無線CPU模塊中C—CAN總線的車載應用解析

鮑海森

摘 要：文章以Q2686無線CPU為例，介紹了OpenAt嵌入式系統在Q2686無線CPU上的應用，以及基于Q2686模塊的SPI擴展CAN總線設計應用，提出了基于Q2686模塊的低成本車載遠程GPRS診斷系統設計思路。

關鍵詞：OpenAt；C-CAN；SPI；車載；GPRS

隨著工業領域通信的發展，控制器局域網絡（Controller Area Network，CAN）總線日益取代傳統的小型網絡通信模式，應用到越來越多的工業化產品中，尤其是汽車電子產品。但是CAN屬于現場總線，需要有線連接，如何將有線連接的CAN總線數據和無線的GPRS網絡連接起來，成為近來研究的熱點。將CAN總線數據通過GPRS網絡接入Internet，傳輸至遠程服務器系統，實現汽車CAN總線數據的遠程讀取，可以為車載診斷產品提供一種新的發展思路。本文討論基于GPRS無線CPU的C-CAN總線開發的廣泛應用。

1 OpenAt系統和Q2686模塊硬件平臺

OpenAt嵌入式系統是為GPRS無線CPU開發的一款操作系統，集成了內存分配、Flash管理、數據流管理、GPIO管理、總線管理、定時器管理等多種功能。底層為嵌入式API應用層，包括程序初始化API，AT指令API，操作系統API，標準API，流控API，總線API等。包含了建立在OpenAt基礎之上的應用開發層函數庫。應用開發層函數庫（Application Development Layer Library，ADL）為開發人員提供了上層應用接口，簡化了嵌入式應用的開發；同時ADL還提供了嵌入式應用程序框架，包括消息解析器和服務聲明機制。基于以上原因，OpenAt應用程序開發人員在開發應用程序時，更多的時間用于調用服務處理函數，使系統更專注于程序本身的優化[1]。

Q2686模塊是Sierra wireless公司為車載應用開發的汽車級GPRS無線CPU，支持嵌入式OpenAt系統，適用于汽車級的惡劣環境，具備抗強電磁干擾能力。內部集成了32位的ARM9芯片，最高頻率為104 MHz，集成了32 M的Flash空間和8 M的RAM，擁有44個GPIO，兩路SPI，兩路UART口。內嵌嵌入式OpenAt操作系統，支持USB Slave和I2C總線[2]。

Q2686支持4個頻段的GSM網絡，可以在世界上任何國家使用。內嵌TCP/IP，UDP，HTTP，FTP等多種網絡協議，為GPRS網絡開發應用提供了豐富的資源，尤其在車載應用方面，Q2686模塊可以在﹣40～85 ℃惡劣環境下正常工作，作為獨立CPU模塊使用，可以為系統硬件節省掉一個外部CPU，大大降低硬件系統的BOM成本。

在Q2686內部，OpenAt嵌入式系統與客戶應用程序的關系如圖1所示。

2 SPI擴展C-CAN應用

基于上面對于Q2686硬件平臺的介紹，Q2686無線CPU本身不具備CAN總線硬件接口。由于Q2686無線CPU本身是為車載應用設計的，所以為了滿足車載電子產品領域對于CAN總線應用的需求，OpenAt系統在Q2686模塊的SPI總線上擴展CAN總線的應用，稱之為C-CAN（全稱Companion-CAN）總線，在應用層上完全等同于CAN總線。

在Q2686模塊中，SPI總線最高支持13 MHz的速率，擴展為C-CAN總線后，完全滿足CAN總線的最高數據速率?；赟PI總線擴展的C-CAN總線支持CAN2.0A，CAN2.0B協議規范，最高支持1 Mbps的高速CAN總線數據傳輸。在硬件接口上，Q2686模塊支持NEC78k0專用CAN控制器，外部CAN數據傳輸器選擇TJA1041A高速CAN數據傳輸芯片[3]。硬件框如圖2所示。

3 C-CAN總線數據采集和傳輸

OpenAt嵌入式系統為C-CAN總線提供了豐富的API函數庫，通過對CAN總線數據的讀取并分析，可以診斷出汽車內部狀態和故障，并將系統狀態數據和相關故障代碼通過GPRS發送至服務器端[4]。

C-CAN數據鏈路的建立：

if （ can_ifInit（） == OK ） {//C-CAN總線API初始化完成

canInitChannel（CAN_BUS_CHANNEL_1）；//初始化C-CAN通道

}

在canInitChannel（）函數中啟動C-CAN聲明函數：can_busCreateChannel （eBusChannel， CAN_BUS_BDRT_500K， CAN_BUS_HIGH_SPEED， （can_busEventHandler_f） busEventHandler）；其中，busEventHandler返回函數為C-CAN總線事件狀態函數，其定義如下：

void busEventHandler（can_busChannel_e eBusChannel， can_busEvent_e eBusEvent）{

switch （eBusEvent）{

case CAN_BEV_BUS_OFF：

can_busRequest （eBusChannel， CAN_BUS_RESTART_FROM_BUSOFF）；//啟動CAN總線鏈路

break；

case CAN_BEV_CTRL_READY：

demo_canInitChannel（CAN_BUS_CHANNEL_1）；//重新初始化總線和信息

break；

}

}

can_busCreateChannel 函數返回狀態如下：endprint

busEventHandler（can_busChannel_e eBusChannel， can_busEvent_e eBusEvent）{

switch （eBusEvent） {

case CAN_BEV_CHANNEL_DONE： break；

case CAN_BEV_STARTED： break；

case CAN_BEV_BUS_NORMAL： break；

case CAN_BEV_BUS_WARNING_LEVEL： break；

case CAN_BEV_BUS_ERROR_PASSIVE： break；

case CAN_BEV_BUS_OFF：

can_busRequest （eBusChannel， CAN_BUS_RESTART_FROM_BUSOFF）；//總線數據請求

case CAN_BEV_TRCV_SLEEP： break；

case CAN_BEV_TRCV_WAKE_UP： break；

case CAN_BEV_FIFO_WARNING： break；

case CAN_BEV_FIFO_FULL： break；

case CAN_BEV_CTRL_RESET： break；

case CAN_BEV_CTRL_READY：

canInitChannel（CAN_BUS_CHANNEL_1）；//CAN總線重新初始化

default： break； }}

CAN總線數據的讀取是通過can_msgRead（）函數完成，數據的寫操作是通過can_msgWrite（）函數進行。CAN總線數據收發流程如圖3所示[5]。

4 GPRS數據鏈路的建立

在OpenAt嵌入式系統中，啟動GPRS的功能模塊是WIP插件庫，該插件庫集成了TCP/IP，UDP，FTP，HTTP等多種網絡協議棧，根據需要啟動相應的協議棧函數庫。我們建立TCP/IP客戶端作為遠程診斷終端的設備類型。

OpenAt系統中，啟動WIP登陸GPRS網絡首先啟動系統的Bearer，Bearer在OpenAt中作為一種數據通道，在一個Bearer下可以建立多條不同協議棧的數據鏈路。Bearer的建立示例代碼如下[4]：

void StartWipHandler（u8 ID）{

s8 sReturn；

if （ wip_netInit（）==0）{ //初始化網絡協議棧

sReturn=wip_bearerOpen（&br，"GPRS"，BearerHandler，NULL）；//打開Bearer的GPRS鏈路

if （（sReturn==0）||（sReturn==WIP_BERR_ALREADY））{

sReturn=wip_bearerSetOpts（br，WIP_BOPT_GPRS_APN，”CMNET”，

WIP_BOPT_LOGIN，NULL，WIP_BOPT_PASSWORD，NULL， WIP_BOPT_END）；//設置GPS參數，APN接入點，PPP協議的認證用戶名和密碼

if （sReturn==0） sReturn=wip_bearerStart（br）；//建立PPP連接

}}}

Bearer通道建立完成后，當BearerHandler返回函數返回WIP_BEV_IP_CONNECTED事件，表明當前的PPP連接建立成功。在本系統中，建立基于TCP協議棧的客戶端SOCKET連接。啟動函數為：

Channel=wip_TCPClientCreate（“202.113.23.56”，9000，ClientEventHandler，NULL）；

其中Channel值即在Bearer上建立的TCP鏈路返回句柄。ClientEventHandler返回函數定義如下：

void ClientEventHandler（wip_event_t *event， void *ctx） {

switch（event->kind）{

case WIP_CEV_READ：break； //TCP數據包讀操作

case WIP_CEV_WRITE： break； //TCP數據包寫操作

case WIP_CEV_OPEN：break； //TCP鏈路建立完成

}}

在ClientEventHandler返回函數中，WIP_CEV_OPEN事件表明與指定服務器的端口TCP數據鏈路連接建立完成，系統已經搭建完成從遠程診斷終端到Internet服務器的數據鏈路。在OpenAt嵌入式系統中，TCP/IP數據包通過wip_write（u8 *Data）函數發送，將數據直接送至wip_write（u8 *Data）函數，GPRS無線CPU立即將數據包以分組方式發送至服務器端。同樣，系統采用wip_read（u8 *Data）函數接收，將來自服務器的數據依次分組接收下來，從而完成了數據包從發送到接收的全過程。

5 C-CAN總線在汽車遠程診斷系統中的應用

Q2686模塊本身是一款GSM/GPRS無線CPU，可以比較方便地建立GPRS數據鏈路連接，實現GPRS數據的穩定傳輸。由于CAN總線系統在汽車電子領域的廣泛應用，以CAN總線為標準的C-CAN總線技術，可以將車載有線CAN數據傳輸，方便地擴展為GPRS遠程數據傳輸。將汽車的CAN總線診斷數據通過GPRS實現遠程傳送至Internet上的診斷服務器，實現隨車車載診斷；也可以對車輛實現遠程的碰撞檢測，氣囊打開檢測，緊急救援協助，車門開啟報警等，結合GPS定位模塊，還可以實時進行路線跟蹤，保養提醒，防盜追蹤等。

6 結語

基于Q2686模塊和OpenAt嵌入式系統的車載應用，將GPRS無線數據傳輸與CAN現場總線的有線數據實現了有機的結合，實現了Internet到CAN現場總線數據的交互，為車輛的遠程診斷和控制提供了技術上的支持，為車主能提供更優質的服務，同時為車載電子產品的增值服務提供了技術手段，既擴展了車載電子產品的應用范圍，也為Internet的擴展應用和物聯網的發展奠定了一定基礎。在國內，將CAN總線診斷以及汽車的發動機控制與GPRS技術的結合應用尚存在廣闊的發展空間。

[參考文獻]

[1]洪利，王敏，章揚.無線CPU與移動IP網絡開發技術[M].北京：北京航空航天大學出版社，2008.

[2]Wavecom Corporation.WM Q2686 modules spec sheet[S].2007.

[3]Wavecom Corporation.CAN1 product technical specification[S].2009.

[4]Wavecom Corporation.CAN plug in API definition communication[S].2009.

[5]金民鎖，孫秀娟.基于CAN總線的礦井監控系統的設計[J].工業控制計算機，2009（10）：56-57.endprint