專利名稱：一種can數(shù)據(jù)記錄儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于汽車領(lǐng)域，特別闡述了一種CAN總線數(shù)據(jù)的記錄設(shè)備。
背景技術(shù)：
通過汽車總線對汽車進(jìn)行控制是汽車電子技術(shù)的發(fā)展趨勢。汽車總網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于整 車的控制系統(tǒng)、信息系統(tǒng)、駕駛系統(tǒng)和傳感執(zhí)行系統(tǒng)，完成對汽車各類傳感器、控制器與執(zhí) 行器的通信和動作，實現(xiàn)對整車電控系統(tǒng)的分布式控制。目前，汽車CAN總線應(yīng)用層規(guī)范和 汽車CAN總線網(wǎng)絡(luò)的有效測試方法與測試儀器還很缺乏，國內(nèi)對汽車總線CAN技術(shù)的公開 程度很低，目前市場上的CAN網(wǎng)絡(luò)分析儀器都是代理國外的產(chǎn)品，如德國Vector公司CANoe 工具，工具對車輛控制的仿真系統(tǒng)、測試系統(tǒng)、但是此類測試儀器成本很高；軟硬件體系龐 大；對于待定車身使用性操作過于復(fù)雜；功能可擴(kuò)展性和兼容性較差；汽車總線節(jié)點開發(fā) 周期長。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對汽車上廣泛使用的CAN網(wǎng)絡(luò)，使用一種記錄儀記錄網(wǎng)絡(luò)上的各種數(shù) 據(jù)，便于監(jiān)控汽車行駛過程中的各種狀態(tài)，確保汽車各部件的安全工作。本發(fā)明的技術(shù)方案如下
該數(shù)據(jù)記錄儀主要包括MCU模塊、CAN數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)通信模塊負(fù)責(zé)接收CAN網(wǎng)絡(luò)上的差分信號數(shù)據(jù)，并 將差分信號數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成普通串行數(shù)據(jù)發(fā)送給MCU模塊；MCU收到數(shù)據(jù)后，將其存于緩沖區(qū)， 一旦緩沖區(qū)存儲了一定字節(jié)(如512個字節(jié))，便通過USB接口模塊向U盤進(jìn)行一次寫操作； 實時時鐘記錄模塊主要負(fù)責(zé)記錄當(dāng)前的時鐘，防止時鐘信息掉電消失。從CAN網(wǎng)絡(luò)收到的 數(shù)據(jù)，必須添加UFI協(xié)議、USB傳輸協(xié)議按照FAT文件系統(tǒng)的規(guī)定寫進(jìn)U盤，Windows才能 正常識別記錄數(shù)據(jù)的文件，這部分工作是MCU通過軟件完成的。各模塊通過板內(nèi)的高速數(shù) 據(jù)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(nèi)，結(jié)構(gòu)簡 單，并且為整車節(jié)約了很大的空間，抗干擾能力強(qiáng)，可靠性增強(qiáng)。本記錄儀的USB接口模塊由USB主控芯片實現(xiàn)數(shù)據(jù)幀的收發(fā)，USB主控芯片采用 SL811HS。本記錄儀的接口適配電路采用CAN接口芯片PCA82C250，其通過CANH/CAN1接口連 接CAN網(wǎng)絡(luò)，收發(fā)網(wǎng)絡(luò)上的差分信號；同時該芯片將差分信號轉(zhuǎn)成普通串行信號，與MCU模 塊進(jìn)行通信；在CAN接口芯片PCA82C250上接有共模電感R，用于消除CAN網(wǎng)絡(luò)上的共模干 擾，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。本數(shù)據(jù)記錄儀中，USB傳輸協(xié)議部分負(fù)責(zé)對下位機(jī)的枚舉，實現(xiàn)獲取USB從設(shè)備 的設(shè)備描述符、接口描述符、配置描述符，最終進(jìn)入UFI協(xié)議；UFI協(xié)議部分主要負(fù)責(zé)識別U 盤和UFI命令傳輸，實現(xiàn)設(shè)置從設(shè)備模式、獲取外部存儲設(shè)備容量、格式化外部存儲設(shè)備、 根據(jù)LBA讀寫外部存儲設(shè)備物理扇區(qū)；FAT文件系統(tǒng)負(fù)責(zé)實現(xiàn)文件系統(tǒng)讀寫解析U盤MBR、DBR,維護(hù)更新FAT表、文件目錄，以及讀寫文件。本數(shù)據(jù)記錄儀的數(shù)據(jù)處理流程如下
數(shù)據(jù)記錄儀上電后，各個模塊會自動初始化；
一旦插入外部存儲設(shè)備，USB接口模塊主控芯片SL811HS就會產(chǎn)生一個中斷，MCU模 塊檢測到中斷后，完成外部存儲設(shè)備的初始化設(shè)置；
然后在外部存儲設(shè)備上面創(chuàng)建文件，打開CAN網(wǎng)絡(luò)的中斷使能； 定時器每隔一秒中產(chǎn)生一次中斷，MCU模塊通過該中斷實現(xiàn)時鐘同步的功能； 若收到了 CAN通信的中斷，MCU模塊優(yōu)先處理CAN網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)，防止數(shù)據(jù)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(yùn)行。當(dāng)CAN數(shù)據(jù)緩沖區(qū)包含一定字節(jié)的數(shù)據(jù)后，就對外部存儲設(shè)備進(jìn)行一次寫入操 作。可見本記錄儀通過中斷方式來調(diào)度各個任務(wù)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(yùn)行工作，相互之間 不會帶來任何干擾。本發(fā)明是根據(jù)CAN網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)條件和工作原理，設(shè)計優(yōu)化了數(shù)據(jù)記錄儀的多種協(xié) 議實現(xiàn)方案包括CAN數(shù)據(jù)通信協(xié)議實現(xiàn)方案、USB接口實現(xiàn)方案、USB傳輸協(xié)議實現(xiàn)方案、 UFI協(xié)議實現(xiàn)方案、FAT文件系統(tǒng)實現(xiàn)方案。分析各個模塊的特點，考慮它們的共性與區(qū)別， 對它們進(jìn)行合理的組合，減少系統(tǒng)的冗余，提高集成度，最后形成完整的系統(tǒng)平臺。與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于
一本發(fā)明為集中式CAN數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)，即本系統(tǒng)將MCU模塊、CAN數(shù)據(jù)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(jié)構(gòu)簡單，并且為整車節(jié)約了很大的空 間，抗干擾能力強(qiáng)，可靠性增強(qiáng)。二 本發(fā)明能夠和不同速率的CAN網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信，實時記錄網(wǎng)絡(luò)中各種行車數(shù)據(jù)， 并且將數(shù)據(jù)按時間順序準(zhǔn)確的存于USB存儲媒體里面，方便查找。三本發(fā)明可以通過上位機(jī)軟件對記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行繪圖，觀察各種數(shù)據(jù)的變化趨 勢、范圍，對行駛過程中出現(xiàn)的異常數(shù)據(jù)進(jìn)行診斷，確保汽車各部件的安全工作。


圖1為本發(fā)明提出的一種CAN數(shù)據(jù)記錄儀總體結(jié)構(gòu)框圖； 圖2為本發(fā)明提出的CAN網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)記錄處理流程示意圖3為本發(fā)明提出的CAN網(wǎng)絡(luò)接口原理示意圖； 圖4為本發(fā)明提出的CAN網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)記錄軟件處理流程。
具體實施例方式圖1是基于CAN總線的數(shù)據(jù)記錄儀總體結(jié)構(gòu)框圖，包括MCU模塊、CAN數(shù)據(jù)通信模 塊、實時時鐘記錄模塊、USB接口模塊。CAN數(shù)據(jù)通信模塊負(fù)責(zé)接收CAN網(wǎng)絡(luò)上的差分信號數(shù)據(jù)，并將差分信號數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換 成普通串行數(shù)據(jù)發(fā)送給MCU模塊；MCU模塊收到數(shù)據(jù)后，將其存于緩沖區(qū)，一旦緩沖區(qū)存儲 了設(shè)定字節(jié)(512個字節(jié))，便通過USB接口模塊向外部存儲設(shè)備即USB從設(shè)備進(jìn)行一次寫操作；在所述MCU模塊中有UFI協(xié)議、USB傳輸協(xié)議和FAT文件系統(tǒng)，接收到的數(shù)據(jù)經(jīng)UFI協(xié) 議、USB傳輸協(xié)議按照FAT文件系統(tǒng)的規(guī)定寫進(jìn)USB從設(shè)備。圖2為CAN網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)記錄處理流程示意圖，在本發(fā)明中行車記錄儀為主控設(shè)備， 且記錄儀上不含任何操作系統(tǒng)，需編碼實現(xiàn)USB主控芯片SL811HS的驅(qū)動、對USB從設(shè)備的 枚舉、UFI傳輸命令規(guī)范和FAT16/32文件系統(tǒng)，
圖3為CAN接口適配電路原理圖。CAN接口芯片(PCA82C250 )CANH/CAN1接口連接CAN 網(wǎng)絡(luò)，收發(fā)網(wǎng)絡(luò)上的差分信號；同時該芯片將差分信號轉(zhuǎn)成普通串行信號，與MCU模塊進(jìn)行 通信。圖中共模電感R用于消除CAN網(wǎng)絡(luò)上的共模干擾，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。圖4為CAN網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)記錄的軟件處理流程，為了讓設(shè)計的USB主機(jī)接口具有通用 性，就要使整個模塊的軟件設(shè)計不依賴于任何嵌入式操作系統(tǒng)本身。而通過中斷方式來調(diào) 度各個任務(wù)子程序的方法完全可以適應(yīng)這一要求。系統(tǒng)上電后，各個模塊會自動初始化，一 旦插入了 U盤，USB主控芯片SL81IHS就會產(chǎn)生一個中斷，MCU檢測到中斷后，就會完成U盤 的初始化設(shè)置，在U盤上面創(chuàng)建文件，打開CAN網(wǎng)絡(luò)的中斷使能。定時器每隔一秒中產(chǎn)生一 次中斷，MCU通過該中斷實現(xiàn)時鐘同步的功能。若收到了 CAN通信的中斷，MCU會優(yōu)先處理 CAN網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)，防止數(shù)據(jù)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(yùn)行。當(dāng)CAN數(shù)據(jù)緩沖區(qū)包含一定字節(jié)的數(shù)據(jù)后(512字節(jié))，就對U盤進(jìn)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(yùn)行工作，相互之間不會帶來任何干擾。在設(shè)計USB主機(jī)功能模塊時，深入理解、把握USB設(shè)備與USB主機(jī)系統(tǒng)之間的通信 過程非常重要。從CAN網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)記錄處理流程示意圖(圖2)中可以看出，整個主機(jī)功能程 序的設(shè)計主要包含三個部分
1)主機(jī)控制器驅(qū)動程序用來完成USB通信控制芯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(qū)動用來檢測和管理USB系統(tǒng)的所有活動。包括判斷是否有USB設(shè) 備插上，完成對USB設(shè)備的枚舉過程，以及對傳輸數(shù)據(jù)的傳輸方式控制。3)利用Mass Storage類協(xié)議和FAT文件系統(tǒng)實現(xiàn)對USB存儲媒體的文件管理 和數(shù)據(jù)存儲操作。單片機(jī)中USB協(xié)議的實現(xiàn)與PC機(jī)不同，在PC機(jī)中可支持比較完整的USB 協(xié)議棧，但在單片機(jī)系統(tǒng)中，由于資源十分有限，不可能也沒有必要實現(xiàn)協(xié)議的所有內(nèi)容。 對協(xié)議的適當(dāng)簡化不但可以節(jié)約設(shè)計資源，而且能提高數(shù)據(jù)通信速率。一般在單片機(jī)系統(tǒng) 中只要求實現(xiàn)與實際需求有關(guān)的協(xié)議以及USB最基本的基礎(chǔ)功能。USB控制芯片與汽車行 駛記錄儀MCU的通信、USB設(shè)備的枚舉過程、Masdtorage類協(xié)議編程、FAT文件系統(tǒng)應(yīng)用等 四部分是整個USB主機(jī)程序的核心部分。
權(quán)利要求
1.一種CAN數(shù)據(jù)記錄儀，其特征在于該數(shù)據(jù)記錄儀包括MCU模塊、CAN數(shù)據(jù)通信模塊、實時時鐘記錄模塊、USB接口模塊；各 模塊通過板內(nèi)的高速數(shù)據(jù)總線、接口適配電路以及USB從設(shè)備上的專用接口連接在一起， 集成在一個電路板內(nèi)；所述CAN數(shù)據(jù)通信模塊負(fù)責(zé)接收CAN網(wǎng)絡(luò)上的差分信號數(shù)據(jù)，并將差分信號數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換 成普通串行數(shù)據(jù)發(fā)送給MCU模塊；所述MCU模塊收到數(shù)據(jù)后，將其存于緩沖區(qū)，一旦緩沖區(qū)存儲了設(shè)定字節(jié)，便通過USB 接口模塊向外部存儲設(shè)備即USB從設(shè)備進(jìn)行一次寫操作；在所述MCU模塊中有UFI協(xié)議、 USB傳輸協(xié)議和FAT文件系統(tǒng)，接收到的數(shù)據(jù)經(jīng)UFI協(xié)議、USB傳輸協(xié)議按照FAT文件系統(tǒng) 的規(guī)定寫進(jìn)USB從設(shè)備；所述實時時鐘記錄模塊負(fù)責(zé)記錄當(dāng)前的時鐘，防止時鐘信息掉電消失； 數(shù)據(jù)記錄儀的數(shù)據(jù)處理流程如下 數(shù)據(jù)記錄儀上電后，各個模塊會自動初始化；一旦插入外部存儲設(shè)備，USB接口模塊主控芯片SL811HS就會產(chǎn)生一個中斷，MCU模塊 檢測到中斷后，完成外部存儲設(shè)備的初始化設(shè)置；然后在USB從設(shè)備上面創(chuàng)建文件，打開CAN網(wǎng)絡(luò)的中斷使能； 定時器每隔一秒中產(chǎn)生一次中斷，MCU模塊通過該中斷實現(xiàn)時鐘同步的功能； 若收到了 CAN通信的中斷，MCU模塊優(yōu)先處理CAN網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)； 當(dāng)CAN數(shù)據(jù)緩沖區(qū)包含一定字節(jié)的數(shù)據(jù)后，就對USB從設(shè)備進(jìn)行一次寫入操作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于CAN總線的數(shù)據(jù)記錄儀，其特征在于所述USB接口模塊由USB主控芯片實現(xiàn)數(shù)據(jù)幀的收發(fā)，USB主控芯片采用SL811HS。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于CAN總線的數(shù)據(jù)記錄儀，其特征在于所述CAN網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù) 收發(fā)接口電路采用CAN接口芯片PCA82C250，其通過CANH/CAN1接口連接CAN網(wǎng)絡(luò)，收發(fā)網(wǎng) 絡(luò)上的差分信號；同時該芯片將差分信號轉(zhuǎn)成普通串行信號，與MCU模塊進(jìn)行通信；在CAN 接口芯片PCA82C250上接有共模電感R，用于消除CAN網(wǎng)絡(luò)上的共模干擾，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確 性。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于CAN總線的數(shù)據(jù)記錄儀，其特征在于所述USB傳輸協(xié)議部分負(fù)責(zé)對下位機(jī)的枚舉，實現(xiàn)獲取USB從設(shè)備的設(shè)備描述符、接口 描述符、配置描述符，最終進(jìn)入UFI協(xié)議；所述UFI協(xié)議部分主要負(fù)責(zé)識別U盤和UFI命令傳輸，實現(xiàn)設(shè)置從設(shè)備模式、獲取外部 存儲設(shè)備容量、格式化外部存儲設(shè)備、根據(jù)LBA讀寫外部存儲設(shè)備物理扇區(qū)；所述FAT文件系統(tǒng)負(fù)責(zé)實現(xiàn)文件系統(tǒng)讀寫解析U盤MBR、DBR，維護(hù)更新FAT表、文件目 錄，以及讀寫文件。
全文摘要
本發(fā)明提出一種CAN數(shù)據(jù)記錄儀，包括MCU模塊、CAN數(shù)據(jù)通信模塊、實時時鐘記錄模塊、USB接口模塊；CAN數(shù)據(jù)通信模塊負(fù)責(zé)接收CAN網(wǎng)絡(luò)上的差分信號數(shù)據(jù)，將信號數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成普通串行數(shù)據(jù)發(fā)送給MCU模塊；MCU模塊收到數(shù)據(jù)后，將其存于緩沖區(qū)，一旦緩沖區(qū)存儲了設(shè)定字節(jié)，便通過USB接口模塊向外部存儲設(shè)備進(jìn)行一次寫操作；實時時鐘記錄模塊負(fù)責(zé)記錄當(dāng)前的時鐘，以上各模塊通過板內(nèi)的高速數(shù)據(jù)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(nèi)。該記錄儀對各功能進(jìn)行合理的整合，減少系統(tǒng)的冗余，提高集成度，達(dá)到最優(yōu)的系統(tǒng)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(yōu)先權(quán)日2010年12月18日
發(fā)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(zé)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