CAN总线测试系统与TTCAN调度器的研究

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。有别于一般CAN总线测试系统所采用的USB-TO-CAN方案,本文采用带宽高、传输距离远的以太网取代USB,更能适应网络系统。TTCAN是针对CAN的消息传输时间不确定性而提出的一种基于时间触发的运行机制。目前,Atmel公司已经推出支持TTCAN的ARM微控制器,本文基于该微控制器从事TTCAN调度器的研究。针对CAN测试系统上位机软件的研究,本文基于面向对象设计方法,利用UML统一建模语言构建了静态和动态模型;在MFC架构上使用多线程技术把上位机软件规划为主线程和接收线程,在接收线程中利用Socket实现了基于UDP/IP协议的消息的实时传输;通过临界区同步处理,解决了两个线程对共享数据区FIFO的访问冲突,保证了消息存取的可靠性。最后通过测试用例验证了上位机软件的基本功能。CAN测试系统下位机软件的研究是在基于AT91SAM7X256微控制器的开发板上进行的。首先采用了嵌入式系统中常用的结构化设计方法,基于模块化的设计思想把下位机规划为CAN模块、以太网模块和主程序,然后采用中断处理和FIFO缓冲区的方法实现了CAN模块实时捕获消息的功能,利用集成开发环境提供的库函数有效地开发了以太网模块,并通过主程序对CAN模块和以太网模块进行调用。最后利用第三方监测软件验证了下位机软件的基本功能。本文以汽车自动控制系统的周期性控制消息为研究对象,利用基于平均数目分析的静态调度算法,给出了矩阵周期结构,并在支持TTCAN的AT91SAM7X256微控制器上进行了TTCAN调度器的设计。上述成果为基于以太网的CAN测试系统的深入研究及TTCAN调度器的实现做了有效的基础性工作。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 CAN总线系统辅助开发工具
• 1.2 基于以太网通信的CAN总线测试系统
• 1.3 从CAN到TTCAN
• 1.4 课题研究的意义和内容
• 第二章 CAN总线测试系统上位机软件设计与实现
• 2.1 网络通信协议以及Windows Socket编程技术介绍
• 2.1.1 TCP（UDP）/IP网络传输协议
• 2.1.2 Windows Socket网络编程技术
• 2.2 Widonws多线程技术
• 2.2.1 进程和线程
• 2.2.2 多线程通信
• 2.3 上位机软件的设计与实现
• 2.3.1 引言
• 2.3.1.1 面向对象的分析与设计
• 2.3.1.2 本节内容安排
• 2.3.2 软件需求分析与建模
• 2.3.2.1 系统需求与分析
• 2.3.2.2 基于UML的建模
• 2.3.3 软件设计与编程实现
• 2.3.3.1 软件开发方法
• 2.3.3.2 软件的设计与实现
• 2.3.4 上位机软件测试
• 2.4 小结
• 第三章 CAN总线测试系统下位机软件设计与实现
• 3.1 开发平台介绍
• 3.1.1 基于ARM微控制器的硬件平台
• 3.1.1.1 AT91SAM7X256 微控制器
• 3.1.1.2 基于 AT91SAM7X256 微控制器的开发板
• 3.1.2 开发工具介绍
• 3.2 下位机软件的需求分析与总体设计
• 3.2.1 需求分析
• 3.2.2 总体设计
• 3.2.2.1 软件总体架构
• 3.2.2.2 软件层次结构
• 3.2.2.3 基于有限状态机描述的软件动态行为模型
• 3.3 下位机软件的详细设计
• 3.3.1 自定义数据类型与结构体
• 3.3.2 CAN模块设计与实现
• 3.3.3 以太网通信模块设计与实现
• 3.3.4 下位机软件主程序设计与实现
• 3.4 下位机软件测试
• 3.5 小结
• 第四章 TTCAN调度器的研究
• 4.1 TTCAN协议介绍
• 4.1.1 TTCAN静态消息交换调度表
• 4.1.2 TTCAN的主要研究问题
• 4.2 AT91SAM7X256 对 TTCAN 机制的支持
• 4.3 汽车自动控制系统矩阵周期的规划
• 4.3.1 周期性消息调度算法
• 4.3.2 汽车自动控制系统的有关控制消息
• 4.3.3 基于调度算法规划的汽车自动控制系统矩阵周期
• 4.4 基于 AT91SAM7X256 微控制器的 TTCAN 调度器的设计
• 4.5 小结
• 第五章 总结与展望
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢