基于SAE J1939协议的车辆网络通信

目前，车辆的ECU产品大都带有SAE J1939 CAN接口。针对具有SAE J1939 CAN接口的ECU产品(如发动机、变速器及其缓速器和ABS等ECU)，自定义若干ECU，集成实现基于SAE J1939协议的车辆网络，完成自定义ECU的信息采集和各ECU间的信息交换。

1 车辆网络拓扑结构

具有SAE J1939 CAN接口的ECU产品接上仪表板连成网络后，已基本满足车辆驾驶的要求。为了使自定义ECU对外通信尽量不影响ECU产品间的通信，整个网络分为两个网段，必要时可合并成一个网段。网段A包含信息交互ECU，发动机ECU，变速器及其缓速器ECU，ABS ECU；网段B包括信息交互ECU，发动机外围、I桥及II桥ECU，分动器ECU，III桥及IV桥ECU。信息交互ECU用两个CAN端口分别与两个网段连接，具有报文转发功能。车辆网络拓扑结构如图1所示。

2 车辆网络通信设计

按照SAE J1939协议，车辆网络通信设计包括以下几方面内容：

◆物理层与SAEJI939-11兼容；
◆数据链路层与SAE J1939-21兼容；
◆网络层与SAE J1939-31兼容；
◆应用层与SAE J1939-71兼容；
◆应用层诊断与SAE J1939-73兼容；
◆网络管理层与SAE J1939-81兼容。

2．1 物理层

物理层实现网络上所有ECU的电气连接。物理介质采用特征阻抗为120 Ω的屏蔽双绞线，CAN_H为黄色、CAN_L为绿色。网段尽可能使用线性拓扑结构，其波特率为250 kbps。网段干线两端均以120 Ω电阻做终端匹配。ECU使用短支线与网段干线连接，在网段中采用不相等布置以防止产生驻波。

位时间内实现同步、网络延时补偿及采样点位置确定等总线管理功能，其段组成如图2所示。同步是相位缓冲段1加长或相位缓冲段2缩短，其上限为同步跳转带宽 (SJW)。采样点尽量位于(但不超过)位时间的7／8，能实现传播延迟和时钟误差最佳折中。时钟频率为16 MHz时，推荐分频因子=4、SJw=ltq、TSEGl=13tq、TSEG2=2tq(tq为时钟周期)。

2．2 数据链路层

数据链路层在物理层之上提供了可靠的数据传输功能，实现了应用层报文的数据交换。通过数据链路层的组织，实现了发送数据帧必须具有的同步、顺序控制、错误控制和流控制等功能。

数据链路层通过协议数据单元(PDU)组织数据帧中的协议相关信息。PDU由数据帧中29位ID和O～8字节数据场组成，其数据结构如图3所示。P场决定报文优先级；R位保留；DP位是数据页位；PF场决定PDU格式(PDUl或PDU2)；PS场为PDU细节，由PF场决定是目标地址DA还是对PF、的组扩展GE；SA为源地址。

数据链路层提供的报文有命令报文、请求报文、广播／响应报文、应答报文及组功能报文。此外，数据链路层还实现了传输协议功能，用于将大于8字节报文进行打包重组、连接管理，分为广播公告的BAM协议和点对点会话的RTS／CTS协议。