摘要：本篇介绍基于CANoe软件在汽车网络设计上的应用，提出了CAN总线网络系统设计通用的方法。以车载诊断标准IS015765为框架，设计了基于CAN网络的故障诊断体系（企业内）和故障诊断代码，建立起一套通用的故障码数据库。

    随着汽车技术的快速发展，汽车性能不断提高，汽车电器与电子控制装置在汽车上的应用越来越多，传统的汽车布线难以满足汽车技术发展的要求，因此汽车总线技术越来越受到主机厂的关注。在汽车总线的发展历史上，出现了若干种总线。其中一些总线已经被淘汰或正在被淘汰中，如K-Bus、K-Line等；一些总线正处于研究或发展阶段，如F1exRay、MOST等；还有一些总线已经发展成熟并且得到了广泛应用，如CAN， LIN等。目前CAN总线已广泛应用于汽车中，已经成为汽车行业不可或缺的一部分。

    1  CAN概述
    CAN（Controller Area Network）即控制器局域网络，由于其高性能、高可靠性及独特的设计，已在各型汽车上得到普遍应用。CAN最初是由德国的BOSCH公司为汽车监测、控制系统而设计的。现代汽车越来越多地采用电子装置控制，如发动机的点火正时、喷油控制，加速、制动控制（ASC）及复杂的防抱死制动系统（ABS ）等。这些控制需检测及交换大量数据，若采用硬线连接的方式，不但烦琐、昂贵，而且实时性难以保证。采用CAN总线，上述问题便得到很好地解决。
    CAN总线其本质是一种串行数据通信协议，其通信接口中集成了CAN协议的物理层和数据链路层功能，可完成对通信数据的成帧处理，包括位填充、数据块编码、循环冗余检验、优先级判别等工作。

    2 CAN通信网络设计
    2.1整车功能定义
    在设计整车CAN网络之前，首先要确定整车功能，即根据立项的情况，首先分析整理目标车辆的电器架构及相应要实现的电气功能，然后确定出整车需要通过CAN网络进行通信的部件，为进一步CAN网络拓扑规划做铺垫。本文以陕汽集团通家福牌6400车系的基础上开发的纯电动微型车（图1）为例，进行CAN总线的设计说明。根据整车功能需求，该车为纯电动车，实现整车部件之间的协调控制，并通过工程师的进一步分析，最终确定该车辆有整车控制器（VMS）、电池及管理系统（BMS ）电机及控制系统（MCS ）及仪表（DPLY） 4个节点需要通过CAN网络进行数据传输，因此，CAN网络拓扑规划时就以这4个节点进行规划。

    2.2  CAN网络定义设计
    网络定义设计的目的，是将需要通过CAN网络进行通信的节点进行合理的资源分配，其基本思路是：首先确定节点的节点地址，然后对收发信号及报文进行定义，最后通过估算网络负载率来确定整个CAN总线网络的拓扑结构。
   2.2.1节点地址分配
    节点地址是确保该节点在网络中的惟一性要求，节点地址分配如表1所示。

    2.2.2拓扑规划
    拓扑规划即整车CAN网络的总体设计。根据确定出的CAN网络上的部件节点，站在整车全局的角度上规划整车CAN网络拓扑结构。规划整车CAN网络拓扑结构时，需要从以下几点考虑。
    1）信号分析。确定每个部件节点必须的网络收发信号及整车控制需要的必要信号。
    2）封装报文。根据部件节点的收发信号的实时性、重要性等要求，对信号进行合理分配封装成报文，并给每个报文规划适当的通信周期及进行ID分配。
    3）网络负载率计算。根据打包报文的数目计算每个节点的负载率及总负载率，根据负载率情况合理规划CAN线数量。当节点较多负载率较高时，可以规划2条或多条CAN线。．
    4）根据计算的网络负载率，规划CAN总线的拓扑结构。
    信号分析主要分为两个方面：一是从单个控制器的角度进行分析，二是从整车网络的角度进行分析。从整车网络角度分析信号，要根据具体车型的控制要求来进行。本文中报文格式采用29位标示符，总线波特率250 kb/s。表2以电机及其控制系统（MCS）为例，分析其相关信号参数。

    由以上信号分析得知，电机及其控制系统相关的信号要进行发送，要至少3个报文才可以实现。用同样的方法对其他节点进行信号分析并封装报文，得到该车型4个节点的网络通信报文发送的情况，如表3所示。
    由表3可看出，4个节点总的负载率为22.2%，因此规划4个节点在一条CAN线上即可。需要注意的是，CAN总线两端需配备120Ω的终端电阻，以保证总线正常通信。该车型中将在CAN总线线束中外置终端电阻。总线拓扑结构见图2。



    2.3  CAN总线网络仿真
    整车信号定义及网络拓扑结构定义完成后，整个车辆的网络架构就建立起来了。当然这只是刚开始。定义的架构是否合理，报文的收发是否能够不丢帧地准确进行，在没有实车测试之前，网络仿真是必不可少的一个环节。
    本文中CAN总线的仿真开发应用德国VECTOR公司的总线开发工具CANoe o CANoe是网络和ECU开发、测试和分析的专业工具，支持从需求分析到系统实现的整个系统开发过程。CANoe丰富的功能和配置选项被OEM和供应商的网络设计工程师、开发工程师和测试工程师所广泛使用。利用CANoe工具建模，可以进行完整的总线系统仿真和残余总线仿真，分析总线通信，并且用户可以运用类C的CAPL编程语言编程，实现仿真、分析和测试。
    首先需要建立网络数据库DBC文件，然后在CANoe中通过调用DBC文件建立整车CAN网络模型，再利用类C语言的CAPL编程来实现网络的仿真。
    2.3.1 DBC数据库建立
    首先打开CANdb++Editor，新建一个后缀名为．dbc的数据库文件并保存。然后将定义好的信号录入数据库中。在CANdb ++Editor左侧导航树中Signals上右键点击New新建信号，然后再完善信号属性参数，如图3所示。

    信号创建完毕后，就要新建报文了。在导航树Messages上右键新建，逐一创建定义好的报文，创建报文编辑页面如图4所示。

    最后创建节点，在导航树ECUs上右键新建，创建定义好的节点。在信号、报文、节点都创建完成后，最后关键的一步就是将信号关联到报文，报文关联到节点，建立起节点之间的报文收发关系。这样，就建立起了一个完整的数据库。
    2.3.2  CAN总线网络的仿真
    数据库建立完成后，接下来就是利用CANoe进行总线的仿真。首先新建一个配置文件（.cfg文件），将定义好的数据库导入，这样就建立了CAN总线整车网络的仿真，如图5所示。

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