基于USB的CAN总线监测器及性能分析软件的设计与实现

论文摘要

CAN总线是一种广泛应用于工业控制领域的现场总线,在CAN总线系统开发中,通过实验平台与测试工具验证CAN系统的有效性、实时性十分必要。为完善课题组开发的CAN总线实验平台,本文着力于CAN检测器及离线性能分析软件的研究。CAN总线测试器以具有内嵌USB的32位ARM微处理器AT91RM9200为核心,外扩了CAN控制器MCP2515及FLASH、SDRAM存储器,AT91RM9200与MCP2515通过串行设备接口(SPI)实现互连,论文介绍了两者的SPI接口及其与编程相关的内容,并给出了测试器的总体电路框图。接着详细阐述了基于USB的CAN总线监测器的软件设计。为实现基于CAN报文的实时传输及时间戳的捕获,解决了PDC通道的选择、TC通道和CAN报文接收等问题,并进行了实验验证。在MCP2515初始化设计中,针对CAN协议的特点,指出CAN实质上属于异步协议,并详细分析了CAN总线的同步机制。以AT91RM9200作为USB设备阐述了固件程序的移植以及数据包上传,显示界面的建立等相关的程序的设计及实现。离线性能分析软件的设计是基于CanAnalyser/32生成的数据格式完成的,实现了CAN总线负载率、消息帧密度、数据趋势曲线及相关性能参数在界面上的显示。通过对在CAN总线实验平台采集数据的测试,可以证明该软件是有效的。应该指出的是本文对CAN测试器只做了基础性工作,CAN报文通过USB上传及图形界面随时间均匀滚动等问题有待于深入研究。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 CAN 总线及其实时性分析
• 1.1.1 CAN 总线概述
• 1.1.2 CAN 总线实时性分析
• 1.2 CAN 总线系统测试工具的介绍
• 1.3 CAN 总线通信实验平台及其网络模型优化
• 1.4 课题研究的意义与内容
• 1.4.1 主要研究内容
• 第二章 CAN 总线监测器的硬件设计
• 2.1 AT91RM9200 嵌入式微处理器
• 2.1.1 AT91RM9200 微处理器
• 2.1.2 AT91RM9200 的SPI 接口介绍
• 2.2 CAN 控制器MCP2515
• 2.2.1 MCP2515 芯片功能介绍
• 2.2.2 MCP2515 内部结构和工作原理
• 2.2.3 MCP2515 的工作模式和内部寄存器说明
• 2.2.4 MCP2515 的SPI 指令
• 2.3 硬件设计
• 第三章 CAN 总线监测器的软件设计
• 3.1 CAN 模块软件设计
• 3.1.1 软件集成开发环境
• 3.1.2 软件的设计与实现
• 3.2 实验分析
• 3.2.1 读缓冲区方式
• 3.2.2 读字节方式
• 3.2.3 结论
• 3.3 USB 模块软件设计
• 3.3.1 固件程序设计
• 3.3.2 上位机程序设计
• 3.4 小结
• 第四章 离线性能分析软件
• 4.1 软件的开发环境
• 4.2 离线性能分析软件需求分析
• 4.2.1 离线性能分析软件的特征
• 4.2.2 离线性能分析软件的功能
• 4.3 离线性能分析软件的结构分析
• 4.3.1 主模块的组成
• 4.3.2 数据源的处理
• 4.4 离线性能分析软件的功能模块
• 4.4.1 负载率模块
• 4.4.2 消息帧密度模块
• 4.4.3 数据趋势模块
• 4.5 小结
• 第五章 总结和展望
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢