(yè)技術(shù)，2018（8）：44.

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[3]張遠(yuǎn)征.基于嵌入式Linux與QT的礦用柴油車虛擬儀表軟件設(shè)計(jì)[J].煤礦機(jī)械，2016（12）：163-165.

[4]李招峰.基于嵌入式技術(shù)的柴油機(jī)故障診斷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[D].武漢：武漢理工大學(xué)，2012.

[5]劉魯平，張鳳登，車蕊.基于CAN總線的柴油機(jī)故障診斷系統(tǒng)[J].電子測(cè)量技術(shù)，2016（12）：184-188.

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[8]汪志斌，吳長(zhǎng)水，黃敏濤，等.基于J1939協(xié)議的車輛故障診斷與ECU報(bào)文解析[J].單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2017（12）：7-11.