原创基于CAN总线的嵌入式测试系统

 2008-5-15 17:03  3082 3 3 分类: 测试测量

基于CAN总线的嵌入式测试系统

内蒙古科技大学信息工程学院李胜玉刘涛武志超

摘要：本文给出了一种基于CAN总线的高速嵌入式测试系统的设计方案及其软硬件的实现方法，对32位汽车专用芯片Mac7112中的FlexCAN模块及CAN口收发芯片TLE6250的特性和用法作了简要的介绍。<?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" />

关键词：FlexCAN、嵌入式测试系统（ETS）、TLE6250

引言

测试是系统开发过程中十分重要的一个步骤，是保证产品质量的有效手段之一，本文介绍了一种实时、高效、稳定的测试软件的设计，通过CAN总线实现下位机与上位机的连结，CAN总线是一种多主方式的串行通讯总线，具有较高的传输速率，优良的抗电磁干扰性，支持差分收发，适合高噪声环境，可实现较远的距离的传输的优点。

1 硬件设计

测试系统的硬件原理图见图1，主要由微处理器Mac7112和CAN口收发芯片TLE6250两部分构成。Mac7112是Motorola公司最新生产的32位嵌入式汽车专用芯片，它内部集成FlexCAN模块，FlexCAN完全符合CAN2.0B协议标准，支持标准帧（11bit）和扩展帧（32bit）两种帧格式，是一种非常灵活的邮箱式系统，拥有多达32个消息缓冲（MB），每个消息缓冲具有独立的收发功能，内嵌544字节的RAM以供邮箱使用，在无消息传送接收时，这些RAM可被MCU使用，每帧消息可传送和接收数据在0-8个字节之间，最大不能超过8个字节，最高可达的传输速率为1Mbps。FlexCAN模块在逻辑上实现了传输数据的编码和解码，但要想与CAN总线上的数据实现正常联系，还需要借助总线驱动器。TLE6250是FlexCAN模块与CAN总线之间的实现物理连接的驱动芯片。

TLE6250是Infineon公司生产的一种CAN口收发芯片，支持传送速率高达1Mbps，有良好的抗瞬变、抗射频和抗电磁干扰的特性和宽广的工作范围（-40℃--150℃），具有短路保护和过温保护功能，非常适合在工作环境较恶劣的系统中使用。

图1中Mac7112中的CNTx_A/PG4与TLE6250的TxD端口相连，CNRx_A/PG5与TLE6250的RxD端口相连，TLE6250的输出端CAN_H与CAN_L之间连接一120Ω的电阻，用以匹配线路。

2. 软件设计

本文以发动机电控单元测试程序的编写为例，讲述软件设计的步骤。发动机电控单元（ECU）在测试过程中往往需要做以下工作：（1）版本号测试；（2）回声测试；（3）GPIO端口信息的读取和设置；（4）串口通讯功能测试；（5）E2 PROM代码和数据的读取及更新；（6）PWM调试；（7）喷油嘴调试等等。为了完成上述测试，需作下面的工作。

2.1通讯协议的构建

为实现CAN总线数据的传送，使上位机与下位机正常通讯，需要定义统一的通讯协议。为了简单起见，采用11位的标准帧传送格式，接收ID定义为7FF，接收邮箱为0邮箱，发送ID定义为7FE，发送邮箱为31号邮箱。

命令（command）：定义测试命令ID，处于消息帧的起始位置，测试命令的内容由上位机在操作面板中选中，通过CAN总线发送给ECU，ECU根据命令要求进行处理，将处理结果反馈回上位机。

字节数(bytes)：第二个字节为该条消息中所含字节的总数，其数值为N+3,应小于消息缓存队列的大小，消息缓存队列的大小由用户根据实际需要定义。

数据(data)：从第三个字节开始到第N+2个字节为传输的数据，数据内容与所选的测试命令相关，大小为N个字节，当N为0时，第三个字节内容便由和校验字节占用。

和校验（checksum）：正常情况下，该位处于最后一字节，若数据段中无数据，则和校验处于第三个字节，和校验的数值是整个消息中所有字节内容相加的和除以256，取模所得。在传送接收过程中，收到的数据之和经取模运算与和校验数值相比较，如果相同说明接收正确，不同则通知发送对象重新发送刚才的消息。CAN总线传送本身具有错误诊断和处理手段，增加和校验可进一步增强传送的准确性。

2.2测试工作过程

下位机在进行测试工作时，采用中断接收、中断发送的工作模式。频繁的中断处理在一般情况下会使MCU开销很大，但测试时可不用考虑，因为在实际工作中不存在测试请求。接收和发送都采用中断方式，反而可避免测试程序在系统正常工作时占用资源。上位机发出测试请求，通过CAN总线成功地传送到FlexCAN模块，FlexCAN是个非常智能化的模块，它内部有一个临时邮箱（MB）,该邮箱不能被用户访问，它自动接收从CAN总线上传来的消息帧，并将所接收到消息帧的ID号与FlexCAN中32个邮箱的ID号进行比较。若某个邮箱的ID号与接收到的ID号相同则申请中断，将临时信箱中存储的内容转存到ID号相符的邮箱中。当接收到的ID与ETS接收邮箱的ID相同时，ETS接收邮箱开始接收信息，接收到的信息存储在ETS接收消息缓存队列中，接收完毕，对所接收的信息进行处理，处理的信息反馈给上位机。CAN口中断接收服务程序流程图见图4。测试命令响应程序的处理过程见图3。测试反馈回上位机的信息采用中断发送的方式，该程序有两个入口，首帧信息由测试命令响应程序调用中断发送响应程序实现，若发送消息缓存队列中内容需要多次发送，则后面的内容直接由中断发送服务程序响应完成，具体工作流程见图5。