鮑海森

摘 要：文章以Q2686無線CPU為例，介紹了OpenAt嵌入式系統(tǒng)在Q2686無線CPU上的應(yīng)用，以及基于Q2686模塊的SPI擴(kuò)展CAN總線設(shè)計(jì)應(yīng)用，提出了基于Q2686模塊的低成本車載遠(yuǎn)程GPRS診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路。

關(guān)鍵詞：OpenAt；C-CAN；SPI；車載；GPRS

隨著工業(yè)領(lǐng)域通信的發(fā)展，控制器局域網(wǎng)絡(luò)（Controller Area Network，CAN）總線日益取代傳統(tǒng)的小型網(wǎng)絡(luò)通信模式，應(yīng)用到越來越多的工業(yè)化產(chǎn)品中，尤其是汽車電子產(chǎn)品。但是CAN屬于現(xiàn)場(chǎng)總線，需要有線連接，如何將有線連接的CAN總線數(shù)據(jù)和無線的GPRS網(wǎng)絡(luò)連接起來，成為近來研究的熱點(diǎn)。將CAN總線數(shù)據(jù)通過GPRS網(wǎng)絡(luò)接入Internet，傳輸至遠(yuǎn)程服務(wù)器系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)汽車CAN總線數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程讀取，可以為車載診斷產(chǎn)品提供一種新的發(fā)展思路。本文討論基于GPRS無線CPU的C-CAN總線開發(fā)的廣泛應(yīng)用。

1 OpenAt系統(tǒng)和Q2686模塊硬件平臺(tái)

OpenAt嵌入式系統(tǒng)是為GPRS無線CPU開發(fā)的一款操作系統(tǒng)，集成了內(nèi)存分配、Flash管理、數(shù)據(jù)流管理、GPIO管理、總線管理、定時(shí)器管理等多種功能。底層為嵌入式API應(yīng)用層，包括程序初始化API，AT指令A(yù)PI，操作系統(tǒng)API，標(biāo)準(zhǔn)API，流控API，總線API等。包含了建立在OpenAt基礎(chǔ)之上的應(yīng)用開發(fā)層函數(shù)庫。應(yīng)用開發(fā)層函數(shù)庫（Application Development Layer Library，ADL）為開發(fā)人員提供了上層應(yīng)用接口，簡化了嵌入式應(yīng)用的開發(fā)；同時(shí)ADL還提供了嵌入式應(yīng)用程序框架，包括消息解析器和服務(wù)聲明機(jī)制?；谝陨显颍琌penAt應(yīng)用程序開發(fā)人員在開發(fā)應(yīng)用程序時(shí)，更多的時(shí)間用于調(diào)用服務(wù)處理函數(shù)，使系統(tǒng)更專注于程序本身的優(yōu)化[1]。

Q2686模塊是Sierra wireless公司為車載應(yīng)用開發(fā)的汽車級(jí)GPRS無線CPU，支持嵌入式OpenAt系統(tǒng)，適用于汽車級(jí)的惡劣環(huán)境，具備抗強(qiáng)電磁干擾能力。內(nèi)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(gè)GPIO，兩路SPI，兩路UART口。內(nèi)嵌嵌入式OpenAt操作系統(tǒng)，支持USB Slave和I2C總線[2]。

Q2686支持4個(gè)頻段的GSM網(wǎng)絡(luò)，可以在世界上任何國家使用。內(nèi)嵌TCP/IP，UDP，HTTP，F(xiàn)TP等多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，為GPRS網(wǎng)絡(luò)開發(fā)應(yīng)用提供了豐富的資源，尤其在車載應(yīng)用方面，Q2686模塊可以在﹣40～85 ℃惡劣環(huán)境下正常工作，作為獨(dú)立CPU模塊使用，可以為系統(tǒng)硬件節(jié)省掉一個(gè)外部CPU，大大降低硬件系統(tǒng)的BOM成本。

在Q2686內(nèi)部，OpenAt嵌入式系統(tǒng)與客戶應(yīng)用程序的關(guān)系如圖1所示。

2 SPI擴(kuò)展C-CAN應(yīng)用

基于上面對(duì)于Q2686硬件平臺(tái)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(yīng)用設(shè)計(jì)的，所以為了滿足車載電子產(chǎn)品領(lǐng)域?qū)τ贑AN總線應(yīng)用的需求，OpenAt系統(tǒng)在Q2686模塊的SPI總線上擴(kuò)展CAN總線的應(yīng)用，稱之為C-CAN（全稱Companion-CAN）總線，在應(yīng)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(kuò)展為C-CAN總線后，完全滿足CAN總線的最高數(shù)據(jù)速率。基于SPI總線擴(kuò)展的C-CAN總線支持CAN2.0A，CAN2.0B協(xié)議規(guī)范，最高支持1 Mbps的高速CAN總線數(shù)據(jù)傳輸。在硬件接口上，Q2686模塊支持NEC78k0專用CAN控制器，外部CAN數(shù)據(jù)傳輸器選擇TJA1041A高速CAN數(shù)據(jù)傳輸芯片[3]。硬件框如圖2所示。

3 C-CAN總線數(shù)據(jù)采集和傳輸

OpenAt嵌入式系統(tǒng)為C-CAN總線提供了豐富的API函數(shù)庫，通過對(duì)CAN總線數(shù)據(jù)的讀取并分析，可以診斷出汽車內(nèi)部狀態(tài)和故障，并將系統(tǒng)狀態(tài)數(shù)據(jù)和相關(guān)故障代碼通過GPRS發(fā)送至服務(wù)器端[4]。

C-CAN數(shù)據(jù)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(shù)中啟動(dòng)C-CAN聲明函數(shù)：can_busCreateChannel （eBusChannel， CAN_BUS_BDRT_500K， CAN_BUS_HIGH_SPEED， （can_busEventHandler_f） busEventHandler）；其中，busEventHandler返回函數(shù)為C-CAN總線事件狀態(tài)函數(shù)，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(dòng)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(shù)返回狀態(tài)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(shù)據(jù)請(qǐng)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(shù)據(jù)的讀取是通過can_msgRead（）函數(shù)完成，數(shù)據(jù)的寫操作是通過can_msgWrite（）函數(shù)進(jìn)行。CAN總線數(shù)據(jù)收發(fā)流程如圖3所示[5]。

4 GPRS數(shù)據(jù)鏈路的建立

在OpenAt嵌入式系統(tǒng)中，啟動(dòng)GPRS的功能模塊是WIP插件庫，該插件庫集成了TCP/IP，UDP，F(xiàn)TP，HTTP等多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧，根據(jù)需要啟動(dòng)相應(yīng)的協(xié)議棧函數(shù)庫。我們建立TCP/IP客戶端作為遠(yuǎn)程診斷終端的設(shè)備類型。

OpenAt系統(tǒng)中，啟動(dòng)WIP登陸GPRS網(wǎng)絡(luò)首先啟動(dòng)系統(tǒng)的Bearer，Bearer在OpenAt中作為一種數(shù)據(jù)通道，在一個(gè)Bearer下可以建立多條不同協(xié)議棧的數(shù)據(jù)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(wǎng)絡(luò)協(xié)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(shè)置GPS參數(shù)，APN接入點(diǎn)，PPP協(xié)議的認(rèn)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(dāng)BearerHandler返回函數(shù)返回WIP_BEV_IP_CONNECTED事件，表明當(dāng)前的PPP連接建立成功。在本系統(tǒng)中，建立基于TCP協(xié)議棧的客戶端SOCKET連接。啟動(dòng)函數(shù)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(shù)定義如下：

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

switch（event->kind）{

case WIP_CEV_READ：break； //TCP數(shù)據(jù)包讀操作

case WIP_CEV_WRITE： break； //TCP數(shù)據(jù)包寫操作

case WIP_CEV_OPEN：break； //TCP鏈路建立完成

}}

在ClientEventHandler返回函數(shù)中，WIP_CEV_OPEN事件表明與指定服務(wù)器的端口TCP數(shù)據(jù)鏈路連接建立完成，系統(tǒng)已經(jīng)搭建完成從遠(yuǎn)程診斷終端到Internet服務(wù)器的數(shù)據(jù)鏈路。在OpenAt嵌入式系統(tǒng)中，TCP/IP數(shù)據(jù)包通過wip_write（u8 *Data）函數(shù)發(fā)送，將數(shù)據(jù)直接送至wip_write（u8 *Data）函數(shù)，GPRS無線CPU立即將數(shù)據(jù)包以分組方式發(fā)送至服務(wù)器端。同樣，系統(tǒng)采用wip_read（u8 *Data）函數(shù)接收，將來自服務(wù)器的數(shù)據(jù)依次分組接收下來，從而完成了數(shù)據(jù)包從發(fā)送到接收的全過程。

5 C-CAN總線在汽車遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)中的應(yīng)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(shù)據(jù)鏈路連接，實(shí)現(xiàn)GPRS數(shù)據(jù)的穩(wěn)定傳輸。由于CAN總線系統(tǒng)在汽車電子領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，以CAN總線為標(biāo)準(zhǔn)的C-CAN總線技術(shù)，可以將車載有線CAN數(shù)據(jù)傳輸，方便地?cái)U(kuò)展為GPRS遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸。將汽車的CAN總線診斷數(shù)據(jù)通過GPRS實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程傳送至Internet上的診斷服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)隨車車載診斷；也可以對(duì)車輛實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的碰撞檢測(cè)，氣囊打開檢測(cè)，緊急救援協(xié)助，車門開啟報(bào)警等，結(jié)合GPS定位模塊，還可以實(shí)時(shí)進(jìn)行路線跟蹤，保養(yǎng)提醒，防盜追蹤等。

6 結(jié)語

基于Q2686模塊和OpenAt嵌入式系統(tǒng)的車載應(yīng)用，將GPRS無線數(shù)據(jù)傳輸與CAN現(xiàn)場(chǎng)總線的有線數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)了有機(jī)的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了Internet到CAN現(xiàn)場(chǎng)總線數(shù)據(jù)的交互，為車輛的遠(yuǎn)程診斷和控制提供了技術(shù)上的支持，為車主能提供更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)，同時(shí)為車載電子產(chǎn)品的增值服務(wù)提供了技術(shù)手段，既擴(kuò)展了車載電子產(chǎn)品的應(yīng)用范圍，也為Internet的擴(kuò)展應(yīng)用和物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展奠定了一定基礎(chǔ)。在國內(nèi)，將CAN總線診斷以及汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)控制與GPRS技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用尚存在廣闊的發(fā)展空間。

[參考文獻(xiàn)]

[1]洪利，王敏，章?lián)P.無線CPU與移動(dòng)IP網(wǎng)絡(luò)開發(fā)技術(shù)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2008.

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

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[5]金民鎖，孫秀娟.基于CAN總線的礦井監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2009（10）：56-57.endprint