江大学 硕士学位论文 论文题目J1939汽车通信平台的设计与实现 作者姓名 姜周 指导教师吴朝晖教授赵民德副教授 学科专业 计算机应用技术 所在学院 计算机科学与技术学院 提交日期 二零零六年三月 摘要 在汽车工业领域，电子化的趋势和日益复杂的汽车软件控制系统，要求生产 厂商采用组件化，具有标准接口和互通性的汽车电子开发平台。本论文就针对这 个领域，以国内唯一通过OSEK/VDX国际认证的嵌入式实时操作系统SmartOSEK ：OS为基础，分析现有的汽车网络通信协议，探讨如何协同汽车中大量的电子控制 单元，使其具备信息交互功能。本论文主要工作集中在以下几点： 首先，系统的分析了J1939的系统架构和各个层次：基于CAN总线的物理层， 数据链路层，网络管理层和汽车应用层；阐明了J1939中的标志符格式和用法、 三种通信方式、如何发送和接收消息、对ECU的设计要求，网络拓扑结构等技术 特点；并且与几种当前流行的汽车网络通信协议进行比较，得出了它们之间的关 系，最后完整的实现了J1939协议，把它应用到OSEK操作系统上； 另外，结合目前国际商用汽车操作系统通信网络零散工具所具备的功能，整 合成了一整套专门针对J1939的开发工具，包括：自动代码生成工具，定制J1939 的各种参数信息，自动生成相关代码：Makefile自动生成工具，避免了手工编写 带来的麻烦；编辑、编译和调试工具，用户可以方便编写代码，快速发现潜在的 错误；图形建模工具，把操作系统、电子控制单元、通信总线等封装成图形模块， 支持图形模块的属性配置和互操作；在线仿真工具，模拟J1939网络消息发送和 接收的情况，观测总线的占用率等。 J1939汽车通信平台支持基于模型的V字形开发流程，极大方便了搭建J1939 车载网络，加快了工程师的开发进度，在以下三个方面取得了较大的突破： √是国内第一次对J1939通信协议的系统分析和完整实现； V研制了国内第一套完备的J1939车载网络配套开发工具； V把J1939汽车通信平台放在了符合OSEK标准的操作系统上。 本文得到以下项目的资助：国家高技术研究发展计划（2003AA1Z2140）“支 ：持汽车电子的嵌入式软件平台”，和国家高技术研究发展计划（2004AA1Z2180） “支持数字化设备的嵌入式软件平台”。 关键词： 汽车电子，车载网络，J1939通信协议，自动代码生成，基于模型的开发 第1页共91页 ABSTRACT In the field of Automotive Industry, more and more Electronic Control Units (ECUs) appear in modern vehicles, enforcing manufacturers to adopt component-based automotive electronic development platform with standard interface. My graduate thesis concentrates on the field of Automotive Industry, analyzes current automotive network protocols, and dicusses how to coordinate and connect numerous ECUs to make them communicate conveniently. The chief work can be generalized as follows: Firstly, We resolve the hierarchy and arctecture of J1939 protocol. It can be divided into 3 layers: physical layer based on CANBUS, Data Link Layer, Network Management Layer, and Vehicle Application Layer, with 3 aproachs of message sending: direct, connection-oriented sending and broadcasting; then, we compare finally, we realize J1939 protocol and put it on OSEK/VDX Operating System. Secondly, We also develop a series of accessorial tools for J1939 network, including: Configuring and code auto-generating tool, which facilitates customizing parameters of ECUs and generates corresponding code automatically; MakeFile auto-generating tool, which avoids the troublesome manual work; Editing, compling and debugging tool, which decreases time of compling and bug fixing; Modeling tool. which encapsulates ECUs, OS, communication buses as graphical components; And simulation tool, which simulates the online status of J1939 network. J1939 automotive communication platform, which supports Model Based Design (MBD) method, makes breakthroughs in the following aspects: VSytematically anlyze and implement J1939 protocal first of all in China VDevelop a series of accessorial tools to help quickly establish J1939 network. VPut J1939 automotive communication platform on OSEK Operating System. This thsis received funds from: Hi-Tech Research and Development Program of China (863 Program)"2003AA1Z2140" and"2004AA1Z2180" KeyWords: Automotive Electronics, J1939, Automatic Code Generationm, Model base design 第2页共91页 浙江大学硕士学位论文 J1939通信平台的设计与实现 第1章绪论 81.1应用背景：汽车电子 $1.1. 1 汽车电子化的现状 汽车电子化是现代汽车发展的重要标志之一。目前世界每辆汽车采用电子装置 的情况已成为衡量这部汽车水平高低的主要标志。未来汽车市场的竞争是汽车电子 化的竞争。八十年代以来，国外应用计算机技术和微电子技术，推出了具有多种检 测和控制功能的汽车电子系统，使汽车的性能和质量得到巨大的提高，并且还解决 了汽车环保生态问题。可以说，近十几年来汽车工业的技术进步很大程度上是应用 电子技术,特别是嵌入式技术的结果。到目前为止，每辆汽车内部都含有大量的电 子系统和软件程序。（如图表1-1所示） Electronicsystemsandsoftwarearepartof malnstreamvehiclefunctionallty Stooring Engine AdeptiveFront Ridn Contrul Irtotainment Lightina Svstems DrlverDrowsiness Navigatlon Crast Traelion Control Aivoldance Oustacle Airbas Dntecon Passenger Puwer Detoction Management Wroloos Climata Contcis Lighto Gannacltvity AES Voice Roepsnition Tranamission Windown Coota Adaptive Cruiae Control 图表1-1：汽车内的额各种电子系统 据美国通用汽车公司报道，至九十年代初，美国汽车平均每年装备汽车电子产 品为861美元，若按此水平对我国2010年轿车所装汽车电子装备进行计算，则年 需280亿元人民币的电子产品装备。400万辆轿车，到时我国还将拥有近4000万 辆社会车辆，它们该补充装备的电子产品达2800亿元人民币。因此，汽车电子工 业是一个潜力巨大的产业，人们普遍看好汽车产业和电子信息产业的结合将为汽车 制造业带来新的增值空间。 第6页共91页 J1939通信平台的设计与实现 浙江大学硕士学位论文 81.1.2 汽车电控软件面临的挑战 随着全球