1 緒論現(xiàn)場總線，就是應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場，采用總線方式連接多個設(shè)備，用于傳輸工業(yè)現(xiàn)場各種數(shù)據(jù)的一類通信系統(tǒng)[1]。CAN（Controller Area Network）總線是現(xiàn)場總線的一個分支，因其具有很高的可靠性和性能價格比，已經(jīng)成為國際標(biāo)準(zhǔn)，在工業(yè)過程監(jiān)控設(shè)備的互連方面得到廣泛應(yīng)用，受到工業(yè)界的廣泛重視，并已被公認(rèn)為幾種最有前途的現(xiàn)場總線之一。
1.1 研究背景隨著計算機硬件、軟件技術(shù)及集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展，工業(yè)控制系統(tǒng)已成為計算機技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域中最具活力的一個分支，并取得了巨大進步。由于對系統(tǒng)可靠性和靈活性的高要求，工業(yè)控制系統(tǒng)的發(fā)展主要表現(xiàn)為：控制多元化，系統(tǒng)面向分散化，即負(fù)載分散、功能分散、危險分散和地域分散。分散式工業(yè)控制系統(tǒng)就是為適應(yīng)這種需要而發(fā)展起來的。這類系統(tǒng)是以微型機為核心，將5C技術(shù)——Computer（計算機技術(shù)）、Control（自動控制技術(shù)）、Communication（通信技術(shù)）、CRT（顯示技術(shù)）和Change（轉(zhuǎn)換技術(shù)）緊密結(jié)合的產(chǎn)物。它在適應(yīng)范圍、可擴展性、可維護性以及抗故障能力等方面，較之分散型儀表控制系統(tǒng)和集中型計算機控制系統(tǒng)都具有明顯的優(yōu)越性。典型的分散式控制系統(tǒng)有現(xiàn)場設(shè)備、接口與計算設(shè)備以及通信設(shè)備組成，現(xiàn)場總線（Field bus）就是在這種背景下產(chǎn)生的[2]。
1.2 研究目的和意義從19世紀(jì)發(fā)明汽車以來，人們就一直在乘坐的舒適性、安全性和操控性方面不停地對其進行改革和創(chuàng)新，車上的電子設(shè)備也越來越多。這些電子設(shè)備大多是需要協(xié)同工作的，這就要求各部件之間能互相通信[1]。
為了解決汽車通信問題，CAN—bus應(yīng)運而生，憑借可靠、實時、經(jīng)濟和靈活的特點，CAN總線很快在其他行業(yè)得到廣泛應(yīng)用，特別是在工業(yè)控制領(lǐng)域更是如魚得水。現(xiàn)在CAN—bus總線已經(jīng)成為全球范圍內(nèi)最重要的現(xiàn)場總線之一，甚至引領(lǐng)著現(xiàn)場總線的發(fā)展。
工業(yè)控制系統(tǒng)涉及眾多軟、硬件模塊，給程序的設(shè)計和調(diào)試帶來一定難度。尤其作為上、下位機間聯(lián)系紐帶的CAN總線通信部分，一旦在整個系統(tǒng)運行期間發(fā)生問題，若沒有良好的人機界面和測試手段，將很難及時準(zhǔn)確地找到并排除故障。同樣，在控制系統(tǒng)的研制過程中，為了盡可能地減少故障和縮小故障范圍，也應(yīng)設(shè)計相應(yīng)的測試軟件來具體負(fù)責(zé)CAN總線通信及接口部分的調(diào)試、運行任務(wù)。故此，本課題就如何利用VC設(shè)計CAN總線測試軟件進行介紹。
1.3 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀自從Bosch與Intel公司于1986年正式發(fā)布CAN—bus通信方式，寶馬（BMW）公司很快于1989年推出第一款使用CAN—bus通信的汽車，從此 CAN—bus開始了其輝煌的歷程：（1）1990年，奔馳公司發(fā)布了第一輛使用CAN—bus的轎車，現(xiàn)在幾乎每一輛新生產(chǎn)的汽車均裝配有CAN—bus網(wǎng)絡(luò)；（2）1993年，CAN—bus總線被制定成為國際標(biāo)準(zhǔn)ISO11898（高速應(yīng)用）和ISO11519（低速應(yīng)用）；（3）1994年，歐洲成立了CiA廠商協(xié)會，美洲成立了ODVA廠商協(xié)會，專門支持CAN—bus總線的兩大應(yīng)用層協(xié)議——CANopen協(xié)議與DeviceNet協(xié)議[3]。
在CiA的努力推廣下，CAN技術(shù)在汽車電子控制系統(tǒng)、電梯控制系統(tǒng)、安全監(jiān)控系統(tǒng)、醫(yī)療儀器、紡織機械、船舶運輸?shù)确矫婢玫搅藦V泛的應(yīng)用。現(xiàn)已有400多家公司加入了CiA，CiA已成為全球應(yīng)用CAN技術(shù)的權(quán)威。
國內(nèi)在CAN總線方面的研究和應(yīng)用于國外相比還存在明顯的差距，體現(xiàn)在兩個方面：（1）國內(nèi)在自主研究和開發(fā)汽車電子CAN網(wǎng)絡(luò)方面尚處于試驗和起步階段，國內(nèi)絕大部分的汽車還沒有采用汽車總線設(shè)計；（2）國內(nèi)汽車合資企業(yè)不少已采用CAN總線技術(shù)，但核心技術(shù)掌握在外商手中。為順應(yīng)世界汽車工業(yè)發(fā)展的趨勢，我國也相應(yīng)加強了對CAN總線的研究，并開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的CAN總線產(chǎn)品。
CAN技術(shù)已應(yīng)用于家用電器和智能樓宇以及小區(qū)建設(shè)中。隨著無線技術(shù)的完善和將無線技術(shù)應(yīng)用到CAN總線系統(tǒng)中研究的不斷深入，可以樂觀地預(yù)計，未來CAN總線技術(shù)的應(yīng)用將無處不在，虛擬的CAN總線即將誕生[5]。
1.4 論文結(jié)構(gòu)安排本文第一章介紹了CAN總線的研究背景和國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，并介紹本課題研究的目的和意義。第二章簡單介紹了CAN總線通信規(guī)范和SJA1000控制器。第三章簡單介紹了開發(fā)環(huán)境和CAN接口卡。第四章詳細(xì)介紹了軟件的設(shè)計過程，包括驅(qū)動安裝、接口卡函數(shù)庫說明、界面設(shè)計、功能分析與設(shè)計。第五章介紹了軟件的測試及程序的發(fā)布。
2 CAN總線協(xié)議分析2.1 CAN－bus 規(guī)范V2.0 版本CAN 規(guī)范技術(shù)規(guī)范由兩部分組成：
• A 部分：CAN 的報文格式說明（按CAN1.2 規(guī)范定義）。
• B 部分：標(biāo)準(zhǔn)格式和擴展格式的說明。
2.1.1 CAN的分層結(jié)構(gòu)在CAN V2.0A里，CAN被細(xì)分為三個層次：對象層、傳輸層、物理層。
而在PartB中，CAN被細(xì)分為兩個層次：數(shù)據(jù)鏈路層（邏輯鏈路控制子層LLC、媒體訪問控制子層MAC）、物理層。
2.1.2 報文傳輸(1)幀類型
報文傳輸由5種類型的幀所表示和控制，它們分別是數(shù)據(jù)幀、遠(yuǎn)程幀、錯誤幀、過載幀和幀間隔，其用途如表2.1所列。
表2.1 幀的類型及用途
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| 用于發(fā)送節(jié)點向接受節(jié)點傳送數(shù)據(jù)，是使用最多的幀類型 |
| 用于接受節(jié)點向某個發(fā)送節(jié)點請求數(shù)據(jù) |
| 用于檢測出通信錯誤（如校驗錯誤）時向其他節(jié)點發(fā)送通知 |
| 用以在先行的和后續(xù)的數(shù)據(jù)幀（或遠(yuǎn)程幀）之間提供一附加的延時 |
| 用于將數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀與前面的幀分離開來 |
1） 數(shù)據(jù)幀
數(shù)據(jù)幀由7 個不同的位場組成：幀起始、仲裁場、控制場、數(shù)據(jù)場、CRC 場、應(yīng)答場、幀結(jié)尾。數(shù)據(jù)幀各段的功能如表2.2所列。
表2.2 數(shù)據(jù)幀各段的功能
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| | 表示數(shù)據(jù)幀開始，由單個顯性位構(gòu)成，在總線空閑時才允許發(fā)送 |
| | | 表示該幀的優(yōu)先級，由11位ID碼和1位遠(yuǎn)程幀標(biāo)志位（RTR）組成 |
| | 表示該幀的優(yōu)先級，由29位ID碼、1位替代遠(yuǎn)程幀請求位（SRR）、1位標(biāo)志位擴展位（IDE）和1位遠(yuǎn)程幀標(biāo)志位（RTR）組成 |
| | 表示數(shù)據(jù)段數(shù)據(jù)長度的編碼和保留位 |
| | 數(shù)據(jù)內(nèi)容，每字節(jié)為8位，具體字節(jié)數(shù)在控制段中體現(xiàn) |
| | 檢查幀的傳輸錯誤，范圍包括從幀起始到數(shù)據(jù)段的所有內(nèi)容（不包括填充位） |
| | 其他接受節(jié)點確認(rèn)該幀被正常接收 |
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2） 遠(yuǎn)程幀
遠(yuǎn)程幀由6 個不同的位場組成：幀起始、仲裁場、控制場、CRC 場、應(yīng)答場、幀結(jié)尾。
3） 錯誤幀
錯誤幀由兩個不同的場組成。第一個場用作為不同站提供的錯誤標(biāo)志的疊加。第二個場是錯誤界定符。錯誤標(biāo)志有兩種形式，主動錯誤標(biāo)志和被動錯誤標(biāo)志。錯誤界定符包括8 個“隱性”的位。
4） 過載幀
過載幀包括兩個位場：過載標(biāo)志和過載界定符。
5） 幀間空間
數(shù)據(jù)幀（或遠(yuǎn)程幀）與其前面幀的隔離是通過幀間空間實現(xiàn)的，無論其前面的幀為何類型（數(shù)據(jù)幀、遠(yuǎn)程幀、錯誤幀、過載幀）。所不同的是，過載幀與錯誤幀之前沒有幀間空間，多個過載幀之間也不是由幀間空間隔離的。
（2）發(fā)送器/接收器的定義
發(fā)送器:產(chǎn)生報文的單元被稱之為報文的“發(fā)送器”。此單元保持作為報文發(fā)送器直到總線出現(xiàn)空閑或此單元失去仲裁為止。
接收器：如果有一單元不作為報文的發(fā)送器并且總線也不空閑，則這一單元就被稱之為報文的“接收器”。
2.1.3 報文檢驗校驗報文是否有效的時間點，對于發(fā)送器與接收器是各不相同的。
對于發(fā)送器：如果直到幀的末尾位均沒有錯誤，則此報文對于發(fā)送器有效。如果報文破損，則報文會根據(jù)優(yōu)先權(quán)自動重發(fā)。為了能夠和其他信息競爭總線，重新傳輸必須在總線空閑時啟動。
對于接收器：如果直到一最后的位(除了幀末尾位)均沒有錯誤，則報文對于接收器有效。
2.1.4 編碼位流編碼：幀的部分，諸如幀起始、仲裁場、控制場、數(shù)據(jù)場以及CRC序列，均通過位填充的方法編碼。
數(shù)據(jù)幀或遠(yuǎn)程幀(CRC界定符、應(yīng)答場和幀末尾)的剩余位場形式相同，不填充。錯誤幀和過載幀的形式也相同，但并不通過位填充的方法進行編碼。
報文里的位流采用不歸零編碼(NRZ)，這就是說，在整個位時間里，位電平要么為“顯性”，要么為“隱性”。
2.1.5 錯誤處理錯誤檢測：有5種不同的錯誤類型(這5種錯誤不會相互排斥)：位錯誤、填充錯誤、CRC錯誤、形式錯誤、應(yīng)答錯誤
錯誤標(biāo)志：檢測到錯誤條件的站通過發(fā)送錯誤標(biāo)志指示錯誤。
2.1.6 故障界定至于故障界定，單元的狀態(tài)可能為以下三種之一：
錯誤主動：可以正常地參與總線通訊并在錯誤被檢測到時發(fā)出主動錯誤標(biāo)志。
錯誤被動：不允許發(fā)送主動錯誤標(biāo)志。
總線關(guān)閉：不允許在總線上有任何的影響(比如，關(guān)閉輸出驅(qū)動器)。
2.1.7 位定時要求標(biāo)稱位速率：標(biāo)稱位速率為一理想的發(fā)送器在沒有重新同步的情況下每秒發(fā)送的位數(shù)量。
標(biāo)稱位時間：標(biāo)稱位時間=1／標(biāo)稱位速率
可以把標(biāo)稱位時間劃分成幾個不重疊的時間片段，它們是：同步段、傳播時間段、相位緩沖段1、相位緩沖段2。
2.1.8 報文濾波在CAN2．0B中，還增加了有關(guān)報文濾波的定義。
報文濾波取決于整個識別符。允許在報文濾波中將任何的識別符位設(shè)置為“不考慮”的可選屏蔽寄存器，可以選擇多組的識別符，使之被映射到隸屬的接收緩沖器里。
如果使用屏蔽寄存器，它的每一個位必須是可編程的，即，他們能夠被允許或禁止報文濾波。屏蔽寄存器的長度可以包含整個識別符，也可以包含部分的識別符。
2.1.9 振蕩器容差由于給定的最大的振蕩器，其容差為1．58％，因此憑經(jīng)驗可將陶瓷諧振器使用在傳輸率高達(dá)125kbit／s的應(yīng)用罩。
為了滿足CAN協(xié)議的整個總線速度范圍，需要使用晶振。具有最高振蕩準(zhǔn)確度要求的芯片，決定了其他節(jié)點的振蕩準(zhǔn)確度。
2.2 CAN控制器SJA1000下位機的CAN總線網(wǎng)絡(luò)接口使用Philips公司的SJA1000芯片，SJA1000是一個獨立的CAN控制器，具有一系列先進的功能，適合于多種應(yīng)用，特別在系統(tǒng)優(yōu)化、診斷和維護方面非常重要。
SJA1000具有完成CAN總線通信協(xié)議所要求的全部特性，它與獨立CAN總線控制的PCA82C200完全兼容，并有支持CAN2.0B協(xié)議、擴展接收緩沖器、增強錯誤處理能力和增強驗收濾波功能等新增功能。
SJA1000可以直接進行CAN總線互聯(lián)，而PC機作為上位機，是通過USB電纜連接到CAN接口卡上的，這里我們使用的是普創(chuàng)電子的CANUSB—Ⅱ工業(yè)級雙路智能接口卡。該接口卡中的CAN總線數(shù)據(jù)收發(fā)也是由SJA1000CAN控制器和82C250CAN收發(fā)器完成的，主機通過USB電纜來訪問CAN控制器，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。
2.3 本章小結(jié)本章主要介紹了CAN總線通信系統(tǒng)上位機通信軟件的設(shè)計所涉及的基本知識，包括CAN—bus規(guī)范和CAN控制器SJA1000，有了這些知識，才能保證軟件設(shè)計得以順利開展。
3 開發(fā)環(huán)境介紹3.1 開發(fā)環(huán)境CAN總線通信系統(tǒng)上位機通信軟件的設(shè)計應(yīng)具有直觀的窗口外觀，豐富、人性化的友好界面，便于操作和維護。而Visual C++6.0編譯器提供了強大的輔助工具集，利用這些工具可以很方便的設(shè)計出本課題所要求的應(yīng)用程序。
利用Visual C++6.0開發(fā)應(yīng)用程序時，主要有兩種方法，一種是利用Windows本身提供的API函數(shù)編程，另一種是直接使用Miscrosoft提供的MFC類庫編程。本課題使用的是MFC類庫編程。
MFC類庫是由Microsoft公司提供的用來編寫Windows應(yīng)用程序的C++類集合，在該類集合封裝了Windows大部分編程對象和與它們相關(guān)的操作。MFC為用戶提供了一個Windows環(huán)境下的應(yīng)用程序框架和創(chuàng)建應(yīng)用程序的組件，使用這個應(yīng)用程序框架和組件，可以輕松地編寫出各種不同的應(yīng)用程序。
在Visual C++6.0中，可以利用MFC AppWizard應(yīng)用程序向?qū)Э焖俚貏?chuàng)建一個標(biāo)準(zhǔn)的Windows應(yīng)用程序框架，只需在此基礎(chǔ)上添加實現(xiàn)特定功能的程序代碼就能編寫出相應(yīng)的Windows應(yīng)用程序。該應(yīng)用程序框架類型中包含了三種最基本、最常用的應(yīng)用程序類型：單文檔、多文檔和基于對話框的應(yīng)用程序。基于對話框應(yīng)用程序功能簡單、結(jié)構(gòu)緊湊，執(zhí)行速度快，程序源代碼少，開發(fā)調(diào)試容易，符合本課題需求，故本課題采用基于對話框應(yīng)用程序。
3.2 CANUSB—Ⅰ/Ⅱ智能CAN接口卡3.2.1 產(chǎn)品概述CANUSB—Ⅰ/Ⅱ智能CAN接口卡兼容USB1.1和USB2.0總線，帶有1路/2路CAN接口的工業(yè)級智能型CAN數(shù)據(jù)接口卡。采用CANUSB—Ⅰ/Ⅱ智能CAN接口卡，PC可以通過USB總線連接至CAN網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)成實驗室、工業(yè)控制、智能小區(qū)等CAN網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域中數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)采集。
CANUSB—Ⅰ/Ⅱ智能CAN接口卡是CAN產(chǎn)品開發(fā)、CAN數(shù)據(jù)分析的強大工具；同時，具有體積小、即插即用等特點，也是便攜式系統(tǒng)用戶的最佳選擇。
3.2.2 智能CAN接口卡硬件接口描述CANUSB—Ⅰ/Ⅱ智能CAN接口卡集成2路CAN通道，每一路通道都是獨立的，可以用于連接一個CAN—bus網(wǎng)絡(luò)或者CAN—bus接口的設(shè)備。CANUSB—Ⅰ/Ⅱ智能CAN接口卡布局如下：
圖3.1 CANUSB—Ⅰ/Ⅱ智能CAN接口卡外圍端子
2路CAN—bus通道由1個10Pin接線端子引出，接線端子的引腳詳細(xì)定義如下表所示：
表3.1 CANUSB—Ⅰ/Ⅱ接口卡的CAN—bus信號分配
3.3 本章小結(jié)本章介紹了CAN總線通信系統(tǒng)上位機通信軟件的開發(fā)環(huán)境和CANUSB—Ⅰ/Ⅱ智能CAN接口卡。為了獲得直觀的窗口外觀，豐富、人性化的友好界面，本課題利用Visual C++6.0下的MFC類庫開發(fā)程序。
4 CAN通信軟件設(shè)計4.1 驅(qū)動程序安裝CANUSB—Ⅰ/Ⅱ智能CAN接口卡使用USB直接供電并提供智能驅(qū)動安裝包，安裝步驟如下：
點擊產(chǎn)品光盤的“\CANUSB\Drivers”目錄下的安裝包安裝驅(qū)動；
將CANUSB—Ⅰ/Ⅱ智能CAN接口卡通過USB電纜連接到計算機，提示發(fā)現(xiàn)新硬件，選擇自動安裝軟件即可。
4.2 CAN接口卡函數(shù)庫說明4.2.1 函數(shù)庫數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義（1）初始化CAN數(shù)據(jù)類型
typedef struct _INIT_CONFIG
{ DWORD AccCode;//驗收碼
DWORD AccMask;//屏蔽碼
DWORD Reserved;//保留
UCHAR Filter;//濾波方式
UCHAR Baudrate;//波特率
UCHAR Mode;//模式
} VCI_INIT_CONFIG,*PVCI_INIT_CONFIG;
（2）CAN信息幀的數(shù)據(jù)類型
typedef struct _VCI_CAN_OBJ
{ BYTE CANIndex;//接受的數(shù)據(jù)幀來自哪個通道 =0時CAN0通道 =1時CAN1通道
DWORD ID;//報文ID
BYTE SendType;//發(fā)送幀類型，=0時為正常發(fā)送，=1時為自發(fā)自收，只有在此幀為發(fā)送幀時有意義。
BYTE ExternFlag;//是否是擴展幀
BYTE RemoteFlag;//是否是遠(yuǎn)程幀
BYTE DataLen; //數(shù)據(jù)長度（<=8,即Data的長度
BYTE Data[8]; //報文的數(shù)據(jù)
}VCI_CAN_OBJ,*PVCI_CAN_OBJ;
4.2.2 接口函數(shù)說明①BOOL __stdcall VCI_OpenDevice(DWORD DevIndex);//打開設(shè)備
②BOOL __stdcall VCI_CloseDevice(DWORD DevIndex);//關(guān)閉設(shè)備
③BOOL __stdcall VCI_InitCAN(DWORD DevIndex,DWORD CANIndex,PVCI_INIT_CONFIG InitConfig);//初始化CAN
④BOOL __stdcall VCI_StartCAN(DWORD DevIndex ，DWORD CANIndex);//啟動CAN設(shè)備
⑤BOOL __stdcall VCI_ResetCAN(DWORD DevIndex ，DWORD CANIndex);//復(fù)位CAN設(shè)備
⑥BOOL __stdcall VCI_Transmit(DWORD DevIndex ，DWORD CANIndex, VCI_CAN_OBJ *SendData );//發(fā)送一幀數(shù)據(jù)
⑦DWORD __stdcall VCI_Receive(DWORD DevIndex ，PVCI_CAN_OBJ pReceive , DWORD Len , DWORD WaitTime);//接收數(shù)據(jù)
⑧BOOL __stdcall VCI_ReadDevSn(DWORD DevIndex, PCHAR DevSn);//讀取序列號
其中：
DevIndex 設(shè)備索引號，有一個設(shè)備時索引號為0，有兩個可以為0或1；
CANIndex 第幾路CAN；
InitConfig 初始化參數(shù)結(jié)構(gòu)；
SendData指向信息幀結(jié)構(gòu)體；
pReceive用來接收的數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)體數(shù)組的首指針；
Len 讀取多少幀的數(shù)據(jù)；
WaitTime =0時為無限等待；>0時等待超時時間，以毫秒為單位；
DevSn 序列號；
返回值 為1表示操作成功，0表示操作失敗；
4.2.3 接口函數(shù)庫使用方法首先，把庫函數(shù)文件都放在工作目錄下。總共有四個文件CAN_TO_USB.h，CAN_TO_USB.lib，SiUSBXp.dll，CAN_TO_USB.dll。
VC調(diào)用動態(tài)庫的方法：
(1)在.cpp中包含CAN_TO_USB.h頭文件；
(2)在工程文件中加入CAN_TO_USB.lib文件。
4.2.4 接口函數(shù)庫使用流程
圖4.1 接口函數(shù)庫使用流程
4.3 界面設(shè)計CAN總線通信系統(tǒng)上位機通信軟件的設(shè)計目標(biāo)是對CAN總線的運行狀態(tài)和通信能力進行有效的測試，要求能正確識別CAN設(shè)備并打開CAN通道，可封裝CAN報文進行發(fā)送，可接收CAN數(shù)據(jù)幀，并能對數(shù)據(jù)幀進行解析，在數(shù)據(jù)列表中顯示報文的相關(guān)參數(shù)信息（如：幀ID、幀格式、幀類型、DLC值以及幀數(shù)據(jù)等參數(shù)），并具有過濾功能。具體有以下幾個功能模塊：設(shè)備連接、設(shè)備啟動、設(shè)備復(fù)位、幀封裝與發(fā)送、幀接收與解析以及清除顯示。
4.3.1 界面布局設(shè)計打開MFC App Wizard（exe）創(chuàng)建一個基于對話框的應(yīng)用程序，項目名為Test。打開對話框，按照軟件功能要求用控件編輯器添加相應(yīng)控件，設(shè)置控件屬性，打開類向?qū)В瑸榻缑嫔细骺丶砑訉?yīng)的成員變量。設(shè)計完成后的界面如圖3所示。表4.1列出了CAN0通道各個控件屬性及成員變量的設(shè)置。
圖4.2 CAN總線通信系統(tǒng)上位機通信軟件界面設(shè)計
表4.1 CAN0通道控件屬性及成員變量的設(shè)置
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| IDC_COMBO_SENDFRAMEFORMAT0 | | | |
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CAN1通道各個控件屬性及成員變量設(shè)置同CAN0通道，就不再贅述。
4.3.2 對話框初始化在CTestDlg類的OnInitDialog()函數(shù)中添加代碼, 在對話框初始化的時候被調(diào)用，響應(yīng)WM_INITDIALOG消息，用于完成除基本的創(chuàng)建之外的額外的初始化工作。將額外的初始化代碼在這個函數(shù)中實現(xiàn)。
（1）組合框初始化
組合框的設(shè)置以控件IDC_COMBO_FILTERTYPE0為例。要求控件IDC_COMBO_FILTERTYPE0能下拉顯示兩種濾波方式：單濾波和雙濾波，默認(rèn)顯示單濾波。故在OnInitDialog()函數(shù)中添加以下代碼：
//濾波方式的添加
m_ComboFilterType0.AddString("單濾波");
m_ComboFilterType0.AddString("雙濾波");
//設(shè)置第0行內(nèi)容為顯示的內(nèi)容，即濾波方式默認(rèn)為單濾波
m_ComboFilterType0.SetCurSel(0);
其他組合框以相同方式按要求設(shè)置。
（2）編輯框初始化
編輯框的設(shè)置以控件IDC_EDIT_MASK0為例。控件IDC_EDIT_MASK0顯示的是屏蔽碼的源節(jié)點，默認(rèn)顯示“ff”。故在OnInitDialog()函數(shù)中添加以下代碼：
m_EditMask0="ff";
其他編輯框以相同方式按要求設(shè)置。
（3）要求啟動時CAN默認(rèn)未連接，未啟動，故在OnInitDialog()函數(shù)中添加以下代碼：
bConnectCAN=FALSE; //啟動時CAN默認(rèn)未連接
bStartCAN=FALSE; //啟動時CAN默認(rèn)關(guān)閉
（4）要求設(shè)備未連接時不能啟動設(shè)備，默認(rèn)禁用啟動通道按鈕，故在OnInitDialog()函數(shù)中添加以下代碼：
GetDlgItem(IDC_BUTTON_CONNECT1)->EnableWindow(FALSE);
（5）更新對話框內(nèi)容，把變量中的數(shù)據(jù)輸出到控件，故在OnInitDialog()函數(shù)中添加以下代碼：
UpdateData(false);
4.4 軟件功能實現(xiàn)4.4.1 設(shè)備連接要求點擊“連接”按鈕，上位機通信軟件與CANUSB—Ⅰ/Ⅱ智能CAN接口卡連接，并且顯示連接成功與否。若連接失敗，彈出警告框“打開設(shè)備失敗！”，若連接成功，分別在列表框IDC_LIST_INFO0和IDC_LIST_INFO1顯示“CAN0連接成功”“CAN1連接成功”。
在TestDlg.h頭文件里添加變量：
public:
int m_devnum; //設(shè)備序號
int m_cannum; //can通道編號
void CAN0ShowInfo(CString str, int code);//CAN0接收顯示控制函數(shù)
雙擊“連接”按鈕，系統(tǒng)自動添加消息響應(yīng)函數(shù)OnButtonConnect0()，添加代碼，實現(xiàn)用戶單擊“連接”按鈕，完成設(shè)備的連接功能。
定義初始化CAN的數(shù)據(jù)類型的結(jié)構(gòu)體：VCI_INIT_CONFIG init_config;
如果CAN已經(jīng)打開，調(diào)用VCI_CloseDevice(m_devnum)函數(shù)關(guān)閉設(shè)備。調(diào)用GetCurSel()函數(shù)獲取設(shè)備序號：devnum=m_ComboDevindex.GetCurSel();
如果(VCI_OpenDevice(devnum))==0，則設(shè)備打開失敗，調(diào)用MessageBox函數(shù)彈出消息框，警告“打開設(shè)備失敗！”，否則CAN0和CAN1連接成功，分別在列表框IDC_LIST_INFO0和IDC_LIST_INFO1顯示。
此時，按鈕IDC_BUTTON_CONNECT0的標(biāo)題“連接”變?yōu)椤皵嚅_”，“啟動通道”按鈕變?yōu)橛行В侍砑右韵麓a：
GetDlgItem(IDC_BUTTON_CONNECT0)->SetWindowText("斷開");
GetDlgItem(IDC_BUTTON_CONNECT1)->EnableWindow(TRUE);
圖4.3 設(shè)備連接流程圖
4.4.2 設(shè)備啟動要求點擊“啟動通道”按鈕，CAN0通道和CAN1通道同時啟動，并顯示啟動成功與否。若啟動通道失敗，彈出消息框，發(fā)出警告，若啟動通道成功，分別在列表框IDC_LIST_INFO0和IDC_LIST_INFO1顯示“CAN0啟動成功”“CAN1啟動成功”。
雙擊“啟動通道”按鈕，系統(tǒng)自動添加消息響應(yīng)函數(shù)OnButtonConnect1()，添加代碼，實現(xiàn)用戶單擊“啟動通道”按鈕，完成通道CAN0和CAN1的啟動功能。
如果VCI_InitCAN(m_devnum,0,&init_config)!=true，則通道CAN0初始化失敗，如果VCI_InitCAN(m_devnum,1,&init_config)!=true，則通道CAN1初始化失敗，并立即調(diào)用VCI_CloseDevice(m_devnum)函數(shù)，關(guān)閉設(shè)備
如果VCI_StartCAN(m_devnum,0)!=true，則通道CAN0啟動失敗，如果VCI_StartCAN(m_devnum,1)!=true，則通道CAN1啟動失敗，并立即調(diào)用VCI_CloseDevice(m_devnum)函數(shù)，關(guān)閉設(shè)備。如果通道CAN0和CAN1啟動成功，則禁用啟動通道按鈕：
GetDlgItem(IDC_BUTTON_CONNECT1)->EnableWindow(FALSE);
圖4.4 設(shè)備啟動流程圖
4.4.3 設(shè)備復(fù)位要求點擊“復(fù)位CAN0”按鈕，復(fù)位通道CAN0，點擊“復(fù)位CAN1”按鈕，復(fù)位通道CAN1，成功則分別在列表框IDC_LIST_INFO0和IDC_LIST_INFO1顯示“復(fù)位成功”，失敗則列表框IDC_LIST_INFO0和IDC_LIST_INFO1顯示“復(fù)位失敗”。
CAN0通道：
雙擊“復(fù)位CAN0”按鈕，系統(tǒng)自動添加消息響應(yīng)函數(shù)OnButtonResetcan0()，添加代碼，實現(xiàn)用戶單擊“復(fù)位CAN0”按鈕，完成通道CAN0的復(fù)位功能。
如果VCI_ResetCAN(m_devnum,0)==1，則復(fù)位成功，否則，復(fù)位失敗，將結(jié)果顯示在列表框IDC_LIST_INFO0內(nèi)。
CAN1通道的復(fù)位功能設(shè)置如CAN0通道，在此就不再贅述。
圖4.5 CAN0通道復(fù)位流程圖
4.4.4 幀封裝與發(fā)送（1）幀封裝
報文標(biāo)識符指定了數(shù)據(jù)通訊中的源節(jié)點 MACID 和目標(biāo)節(jié)點MACID，并指示了報文的功能以及所要訪問的資源節(jié)點。報文標(biāo)識符被分為SrcMACID (源節(jié)點地址)、DestMACID（目標(biāo)節(jié)點地址）、ACK 位、FuncID（功能碼）和Source ID（資源節(jié)點地址）5 個部分，如表4.2示。
表4.2 iCAN標(biāo)識符分配
| | | | | | |
| | | DestMACID （目標(biāo)節(jié)點地址） |
| | | |
| | | |
SrcMACID (源節(jié)點地址)：發(fā)送iCAN 報文的節(jié)點地址，占用標(biāo)識符位ID28~ID21，SrcMACID 的高2 位固定為0，數(shù)值范圍為0x00-0x3F。
DestMACID (目標(biāo)節(jié)點地址)：接收iCAN 報文節(jié)點地址，占用標(biāo)識符位ID20~ID13，DestMACID 的高2 位固定為0，數(shù)值范圍為0x00-0x3F。當(dāng)DestMACID 的值為0xFF時，表示本次發(fā)送的幀是廣播幀。
ACK（相應(yīng)標(biāo)識符）：分配1 位，占用標(biāo)識符位ID12。該位用于區(qū)分幀類型為命令幀還是響應(yīng)幀，并說明是否需要應(yīng)答本幀。
表4.3相應(yīng)標(biāo)志位
| |
| 用于命令幀，本幀需要應(yīng)答，但對于廣播幀，此值無意義 |
| 用于響應(yīng)幀，本幀不需要應(yīng)答；或不需要應(yīng)答的命令幀（如廣播幀） |
FunctionID（功能碼）：分配4 位，占用標(biāo)識符位ID11~ID8，功能碼用于指示iCAN 報文需要實現(xiàn)的功能，接收報文的節(jié)點根據(jù)報文中的功能碼進行相應(yīng)的處理。
Source ID（資源節(jié)點地址）：用于指示所要訪問的從站內(nèi)部資源的起始地址，分配8 位，占用標(biāo)識符位ID7~ID0。
分別輸入源節(jié)點、目的節(jié)點、響應(yīng)標(biāo)示符、功能碼、資源節(jié)點地址，要求對報文進行封裝后發(fā)送。
以源節(jié)點為例，占用標(biāo)識符位ID28~ID21，故處理程序如下：
memcpy(&szFrameID[0],(LPCTSTR)m_EditSendFrmID0,m_EditSendFrmID0.GetLength());//拷貝m_EditSendFrmID0所指內(nèi)存內(nèi)容到&szFrameID[0]所指的內(nèi)存地址上
CAN0strtodata((unsigned char*)szFrameID,&FrameID[0],1,0);//字符串轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)串
ExtendID |= (FrameID[0]&0x3f)<<21;//左移21位
其他以相同方式處理，報文就封裝在FrameID[0]中。
（2）發(fā)送
要求點擊“發(fā)送”按鈕，發(fā)送數(shù)據(jù)，結(jié)果分別顯示在列表框IDC_LIST_INFO0和IDC_LIST_INFO1內(nèi)。
CAN0通道：
雙擊“發(fā)送”按鈕，系統(tǒng)自動添加消息響應(yīng)函數(shù)OnButtonSend0()，添加代碼，實現(xiàn)用戶單擊“發(fā)送”按鈕，完成發(fā)送通道CAN0數(shù)據(jù)的功能。
如果bStartCAN==FALSE，則通道未啟動，不能發(fā)送數(shù)據(jù)，彈出消息框，警告“請啟動設(shè)備！”。
調(diào)用VCI_Transmit(m_devnum,0,&frameinfo)函數(shù)判斷發(fā)送狀態(tài)，如果為真，則發(fā)送成功，在列表框IDC_LIST_INFO0內(nèi)顯示封裝好的幀ID和“設(shè)備0 通道CAN0 發(fā)送成功”，否則顯示“設(shè)備0 通道CAN0 發(fā)送失敗”。
CAN1通道的發(fā)送功能設(shè)置同CAN0通道，在此就不再贅述。
圖4.6 CAN0通道發(fā)送流程
4.4.5 幀接收與解析（1）接收
要求CAN0和CAN1通道能接收到對方通道或自己發(fā)出的數(shù)據(jù)。
CAN0通道：
在TestDlg.h頭文件里定義CAN0接收線程執(zhí)行函數(shù)：
static UINT CAN0ReceiveThread(void *param);
在TestDlg.cpp內(nèi)添加CAN0接收線程執(zhí)行函數(shù)
UINT CTestDlg::CAN0ReceiveThread(void *param){}并在其中添加代碼，完成數(shù)據(jù)接收功能。
定義CAN信息幀數(shù)據(jù)類型的結(jié)構(gòu)體：VCI_CAN_OBJ frameinfo[50]；
獲取序列號：bSn=VCI_ReadDevSn(dlg->m_devnum,DevSn)；
獲取數(shù)據(jù)長度：Len=VCI_Receive(dlg->m_devnum,frameinfo,50,200)；
如果Len<=0，則沒有接收到數(shù)據(jù)，否則，接收到數(shù)據(jù)。
如果frameinfo.CANIndex==0，則CAN0通道接收數(shù)據(jù)，否則，CAN1通道接收數(shù)據(jù)。如果frameinfo.ExternFlag==0，則幀類型為標(biāo)準(zhǔn)幀，否則，為擴展幀。如果frameinfo.RemoteFlag==0，則幀格式為數(shù)據(jù)幀，否則，為遠(yuǎn)程幀。
圖4.7 CAN0接收數(shù)據(jù)流程圖
（2）幀解析
- 源節(jié)點：封裝后的幀ID右移21位輸出的即為源節(jié)點，程序如下：
tmpstr.Format("源節(jié)點:%02x ",(frameinfo.ID>>21)&0x3f);
- 目的節(jié)點：封裝后的幀ID右移13位輸出的即為目的節(jié)點，程序如下：
tmpstr.Format(" 目的節(jié)點:%02x ",(frameinfo.ID>>13)&0x3f);
- 響應(yīng)標(biāo)示符：封裝后的幀ID右移12位輸出的即為響應(yīng)標(biāo)示符，如果為1則為響應(yīng)幀，為0則為命令幀，程序如下：
if((frameinfo.ID>>12)&0x01)
str+=" 響應(yīng)幀";
else
str+=" 命令幀";
- 功能碼：封裝后的幀ID右移8位輸出的即為功能碼，程序如下：
tmpstr.Format(" function ID:%02x ",(frameinfo.ID>>8)&0x0f);
- 資源節(jié)點編號：封裝后的幀ID最后8位即為功能碼，程序如下：
tmpstr.Format(" source ID:%02x ",frameinfo.ID&0xff);
圖4.8 幀解析效果圖
4.4.6 清除顯示要求點擊“清除顯示”按鈕，列表框IDC_LIST_INFO0和IDC_LIST_INFO1內(nèi)的內(nèi)容全部清除。
CAN0通道：
雙擊“清除顯示”按鈕，系統(tǒng)自動添加消息響應(yīng)函數(shù)OnButton Clear0()，添加代碼，實現(xiàn)用戶單擊“清除顯示”按鈕，完成列表框IDC_LIST_INFO0內(nèi)的內(nèi)容全部清除功能。
添加以下代碼，清除CAN0列表顯示項：
m_ListInfo0.ResetContent();
4.5 本章小結(jié)本章具體介紹了CAN通信軟件的設(shè)計，第一部分介紹了CANUSB—Ⅰ/Ⅱ智能CAN接口卡的驅(qū)動安裝方法；第二部分介紹了CAN接口卡函數(shù)庫；第三部分介紹了軟件的界面設(shè)計，包括界面的布局、控件屬性及成員變量的設(shè)置，和對話框的初始化；第四部分詳細(xì)介紹了軟件功能的實現(xiàn)，包括設(shè)備連接、啟動、復(fù)位、幀封裝與發(fā)送、幀接收與解析和清除顯示六個部分功能的實現(xiàn)方法。
5 測試及發(fā)布5.1 軟件功能測試將CANUSB—Ⅰ/Ⅱ智能CAN接口卡連至PC的USB接口槽，運行上位機軟件，測試功能。
5.1.1 基本功能測試執(zhí)行程序，如圖輸入數(shù)據(jù)，測試各項功能是否能正常運行。
圖5.1 程序軟件功能測試
經(jīng)測試，各項功能運行正常。
5.1.2 非法輸入限制對于編輯框，若輸入非法字符，則彈出消息框“非法字符，請重新輸入！”的警告，如下圖所示：
圖5.2 非法輸入警告
5.2 程序發(fā)布一個程序除了.exe以外，還需要用到很多其他外部資源，這樣程序使用起來很不方便，程序打包就是將這些所有資源放到一個安裝程序中，這樣只要下載并運行這個安裝程序，就可以讓安裝程序釋放目標(biāo)程序及所有這些資源，方便使用。
Inno Setup是一個免費的安裝制作軟件，小巧、簡便、精美是其最大的特點。用Inno Setup對已經(jīng)制作好的工程進行打包步驟如下：
- 將已經(jīng)調(diào)試完成的工程，生成發(fā)行版（release）；
- 安裝好Inno Setup Compiler漢化版，啟動軟件，使用腳本設(shè)計向?qū)?/font>創(chuàng)建一個新的腳本文件，完成安裝程序的制作，過程如下圖所示：
圖5.3 應(yīng)用程序信息
圖5.4 應(yīng)用程序文件夾
圖5.5 應(yīng)用程序文件
圖5.6 應(yīng)用程序圖標(biāo)
圖5.7 應(yīng)用程序文檔
圖5.8 安裝語言
圖5.9 編譯設(shè)置
圖5.10 Inno Setup 預(yù)處理器
圖5.11 完成向?qū)?/font>
圖5.12 編譯腳本
- 雙擊Setup圖標(biāo)，進行嘗試安裝，安裝成功后，在開始菜單欄出現(xiàn)運行和卸載快捷方式，可以運行軟件和卸載軟件。
圖5.13 安裝成功效果圖
5.3 本章小結(jié)本章對已經(jīng)編寫完成的程序進行功能測試，主要測試連接設(shè)備、啟動通道、復(fù)位、發(fā)送和接收功能，并能實現(xiàn)幀的封裝和解析，測試無誤后進行程序發(fā)布，方便使用。
結(jié)論
畢業(yè)設(shè)計是本科學(xué)習(xí)階段一次非常難得的理論與實際相結(jié)合的機會，通過這次CAN總線通信系統(tǒng)上位機通信軟件的設(shè)計，我從對CAN總線相關(guān)技術(shù)一無所知到有了一點了解，鞏固了曾經(jīng)學(xué)過的知識，鍛煉了理論與實際結(jié)合解決實際問題的能力，同時也提高了我查閱文獻(xiàn)資料的能力，使自己有了全方位的提高，豐富了自己的經(jīng)驗。
本文主要完成了以下的研究：
1、對CAN總線的研究背景、發(fā)展現(xiàn)狀及本課題的研究目的和意義進行了論述。
2、簡單分析了CAN2.0協(xié)議和CAN控制器SJA1000。
3、介紹了本課題的開發(fā)環(huán)境和CANUSBⅠ/Ⅱ只能CAN接口卡。
4、基于VC++設(shè)計CAN通信軟件，并實現(xiàn)了以下功能：
①正確識別CAN設(shè)備并打開CAN通道；
②可封裝CAN報文進行發(fā)送；
③可接收CAN數(shù)據(jù)幀，并能對接收的數(shù)據(jù)幀進行解析：在數(shù)據(jù)列表中顯示報文的相關(guān)參數(shù)信息（如：幀ID、幀格式、幀類型、DLC值以及幀數(shù)據(jù)等參數(shù)）；
④具有過濾功能，可不顯示指定的協(xié)議幀。
5、對軟件功能進行測試，并發(fā)布軟件。
由于自身水平所限，畢業(yè)設(shè)計必定還有很多不足和欠缺考慮的地方，也感到自身知識的貧乏，希望在日后的努力中能夠更加完善。
致謝
本人的畢業(yè)設(shè)計一直是在李艷老師的悉心指導(dǎo)下進行的。李老師治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，要求嚴(yán)格，學(xué)識淵博，為人親切。從課題的選定、方案的確定、實際的設(shè)計到論文的寫作，李老師都給予了無微不至的關(guān)懷。在整個畢業(yè)設(shè)計過程中，李艷老師時時以高標(biāo)準(zhǔn)要求，嚴(yán)格安排時間，并為我指明大方向，使我少走很多彎路。在遇到問題時，李艷老師也耐心指導(dǎo)，循循善誘，讓我能夠獨立思考，順利地完成我的畢業(yè)設(shè)計。在此表示誠摯的感謝和由衷的敬意。
此外，我還要感謝許多同學(xué)在整個過程中的幫助和配合。
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