CN105034985A - 一种整车网络通信数据的智能侦听器 - Google Patents

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Abstract

本发明设计了一种整车网络通信数据的智能侦听器，包括处理器、数据侦听模块和数据存储模块，数据侦听模块与处理器连接，数据存储模块与处理器连接；所述数据侦听模块接收整车网络数据，并对所接收的数据进行协议解释，提取出有用信息后，传输给处理器，再由处理器将有用信息存储在数据存储模块中。本发明基于不同通信协议的数据帧解析并发运行，只存储有用的数据信息，节约存储空间；且将有用信息按照不同电气子系统的物理意义分门别类地存储到SD卡树形结构的文件系统中，方便数据查询和处理，也方便后期数据的显示及分析，提高数据的可读性。

Description

一种整车网络通信数据的智能侦听器
技术领域
本发明涉及汽车电子与通信领域，属于新能源汽车控制技术范畴，具体涉及一种新能源汽车整车网络通信数据的智能侦听器。
背景技术
面对日益严峻的能源匮乏和环境污染等问题，大力发展新能源汽车，是缓解金融危机、油价攀升和日益严峻的节能减排压力的有效途径；因而世界各国都高度重视新能源汽车技术的发展。发展新能源汽车的关键在于研制与集成其内部的各种电气子系统，这些电气子系统组成复杂的整车网络。整车网络中有大量车辆运行状态的数据，这些数据是分析汽车运行状态及故障原因的基础，为汽车的开发及维护提供了依据。
为了实时记录整车网络的数据，行车数据记录仪等汽车电子设备随之发展。但是目前的行车数据记录仪大多是记录整帧的CAN数据，由于整帧的CAN数据未必都是有用信息，这就造成了数据存储空间的浪费；这类行车数据记录仪的SD卡存储数据时是杂乱无序的，不利于数据的查询与浏览，也不利于后期的数据显示与分析。此外，行车数据记录仪的存储模块存在着隔离保护的问题，不带隔离电路的SD卡存储模块不支持热插拔，容易损坏，且抗干扰性差。
另一方面，整车网络上的通信协议往往不是单一的一种，有可能是SAEJ1939通信协议、KWP2000协议等常用车载通信协议的两种或几种，这就需要解决基于不同通信协议的数据帧的解析问题。
新能源汽车在整车开发测试时，或长时间实际使用中会偶然发生故障。这类偶发故障不常发生，但一旦发生一般会造成严重的后果。若能够捕获到偶发故障发生前的一段合理时间内的数据信息，则能够对偶发故障进行有效的干预，避免其发生。然而，目前的汽车故障诊断技术，都是在故障发生后才开始记录各种故障信息的。
发明内容
为了解决现有技术所存在的技术问题，本发明提供一种整车网络通信数据的智能侦听器，基于不同通信协议的数据帧解析并发运行，只存储有用的数据信息，节约存储空间。
本发明是通过以下技术方案实现的：一种整车网络通信数据的智能侦听器，包括处理器、数据侦听模块和数据存储模块，数据侦听模块与处理器连接，数据存储模块与处理器连接；所述数据侦听模块接收整车网络数据，并对所接收的数据进行协议解释，提取出有用信息后，传输给处理器，再由处理器将有用信息存储在数据存储模块中。
在一个优选的实施例中，所述数据侦听模块包括2个CAN收发器，分别通过2路CAN总线接口与处理器连接；由所述CAN收发器对所接收的数据进行协议解释。
优选地，所述CAN收发器内集成了多种车载通信协议的软件中间件，所述软件中间件用于对所接收的数据进行协议解释。
在一个优选的实施例中，所述数据存储模块包括数字隔离电路、SD卡，所述SD卡通过数字隔离电路与处理器的SPI总线接口连接；所述有用信息存储在SD卡中。所述SD卡以根目录-子目录的树形结构存储数据，根目录按照不同的电气子系统设计而成，子目录用于存储电气子系统中各种参数；所述处理器将有用信息转换为具有物理意义的实际物理值后，将实际物理值以树形结构存储在SD卡的子目录中。
所述数字隔离器电路包括中速隔离器和与中速隔离器串联的电阻排，中速隔离器与处理器的SPI总线接口连接，电阻排与SD卡连接。
优选地，所述数据存储模块还包括另一数字隔离电路和另一SD卡，所述另一SD卡通过所述另一数字隔离电路与处理器的SPI总线接口连接；当有偶发故障发生时，数据侦听模块将偶发故障发生时刻前的数据提出后存储于所述另一SD卡中，以捕捉偶发故障发生前的关键数据信息。
本发明将经过通信协议解释的数据按照不同的电气子系统分别以树形结构存储在第一SD卡的文件系统中，方便数据的历史查询和显示；基于多核芯片RAM中的环形队列，实时记录故障发生前的数据，故障触发后，将其数据存入到第二SD卡中，有效的记录了故障现场的信息。与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：
1、采用了双核的微控制器，为数据的实时并行侦听提供保障；设计出基于CAN总线网络的数据侦听模块，不影响原有整车网络的运行，保障了整车网络的安全性。
2、基于SPI总线网络，设计了数据存储模块的安全隔离电路，支持热插拔，抗干扰，不易损坏，提高了存储模块的安全性。
3、在侦听器中集成了SAEJ1939、KWP2000等不同通信协议软件的中间件，可以实现基于不同通信协议的数据帧的解析，提取出其有用信息，节约数据存储空间。
4、将有用信息按照不同电气子系统的物理意义分门别类地存储到SD卡树形结构的文件系统中，方便数据查询和处理，也方便后期数据的显示及分析，提高数据的可读性。
5、能够侦听偶发故障发生前的数据，并实时记录到基于多核单片机的RAM环形队列中；当故障发生后，将那一段数据存储到SD卡中，实现了故障现场的捕捉。
附图说明
图1为本发明的智能侦听器的硬件架构框图；
图2为本发明的数字隔离器电路；
图3为本发明的数据侦听模块的侦听过程示意图；
图4为本发明的基于J1939通信协议的数据帧；
图5为本发明的发动机冷却剂温度相关信息；
图6为本发明的数据存储过程示意图；
图7为第一SD卡中树形结构的文件系统示意图；
图8为本发明的故障现场捕捉的示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例
如图1，本发明智能侦听器在硬件架构上，主要包括三部分：多核单片机、数据侦听模块和数据存储模块，数据侦听模块通过CAN总线接口与多核单片机连接，数据存储模块通过SPI总线与多核单片机连接。
所述多核单片机为美国TI公司的F28M35X，它包括C28X子系统、ARMCortex-M3子系统及共享部分。其中，C28x子系统实现实时控制，ARMCortex-M3子系统拥有较大的工具和软件生态系统，共享部分为一个高速模拟子系统和补充RAM内存。多核单片机具备同时执行多任务的特性，这为基于不同通信协议的数据帧的同时侦听提供了有利条件。ARMCortex-M3子系统还具有丰富的通信外设接口，包括：2路CAN、2路SPI、以太网、USB等，为数据侦听器的兼容性提供了基础。
所述数据侦听模块基于多核单片机的2路CAN总线接口，通过2个高速的CAN收发器L9741芯片将数据侦听模块连接到整车CAN网络中，CAN收发器内部具有短路保护电路和过流保护电路；CAN收发器对所接收的数据进行协议解释，提取出有用信息后，传输给多核单片机，再由多核单片机将有用信息存储在数据存储模块的第一SD卡中。数据侦听模块无需网络配置，即插即用，不影响原有整车CAN网络的通信，只是静静的侦听。
所述数据存储模块基于多核单片机的SPI总线接口，通过2路数字隔离电路来分别连接两个SD卡(即第一SD卡和第二SD卡)的读写接口，所述数字隔离电路起到了安全保护的作用，支持SD卡的热插拔，不易损坏，还具有抗干扰的功能。
图2示意了基于SPI总线接口的二路数字隔离器电路，数字隔离器电路采用电容隔离原理，包括中速隔离器和与中速隔离器串联的电阻排，以适应中速侦听的速度要求。多核单片机的A路SPI经过第一中速隔离器、串联电阻排与第一外部带SPI接口的智能芯片(即第一SD卡)相连；第一中速隔离器上的3.3V电源与多核单片机的3.3V相同，而Vcc-1电源与内部3.3V电源独立，Vcc-1对应的接地端GND1与外部SPI网络的接地端绑定在一起。多核单片机的B路SPI经过第二中速隔离器、串联电阻排与第二外部带SPI接口的智能芯片(即第二SD卡)相连；第二中速隔离器上的Vvv-2电源与内部3.3V电源独立。
数据侦听模块的侦听过程如图3所示。整车通信网络由多个不同的电气子系统构成，各个电气子系统之间的通信协议有可能是不同的；如图3所示：整车控制器VCU与变速器之间是基于KWP2000协议进行通信，而整车控制器VCU与发动机ECU之间又是基于J1939协议进行通信的。为了智能侦听整车网络上的数据，在数据侦听模块的CAN收发器中集成了SAEJ1939、KWP2000等常用车载通信协议的软件中间件，用于对所接收的数据进行协议解释。
数据侦听的具体过程如下：(1)通过CAN收发器接收整车CAN网络上的数据；(2)根据不同数据帧的格式选择不同的通信协议以进行协议解释，有SAEJ1939、KWP2000通信协议可供选择；(3)对数据进行协议解释，提取出有用的信息；(4)将有用信息按照不同的电气子系统分门别类的存储于数据存储模块中第一SD卡的树形结构文件系统中。下面就以基于J1939通信协议的数据帧为例，说明数据解释过程。
图4是基于J1939通信协议的CAN数据帧。CAN收发器进行协议解释前，根据数据帧格式可判断出该数据是基于SAEJ1939通信协议的CAN数据帧。一个完整的CAN扩展数据帧包括了128位数据，但只有其中一部分是有用信息，如果存储整帧的CAN数据会造成存储空间的浪费。相反，如果只提取出其中的有用信息，并转由多核单片机换成具有物理意义的实际物理值后存储，不仅节省存储空间，也有利于数据的理解。
在图4所示数据帧中，根据数据帧的ID可解析出该数据为发动机温度，根据SAEJ1939-71中定义的消息帧，对该数据帧进行解析。如图5所示，以发动机冷却剂温度(SPN110)为例说明：SPN＝110，可知其数据范围、分辨率等。根据SLOT的定义及物理数据的计算公式：物理数据＝比例系数*传输数值+偏移量。第一字节为0x12，转换为十进制是18，18*1-40＝-22℃，从而可以得知发动机的冷却剂温度为-22℃；只需将-22℃这一有用信息存储在第一SD卡中发动机温度的文件系统中。
图6是数据存储的过程示意图，主要包括以下几个步骤：(1)初始化，判断是否插入SD卡；(2)若插入了SD卡，则执行步骤(3)；若未插入SD卡，则点亮LED故障灯，显示输出SD卡未插入这一信息；(3)启动数据侦听模块侦听数据；(4)选择合适的通信协议对所侦听的数据进行解释，将获取的数据原始值转换成数据的实际物理值；(5)根据解析得到的数据实际物理值的物理意义，将数据的实际物理值分别以树形结构存储于第一SD卡的文件系统中。存储于第一SD卡中的数据可供上位机的分析软件进行图形化显示。
图7为第一SD卡中树形结构的文件系统示意图，介绍了数据的存储方式。数据按照层次目录存储，形成根目录-子目录的树形结构，便于数据的查找。具体实例如下：首先按照不同的电气子系统设计根目录，如图7中的发动机和整车控制器等；其次在其根目录下设计子目录来存储电气子系统中各种参数，如：发动机的温度、转速等；最后，发动机温度还包括了冷却剂温度、燃油温度等数据。需要在各参数类型下设计子目录来存储具体的参数，如图7：在发动机温度的目录下设计子目录存储冷却剂温度的物理值。
图8为故障现场捕捉的示意图。数据经过解释，提取出有用信息后先存储于多核单片机的RAM中的环形队列中，队列满，则将数据存储于第一SD卡中。但是，当有偶发故障(如：电池的故障、发动机转速过快等)发生时，引发故障触发机制，则数据侦听模块将故障发生时刻的前5-10分钟内的数据提出后，由多核单片机将故障发生前5-10分钟的数据存储于第二SD卡中的树形结构的文件系统中。这样有助于捕捉故障发生前的关键数据信息，如：发动机转速、发动机冷却液温度、电池组的电压、电池组的温度等信息，有利于故障的分析。
上述实施例为本发明的一种实施方式，但本发明的实施方式并不限定于此，从事该领域的技术人员在未背离本发明精神和原则下所做的任何组合、替换、修改、改进，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种整车网络通信数据的智能侦听器，其特征在于：包括处理器、数据侦听模块和数据存储模块，数据侦听模块与处理器连接，数据存储模块与处理器连接；所述数据侦听模块接收整车网络数据，并对所接收的数据进行协议解释，提取出有用信息后，传输给处理器，再由处理器将有用信息存储在数据存储模块中。
2.根据权利要求1所述的整车网络通信数据的智能侦听器，其特征在于：所述数据侦听模块包括2个CAN收发器，分别通过2路CAN总线接口与处理器连接；由所述CAN收发器对所接收的数据进行协议解释。
3.根据权利要求2所述的整车网络通信数据的智能侦听器，其特征在于：所述CAN收发器内设有短路保护电路和过流保护电路。
4.根据权利要求2所述的整车网络通信数据的智能侦听器，其特征在于：所述CAN收发器内集成了多种车载通信协议的软件中间件，所述软件中间件用于对所接收的数据进行协议解释。
5.根据权利要求1所述的整车网络通信数据的智能侦听器，其特征在于：所述数据存储模块包括数字隔离电路、SD卡，所述SD卡通过数字隔离电路与处理器的SPI总线接口连接；所述有用信息存储在SD卡中。
6.根据权利要求5所述的整车网络通信数据的智能侦听器，其特征在于：所述SD卡以根目录-子目录的树形结构存储数据，根目录按照不同的电气子系统设计而成，子目录用于存储电气子系统中各种参数；所述处理器将有用信息转换为具有物理意义的实际物理值后，将实际物理值以树形结构存储在SD卡的子目录中。
7.根据权利要求5所述的整车网络通信数据的智能侦听器，其特征在于：所述数字隔离器电路包括中速隔离器和与中速隔离器串联的电阻排，中速隔离器与处理器的SPI总线接口连接，电阻排与SD卡连接。
8.根据权利要求5所述的整车网络通信数据的智能侦听器，其特征在于：所述数据存储模块还包括另一数字隔离电路和另一SD卡，所述另一SD卡通过所述另一数字隔离电路与处理器的SPI总线接口连接；
当有偶发故障发生时，数据侦听模块将偶发故障发生时刻前的数据提出后存储于所述另一SD卡中，以捕捉偶发故障发生前的关键数据信息。
9.根据权利要求8所述的整车网络通信数据的智能侦听器，其特征在于：所述偶发故障包括电池的故障、发动机转速过快，所述偶发故障发生前的关键数据信息包括电池组的电压、电池组的温度、发动机转速、发动机冷却液温度。
10.根据权利要求8所述的整车网络通信数据的智能侦听器，其特征在于：所述偶发故障发生时刻前的数据指偶发故障发生时刻前5-10分钟的数据。
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