CN102063747A - 一种can数据记录仪 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种CAN数据记录仪，包括MCU模块、CAN数据通信模块、实时时钟记录模块、USB接口模块；CAN数据通信模块负责接收CAN网络上的差分信号数据，将信号数据转换成普通串行数据发送给MCU模块；MCU模块收到数据后，将其存于缓冲区，一旦缓冲区存储了设定字节，便通过USB接口模块向外部存储设备进行一次写操作；实时时钟记录模块负责记录当前的时钟，以上各模块通过板内的高速数据总线、接口适配电路以及处理器上的专用接口连接在一起，集成在一个电路板内。该记录仪对各功能进行合理的整合，减少系统的冗余，提高集成度，达到最优的系统平台。

Description

一种CAN数据记录仪

技术领域

本发明属于汽车领域，特别阐述了一种CAN总线数据的记录设备。

背景技术

通过汽车总线对汽车进行控制是汽车电子技术的发展趋势。汽车总网络应用于整车的控制系统、信息系统、驾驶系统和传感执行系统，完成对汽车各类传感器、控制器与执行器的通信和动作，实现对整车电控系统的分布式控制。目前，汽车CAN总线应用层规范和汽车CAN总线网络的有效测试方法与测试仪器还很缺乏，国内对汽车总线CAN技术的公开程度很低，目前市场上的CAN网络分析仪器都是代理国外的产品，如德国Vector公司CANoe工具，工具对车辆控制的仿真系统、测试系统、但是此类测试仪器成本很高；软硬件体系庞大；对于待定车身使用性操作过于复杂；功能可扩展性和兼容性较差；汽车总线节点开发周期长。

发明内容

本发明针对汽车上广泛使用的CAN网络，使用一种记录仪记录网络上的各种数据，便于监控汽车行驶过程中的各种状态，确保汽车各部件的安全工作。

本发明的技术方案如下：

该数据记录仪主要包括MCU模块、CAN数据通信模块、实时时钟记录模块、USB接口模块。各功能模块作用描述如下：CAN数据通信模块负责接收CAN网络上的差分信号数据，并将差分信号数据转换成普通串行数据发送给MCU模块；MCU收到数据后，将其存于缓冲区，一旦缓冲区存储了一定字节（如512个字节），便通过USB接口模块向U盘进行一次写操作；实时时钟记录模块主要负责记录当前的时钟，防止时钟信息掉电消失。从CAN网络收到的数据，必须添加UFI协议、USB传输协议按照FAT文件系统的规定写进U盘，Windows才能正常识别记录数据的文件，这部分工作是MCU通过软件完成的。各模块通过板内的高速数据总线，接口适配电路以及处理器上的专用接口连接在一起，集成在一个电路板内，结构简单，并且为整车节约了很大的空间，抗干扰能力强，可靠性增强。

本记录仪的USB接口模块由USB主控芯片实现数据帧的收发，USB主控芯片采用SL811HS。

本记录仪的接口适配电路采用CAN接口芯片PCA82C250，其通过CANH/CANl接口连接CAN网络，收发网络上的差分信号；同时该芯片将差分信号转成普通串行信号，与MCU模块进行通信；在CAN接口芯片PCA82C250上接有共模电感R，用于消除CAN网络上的共模干扰，确保数据的准确性。

本数据记录仪中，USB传输协议部分负责对下位机的枚举，实现获取USB从设备的设备描述符、接口描述符、配置描述符，最终进入UFI协议；UFI协议部分主要负责识别U盘和UFI命令传输，实现设置从设备模式、获取外部存储设备容量、格式化外部存储设备、根据LBA读写外部存储设备物理扇区；FAT文件系统负责实现文件系统读写解析U盘MBR、DBR，维护更新FAT表、文件目录，以及读写文件。

本数据记录仪的数据处理流程如下：

数据记录仪上电后，各个模块会自动初始化；

一旦插入外部存储设备, USB接口模块主控芯片SL811HS就会产生一个中断，MCU模块检测到中断后，完成外部存储设备的初始化设置；

然后在外部存储设备上面创建文件，打开CAN网络的中断使能；

定时器每隔一秒中产生一次中断，MCU模块通过该中断实现时钟同步的功能；

若收到了CAN通信的中断，MCU模块优先处理CAN网络上的数据，防止数据丢失,这个处理过程时间很短，不会影响其他中断处理程序的运行。

当CAN数据缓冲区包含一定字节的数据后，就对外部存储设备进行一次写入操作。

可见本记录仪通过中断方式来调度各个任务子程序。整个USB总线在工作过程中，汽车行驶记录仪的其他功能模块仍然可以按照特定的时序和要求运行工作，相互之间不会带来任何干扰。

本发明是根据CAN网络的技术条件和工作原理，设计优化了数据记录仪的多种协议实现方案：包括CAN数据通信协议实现方案、USB接口实现方案、USB传输协议实现方案、UFI协议实现方案、FAT文件系统实现方案。分析各个模块的特点，考虑它们的共性与区别，对它们进行合理的组合，减少系统的冗余，提高集成度，最后形成完整的系统平台。

与现有的技术相比，本发明的优点在于：

一：本发明为集中式CAN数据记录系统，即本系统将MCU模块、CAN数据通信模块、实时时钟记录模块、USB接口模块集成在一个电路板中，结构简单，并且为整车节约了很大的空间，抗干扰能力强，可靠性增强。

二：本发明能够和不同速率的CAN网络进行通信，实时记录网络中各种行车数据，并且将数据按时间顺序准确的存于USB存储媒体里面，方便查找。

三：本发明可以通过上位机软件对记录的数据进行绘图，观察各种数据的变化趋势、范围，对行驶过程中出现的异常数据进行诊断，确保汽车各部件的安全工作。

附图说明

图1为本发明提出的一种CAN数据记录仪总体结构框图；

图2为本发明提出的CAN网络数据记录处理流程示意图；

图3为本发明提出的CAN网络接口原理示意图；

图4为本发明提出的CAN网络数据记录软件处理流程。

具体实施方式

图1是基于CAN总线的数据记录仪总体结构框图，包括MCU模块、CAN数据通信模块、实时时钟记录模块、USB接口模块。

CAN数据通信模块负责接收CAN网络上的差分信号数据，并将差分信号数据转换成普通串行数据发送给MCU模块； MCU模块收到数据后，将其存于缓冲区，一旦缓冲区存储了设定字节（512个字节），便通过USB接口模块向外部存储设备即USB从设备进行一次写操作；在所述MCU模块中有UFI协议、USB传输协议和FAT文件系统，接收到的数据经UFI协议、USB传输协议按照FAT文件系统的规定写进USB从设备。

图2 为CAN网络数据记录处理流程示意图，在本发明中行车记录仪为主控设备，且记录仪上不含任何操作系统，需编码实现USB主控芯片SL811HS的驱动、对USB从设备的枚举、UFI传输命令规范和FAT16/32文件系统，

图3为CAN接口适配电路原理图。CAN接口芯片（PCA82C250）CANH/CANl接口连接CAN网络，收发网络上的差分信号；同时该芯片将差分信号转成普通串行信号，与MCU模块进行通信。图中共模电感R用于消除CAN网络上的共模干扰，确保数据的准确性。

图4为CAN网络数据记录的软件处理流程，为了让设计的USB主机接口具有通用性，就要使整个模块的软件设计不依赖于任何嵌入式操作系统本身。而通过中断方式来调度各个任务子程序的方法完全可以适应这一要求。系统上电后，各个模块会自动初始化，一旦插入了U盘,USB主控芯片SL811HS就会产生一个中断，MCU检测到中断后，就会完成U盘的初始化设置，在U盘上面创建文件，打开CAN网络的中断使能。定时器每隔一秒中产生一次中断，MCU通过该中断实现时钟同步的功能。若收到了CAN通信的中断，MCU会优先处理CAN网络上的数据，防止数据丢失,这个处理过程时间很短，不会影响其他中断处理程序的运行。当CAN数据缓冲区包含一定字节的数据后（512字节），就对U盘进行一次写入操作。整个USB总线在工作过程中，汽车行驶记录仪的其他功能模块仍然可以按照特定的时序和要求运行工作，相互之间不会带来任何干扰。

在设计USB主机功能模块时，深入理解、把握USB设备与USB主机系统之间的通信过程非常重要。从CAN网络数据记录处理流程示意图（图 2）中可以看出，整个主机功能程序的设计主要包含三个部分：

1)主机控制器驱动程序：用来完成USB通信控制芯片与汽车行驶记录仪MCU主控制器之间的通信连接。

2)USB总线驱动：用来检测和管理USB系统的所有活动。包括：判断是否有USB设备插上，完成对USB设备的枚举过程，以及对传输数据的传输方式控制。

3)利用Mass Storage类协议和FAT文件系统: 实现对USB存储媒体的文件管理和数据存储操作。单片机中USB协议的实现与PC机不同，在PC机中可支持比较完整的USB协议栈，但在单片机系统中，由于资源十分有限，不可能也没有必要实现协议的所有内容。对协议的适当简化不但可以节约设计资源，而且能提高数据通信速率。一般在单片机系统中只要求实现与实际需求有关的协议以及USB最基本的基础功能。USB控制芯片与汽车行驶记录仪MCU的通信、USB设备的枚举过程、MassStorage类协议编程、FAT文件系统应用等四部分是整个USB主机程序的核心部分。

Claims (4)

1.一种CAN数据记录仪，其特征在于：

该数据记录仪包括MCU模块、CAN数据通信模块、实时时钟记录模块、USB接口模块；各模块通过板内的高速数据总线、接口适配电路以及USB从设备上的专用接口连接在一起，集成在一个电路板内；

所述CAN数据通信模块负责接收CAN网络上的差分信号数据，并将差分信号数据转换成普通串行数据发送给MCU模块；

所述MCU模块收到数据后，将其存于缓冲区，一旦缓冲区存储了设定字节，便通过USB接口模块向外部存储设备即USB从设备进行一次写操作；在所述MCU模块中有UFI协议、USB传输协议和FAT文件系统，接收到的数据经UFI协议、USB传输协议按照FAT文件系统的规定写进USB从设备；

所述实时时钟记录模块负责记录当前的时钟，防止时钟信息掉电消失；

数据记录仪的数据处理流程如下：

数据记录仪上电后，各个模块会自动初始化；

一旦插入外部存储设备,USB接口模块主控芯片SL811HS就会产生一个中断，MCU模块检测到中断后，完成外部存储设备的初始化设置；

然后在USB从设备上面创建文件，打开CAN网络的中断使能；

定时器每隔一秒中产生一次中断，MCU模块通过该中断实现时钟同步的功能；

若收到了CAN通信的中断，MCU模块优先处理CAN网络上的数据；

当CAN数据缓冲区包含一定字节的数据后，就对USB从设备进行一次写入操作。

2.根据权利要求1所述的基于CAN总线的数据记录仪，其特征在于：

所述USB接口模块由USB主控芯片实现数据帧的收发，USB主控芯片采用SL811HS。

3.根据权利要求1所述的基于CAN总线的数据记录仪，其特征在于：所述CAN网络数据收发接口电路采用CAN接口芯片PCA82C250，其通过CANH/CANl接口连接CAN网络，收发网络上的差分信号；同时该芯片将差分信号转成普通串行信号，与MCU模块进行通信；在CAN接口芯片PCA82C250上接有共模电感R，用于消除CAN网络上的共模干扰，确保数据的准确性。

4.根据权利要求1所述的基于CAN总线的数据记录仪，其特征在于：

所述USB传输协议部分负责对下位机的枚举，实现获取USB从设备的设备描述符、接口描述符、配置描述符，最终进入UFI协议；

所述UFI协议部分主要负责识别U盘和UFI命令传输，实现设置从设备模式、获取外部存储设备容量、格式化外部存储设备、根据LBA读写外部存储设备物理扇区；

所述FAT文件系统负责实现文件系统读写解析U盘MBR、DBR，维护更新FAT表、文件目录，以及读写文件。

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