追踪三千里!“治水红线”前景宁公安跨省办“小案”

摘要：本文在CAN总线技术与SAE J1939协议的基础上，提出了基于Cortex-M3内核微控制器的车辆信息采集与诊断模块系统设计。详细介绍了SAE J1939协议的报文及内容格式，以及系统硬件、软件开发过程，并指出了设计中需要注意的环节。该模块通过对CAN总线及各传感器数据的读取和处理，能够稳定可靠地提供车辆工况数据，并可集成到车载多媒体系统和虚拟数字仪表等其他车载产品中。
关键词：车辆工程；SAE J1939协议；CAN总线；Cortex-M3

0 引言
当前，汽车电子化程度不断提高，大量采用基于微处理器的电控单元(ECU)对汽车的各个功能模块进行信息采集及控制。由于ECU数量众多，为了提高信号的利用率，要求在不同的ECU间，大量的数据状态信息能够实现共享，大量的控制信号能够实时交换。同时，车载多媒体设备、虚拟数字仪表等产品也需要实时获取车辆工况信息。因此传统线束已远远不能满足这种需求。
CAN总线及基于CAN的车辆通信应用层协议提供了解决上述问题的途径。目前SAE J1939是汽车行业应用最为广泛的CAN应用层协议之一。本文提出的基于CAN和SAE J1939的车辆信息采集与诊断模块能够实时获取车辆的车速、油压、制动压力、发动机转速等重要信息，在车辆发生故障时及时定位车辆故障，并可集成到车载多媒体、虚拟仪表等产品中，为车辆驾驶人员提供直观实时的车辆工况。

1 SAE J1939协议介绍
SAE J1939协议是美国汽车工程师协会(SAE)在CAN2．0B协议基础上制定的客车和重型货车网络通信应用层协议，在目前汽车电子网络中得到广泛应用。该协议采用CAN总线的数据帧封装其数据信息，并明确规定了汽车内部各ECU的名称、地址、通讯协议、优先级等信息，使用多路复用技术为车辆各传感器、执行器和控制器提供建立在CAN总线基础上的标准化高速网络连接，在不同的ECU间实现高速数据共享，以期有效减少线束数量并提高车辆电子控制系统的灵活性、可靠性、可维修性。目前，车辆的ECU产品大都带有遵循SAE J1939协议的CAN总线接口。这为车辆信息的快速采集和故障的在线诊断定位提供了便利。
1．1 SAE J1939报文格式
SAE J1939在通讯中是负责数据传输的传输协议，其功能分为数据的拆分打包和重组及连接管理两部分。其数据帧是以PDU(协议数据单元)为单位传送信息，每个PDU相当于CAN协议中的一帧。PDU由29位标识符和O～8个字节的数据所组成，如表l所示。SAE J1939利用29位标识符(CAN扩展帧)提供一种完整的网络定义。表1中，P位为决定报文优先级的前3位；R是保留位：DP是数据页位；PF场识别两个PDI格式(PDUl、PDU2)：替代远程请求位SRR和标识符扩展位IDE在CAN2．0B中己详细定义，并未包含在PDU内；PS场由PF值决定其包含一个目标地址(DA)还是包含一个对PDU格式PF的组扩展(GE)；SA为源地址。

1．2 SAE J1939应用层
应用层定义了针对车辆应用的信号(参数)和报文(参数组)。应用层通过参数描述信号，给每个参数分配了一个19位的可疑参数编号(SP-N)；此外还通过参数组描述报文，给每个参数组分配了一个24位的参数组编号(PGN)。SPN用来标识与ECU相关的故障诊断元素、部件或参数组中参数；PGN用来唯一标识一个特定参数组。除已分配的参数和参数组外，用户还可通过分配未使用的SPN给自定义参数和定义专有报文对应用层进行补充。