一種can數據記錄儀的製作方法
2023-05-16 06:08:46
專利名稱：一種can數據記錄儀的製作方法
技術領域：
本發明屬於汽車領域，特別闡述了一種CAN總線數據的記錄設備。
背景技術：
通過汽車總線對汽車進行控制是汽車電子技術的發展趨勢。汽車總網絡應用於整 車的控制系統、信息系統、駕駛系統和傳感執行系統，完成對汽車各類傳感器、控制器與執 行器的通信和動作，實現對整車電控系統的分布式控制。目前，汽車CAN總線應用層規範和 汽車CAN總線網絡的有效測試方法與測試儀器還很缺乏，國內對汽車總線CAN技術的公開 程度很低，目前市場上的CAN網絡分析儀器都是代理國外的產品，如德國Vector公司CANoe 工具，工具對車輛控制的仿真系統、測試系統、但是此類測試儀器成本很高；軟硬體體系龐 大；對於待定車身使用性操作過於複雜；功能可擴展性和兼容性較差；汽車總線節點開發 周期長。
發明內容
本發明針對汽車上廣泛使用的CAN網絡，使用一種記錄儀記錄網絡上的各種數 據，便於監控汽車行駛過程中的各種狀態，確保汽車各部件的安全工作。本發明的技術方案如下
該數據記錄儀主要包括MCU模塊、CAN數據通信模塊、實時時鐘記錄模塊、USB接口模 塊。各功能模塊作用描述如下CAN數據通信模塊負責接收CAN網絡上的差分信號數據，並 將差分信號數據轉換成普通串行數據發送給MCU模塊；MCU收到數據後，將其存於緩衝區， 一旦緩衝區存儲了一定字節(如512個字節)，便通過USB接口模塊向U盤進行一次寫操作； 實時時鐘記錄模塊主要負責記錄當前的時鐘，防止時鐘信息掉電消失。從CAN網絡收到的 數據，必須添加UFI協議、USB傳輸協議按照FAT文件系統的規定寫進U盤，Windows才能 正常識別記錄數據的文件，這部分工作是MCU通過軟體完成的。各模塊通過板內的高速數 據總線，接口適配電路以及處理器上的專用接口連接在一起，集成在一個電路板內，結構簡 單，並且為整車節約了很大的空間，抗幹擾能力強，可靠性增強。本記錄儀的USB接口模塊由USB主控晶片實現數據幀的收發，USB主控晶片採用 SL811HS。本記錄儀的接口適配電路採用CAN接口晶片PCA82C250，其通過CANH/CAN1接口連 接CAN網絡，收發網絡上的差分信號；同時該晶片將差分信號轉成普通串行信號，與MCU模 塊進行通信；在CAN接口晶片PCA82C250上接有共模電感R，用於消除CAN網絡上的共模幹 擾，確保數據的準確性。本數據記錄儀中，USB傳輸協議部分負責對下位機的枚舉，實現獲取USB從設備 的設備描述符、接口描述符、配置描述符，最終進入UFI協議；UFI協議部分主要負責識別U 盤和UFI命令傳輸，實現設置從設備模式、獲取外部存儲設備容量、格式化外部存儲設備、 根據LBA讀寫外部存儲設備物理扇區；FAT文件系統負責實現文件系統讀寫解析U盤MBR、DBR,維護更新FAT表、文件目錄，以及讀寫文件。本數據記錄儀的數據處理流程如下
數據記錄儀上電後，各個模塊會自動初始化；
一旦插入外部存儲設備，USB接口模塊主控晶片SL811HS就會產生一個中斷，MCU模 塊檢測到中斷後，完成外部存儲設備的初始化設置；
然後在外部存儲設備上面創建文件，打開CAN網絡的中斷使能； 定時器每隔一秒中產生一次中斷，MCU模塊通過該中斷實現時鐘同步的功能； 若收到了 CAN通信的中斷，MCU模塊優先處理CAN網絡上的數據，防止數據丟失，這個 處理過程時間很短，不會影響其他中斷處理程序的運行。當CAN數據緩衝區包含一定字節的數據後，就對外部存儲設備進行一次寫入操 作。可見本記錄儀通過中斷方式來調度各個任務子程序。整個USB總線在工作過程 中，汽車行駛記錄儀的其他功能模塊仍然可以按照特定的時序和要求運行工作，相互之間 不會帶來任何幹擾。本發明是根據CAN網絡的技術條件和工作原理，設計優化了數據記錄儀的多種協 議實現方案包括CAN數據通信協議實現方案、USB接口實現方案、USB傳輸協議實現方案、 UFI協議實現方案、FAT文件系統實現方案。分析各個模塊的特點，考慮它們的共性與區別， 對它們進行合理的組合，減少系統的冗餘，提高集成度，最後形成完整的系統平臺。與現有的技術相比，本發明的優點在於
一本發明為集中式CAN數據記錄系統，即本系統將MCU模塊、CAN數據通信模塊、實時 時鐘記錄模塊、USB接口模塊集成在一個電路板中，結構簡單，並且為整車節約了很大的空 間，抗幹擾能力強，可靠性增強。二 本發明能夠和不同速率的CAN網絡進行通信，實時記錄網絡中各種行車數據， 並且將數據按時間順序準確的存於USB存儲媒體裡面，方便查找。三本發明可以通過上位機軟體對記錄的數據進行繪圖，觀察各種數據的變化趨 勢、範圍，對行駛過程中出現的異常數據進行診斷，確保汽車各部件的安全工作。
圖1為本發明提出的一種CAN數據記錄儀總體結構框圖； 圖2為本發明提出的CAN網絡數據記錄處理流程示意圖3為本發明提出的CAN網絡接口原理示意圖； 圖4為本發明提出的CAN網絡數據記錄軟體處理流程。
具體實施例方式圖1是基於CAN總線的數據記錄儀總體結構框圖，包括MCU模塊、CAN數據通信模 塊、實時時鐘記錄模塊、USB接口模塊。CAN數據通信模塊負責接收CAN網絡上的差分信號數據，並將差分信號數據轉換 成普通串行數據發送給MCU模塊；MCU模塊收到數據後，將其存於緩衝區，一旦緩衝區存儲 了設定字節(512個字節)，便通過USB接口模塊向外部存儲設備即USB從設備進行一次寫操作；在所述MCU模塊中有UFI協議、USB傳輸協議和FAT文件系統，接收到的數據經UFI協 議、USB傳輸協議按照FAT文件系統的規定寫進USB從設備。圖2為CAN網絡數據記錄處理流程示意圖，在本發明中行車記錄儀為主控設備， 且記錄儀上不含任何作業系統，需編碼實現USB主控晶片SL811HS的驅動、對USB從設備的 枚舉、UFI傳輸命令規範和FAT16/32文件系統，
圖3為CAN接口適配電路原理圖。CAN接口晶片(PCA82C250 )CANH/CAN1接口連接CAN 網絡，收發網絡上的差分信號；同時該晶片將差分信號轉成普通串行信號，與MCU模塊進行 通信。圖中共模電感R用於消除CAN網絡上的共模幹擾，確保數據的準確性。圖4為CAN網絡數據記錄的軟體處理流程，為了讓設計的USB主機接口具有通用 性，就要使整個模塊的軟體設計不依賴於任何嵌入式作業系統本身。而通過中斷方式來調 度各個任務子程序的方法完全可以適應這一要求。系統上電後，各個模塊會自動初始化，一 旦插入了 U盤，USB主控晶片SL81IHS就會產生一個中斷，MCU檢測到中斷後，就會完成U盤 的初始化設置，在U盤上面創建文件，打開CAN網絡的中斷使能。定時器每隔一秒中產生一 次中斷，MCU通過該中斷實現時鐘同步的功能。若收到了 CAN通信的中斷，MCU會優先處理 CAN網絡上的數據，防止數據丟失，這個處理過程時間很短，不會影響其他中斷處理程序的 運行。當CAN數據緩衝區包含一定字節的數據後(512位元組)，就對U盤進行一次寫入操作。 整個USB總線在工作過程中，汽車行駛記錄儀的其他功能模塊仍然可以按照特定的時序和 要求運行工作，相互之間不會帶來任何幹擾。在設計USB主機功能模塊時，深入理解、把握USB設備與USB主機系統之間的通信 過程非常重要。從CAN網絡數據記錄處理流程示意圖(圖2)中可以看出，整個主機功能程 序的設計主要包含三個部分
1)主機控制器驅動程序用來完成USB通信控制晶片與汽車行駛記錄儀MCU主控制器 之間的通信連接。2) USB總線驅動用來檢測和管理USB系統的所有活動。包括判斷是否有USB設 備插上，完成對USB設備的枚舉過程，以及對傳輸數據的傳輸方式控制。3)利用Mass Storage類協議和FAT文件系統實現對USB存儲媒體的文件管理 和數據存儲操作。單片機中USB協議的實現與PC機不同，在PC機中可支持比較完整的USB 協議棧，但在單片機系統中，由於資源十分有限，不可能也沒有必要實現協議的所有內容。 對協議的適當簡化不但可以節約設計資源，而且能提高數據通信速率。一般在單片機系統 中只要求實現與實際需求有關的協議以及USB最基本的基礎功能。USB控制晶片與汽車行 駛記錄儀MCU的通信、USB設備的枚舉過程、Masdtorage類協議編程、FAT文件系統應用等 四部分是整個USB主機程序的核心部分。
權利要求
1.一種CAN數據記錄儀，其特徵在於該數據記錄儀包括MCU模塊、CAN數據通信模塊、實時時鐘記錄模塊、USB接口模塊；各 模塊通過板內的高速數據總線、接口適配電路以及USB從設備上的專用接口連接在一起， 集成在一個電路板內；所述CAN數據通信模塊負責接收CAN網絡上的差分信號數據，並將差分信號數據轉換 成普通串行數據發送給MCU模塊；所述MCU模塊收到數據後，將其存於緩衝區，一旦緩衝區存儲了設定字節，便通過USB 接口模塊向外部存儲設備即USB從設備進行一次寫操作；在所述MCU模塊中有UFI協議、 USB傳輸協議和FAT文件系統，接收到的數據經UFI協議、USB傳輸協議按照FAT文件系統 的規定寫進USB從設備；所述實時時鐘記錄模塊負責記錄當前的時鐘，防止時鐘信息掉電消失； 數據記錄儀的數據處理流程如下 數據記錄儀上電後，各個模塊會自動初始化；一旦插入外部存儲設備，USB接口模塊主控晶片SL811HS就會產生一個中斷，MCU模塊 檢測到中斷後，完成外部存儲設備的初始化設置；然後在USB從設備上面創建文件，打開CAN網絡的中斷使能； 定時器每隔一秒中產生一次中斷，MCU模塊通過該中斷實現時鐘同步的功能； 若收到了 CAN通信的中斷，MCU模塊優先處理CAN網絡上的數據； 當CAN數據緩衝區包含一定字節的數據後，就對USB從設備進行一次寫入操作。
2.根據權利要求1所述的基於CAN總線的數據記錄儀，其特徵在於所述USB接口模塊由USB主控晶片實現數據幀的收發，USB主控晶片採用SL811HS。
3.根據權利要求1所述的基於CAN總線的數據記錄儀，其特徵在於所述CAN網絡數據 收發接口電路採用CAN接口晶片PCA82C250，其通過CANH/CAN1接口連接CAN網絡，收發網 絡上的差分信號；同時該晶片將差分信號轉成普通串行信號，與MCU模塊進行通信；在CAN 接口晶片PCA82C250上接有共模電感R，用於消除CAN網絡上的共模幹擾，確保數據的準確 性。
4.根據權利要求1所述的基於CAN總線的數據記錄儀，其特徵在於所述USB傳輸協議部分負責對下位機的枚舉，實現獲取USB從設備的設備描述符、接口 描述符、配置描述符，最終進入UFI協議；所述UFI協議部分主要負責識別U盤和UFI命令傳輸，實現設置從設備模式、獲取外部 存儲設備容量、格式化外部存儲設備、根據LBA讀寫外部存儲設備物理扇區；所述FAT文件系統負責實現文件系統讀寫解析U盤MBR、DBR，維護更新FAT表、文件目 錄，以及讀寫文件。
全文摘要
本發明提出一種CAN數據記錄儀，包括MCU模塊、CAN數據通信模塊、實時時鐘記錄模塊、USB接口模塊；CAN數據通信模塊負責接收CAN網絡上的差分信號數據，將信號數據轉換成普通串行數據發送給MCU模塊；MCU模塊收到數據後，將其存於緩衝區，一旦緩衝區存儲了設定字節，便通過USB接口模塊向外部存儲設備進行一次寫操作；實時時鐘記錄模塊負責記錄當前的時鐘，以上各模塊通過板內的高速數據總線、接口適配電路以及處理器上的專用接口連接在一起，集成在一個電路板內。該記錄儀對各功能進行合理的整合，減少系統的冗餘，提高集成度，達到最優的系統平臺。
文檔編號G07C5/08GK102063747SQ20101059417
公開日2011年5月18日 申請日期2010年12月18日 優先權日2010年12月18日
發明者樸昌浩, 李漁, 楊輝前, 王懷翊, 蘇嶺, 趙立波 申請人:重慶金美通信有限責任公司, 重慶長安新能源汽車有限公司, 重慶長安汽車股份有限公司