电子驻车制动控制器的CAN节点诊断仿真模型设计(4)

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CAN_L的隐性电平为5V，显性电平为1.5V。 3.3.3 位定时要求

标称位速率：一理想的发送器在没有重新同步的情况下每秒发送的位数量。 标称位时间：标称位时间 = 1 /标称位速率 标称位时间被划分成了几个不重叠时间的片段： 同步段（SYNC_SEG） 传播时间段（PROP_SEG） 相位缓冲段1（PHASE_SEG1） 相位缓冲段2（PHASE_SEG2） 位时间如图3-5所示。

图3-5 位时间

3.4 CAN数据链路层

3.4.1 CAN报文的帧类型

报文传输由四种不同的帧类型所表示和控制，分别是数据帧、远程帧、错误帧和过载帧。

数据帧：由帧起始、仲裁场、控制场、数据场、CRC 场、应答场、帧结尾组成。

图3-6 数据帧

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远程帧：通过发送远程帧，作为某数据接收器的站通过其资源节点对不同的数据传送进行初始化设置。远程帧由帧起始、仲裁场、控制场、CRC场、应答场、帧末尾组成。

图3-7 远程帧

错误帧：由两个不同的场组成。第一个场是不同站的错误叠加的地方，第二个场是错误界定符。

图3-8 错误帧

过载帧：包括两个场分别是过载标志和过载界定。

图3-9 过载帧

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4 CAN诊断

4.1诊断基本概念

现代汽车的诊断和以前已经大不相同，允许在不解体的情况下通过接入外部诊断设备确定汽车的技术状况，对汽车的发动机系统，地盘电控系统以及各电气设备进行诊断，确定汽车的情况。

4.2 诊断的发展

自从六十多年前电子控制技术被用到汽车上以来，汽车越来越依赖电控设备，汽车的电子化程度也越来越高。然而一对一的单线导通导致存在大量复杂的线束，不仅使汽车的排布越来越难，整车重量大量增加，而且维修难度非常大，造成生产成本和维修成本大幅度提高。

汽车设备的ECU引入使电子设备的智能化大大提高。它不仅使自己控制的设备具有更快捷的速度，更可靠的运转性能和更低廉的价格。但是新的问题随之而来。ECU如果出现了故障，维修非常麻烦，因为仅从外在故障无法判断是该系统的问题还是电控单元出现问题。针对这种情况，汽车制造企业考虑在汽车上加载自诊断（ON Board Diagnostics Module，OBD）模块，用以监测电子控制模块的运行情况。当ECU出现问题时，维修人员可以通过诊断设备连接OBD预留的接口进行诊断。OBD在生产的时候会预先设置各种故障码用以对各种故障进行编号，维修人员根据诊断仪上的故障码跟实际故障一一对应找出问题所在。

然而汽车的电子化程度变高，很多设备拥有自己的ECU，不仅ECU之间需要互相通信，而且有的动作需要从非自己管辖下的传感器读取信息，这样ECU还要将导线连至其他各个传感器使得线束再次大量增加。在这种情况下，BOSCH公司研发了针对汽车的通用串行协议-CAN总线。总线使得通信线束排布变得简洁。

CAN总线允许线上各单元自由通信，而且提供了高中低不同的传输速率供不同的设备选择。信号传输变得简单，诊断系统也变得不再复杂。

4.3 诊断系统结构

ISO 15765协议就是在CAN总线上实现ISO 14229协议，ISO 14229协议即UDS协议，它定义了车辆通用诊断服务（Universal Diagnostic Service，UDS）。这套服务标准使得车辆允许接入外部诊断仪并且控制ECU进行诊断。但是ISO 14229只定义

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了应用层的服务，而应用非常广泛的ISO 15765相对于OSI参考模型来说定义了四层，分别是物理层、数据链路层、网络层和应用层。

图4-1 CAN线诊断示意图

如图4-1所示，外部诊断设备在应用层的诊断软件在应用层请求对CAN节点进行诊断服务。将请求服务相关报文通过在网络层提供的服务接口发送到网络层，在网络层中将报文根据CAN 2.0协议相关标准将报文按标准格式打包，通过数据链路层提供的服务接口发送到下层。在数据链路层报文被发送到物理层的CAN_L线上，在总线里传输。

由于有识别符的存在，待诊断的CAN节点通过识别符对报文进行识别后做出反应。该报文到达待诊断节点时被此节点的数据链路层接收，并且提交到网络层进行解包工作。报文在分析结束后被进一步提交到应用层进行解读工作，请求该节点的设备接受外部诊断设备的诊断测试服务。

该CAN节点设备做出应答，并且发一条应答报文。和请求报文相似，应答报文在应用层生成被发送到网络层进行打包并且依次发送到数据链路层和物理层的CAN_H线上。诊断设备端经过识别后提取该条报文依次往上经过数据链路层和网络层。解包解读后在应用层通知诊断设备做好应答准备。此后诊断设备开始发送下一条报文进行进一步的诊断工作。

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4.4 CAN诊断-网络层（ISO 15765-2）

4.4.1 消息类型

表4-1显示了各类CAN消息的协议控制信息（PCI）字节的结构。

表4-1

数据域结构 帧类型 字节1 位7－4 单帧（SF） 0000 首帧（FF） 0001 后续帧（CF） 流控制（FC） 注：SF_DL表示4个位的单帧数据长度；FF_DL表示12个位的首帧数据长度；SN表示序列编号 FS表示数据流状态；BS表示块大小；Stmin表示最小间隔时间。

字节2 数据1 数据1 BS 字节3 数据2 数据1 数据2 Stmin 字节4－8 数据3－7 数据2－6 数据3－7 N/A 位3－0 SF_DL FF_DL SN FS 0010 0011 4.4.2 单帧传送

正常寻址模式下，单帧消息类型的最大数据长度为7个字节，其中PCI的高半字节设置为0000b。PCI的低半字节表示单帧的数据长度。 4.4.3 多帧传送

在传送过程中诊断数据被网络层拆分成一个首帧和多个连续帧。正常寻址模式下，首帧消息类型的数据长度大于7字节，它和一个或多个后续帧并用。其中PCI第一个字节的高半字节设置为0001b，第一个字节的低半字节和第二个字节表示首帧的数据长度。第一段数据构成的CAN帧就是首帧，包含了该分段数据的长度信息；连续帧是剩下分段构成的CAN帧，每个数据帧都包含拆分的顺序编号。连续帧在首帧之后，其中PCI的高半字节设置为0010b。接收器根据编号重组服务数据。

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