试论CAN总线数据记录仪的研究与设计

摘要：本文通过对CAN总线进行概述的方式引入正文，通过理论与实际相结合的方式，首先针对CAN总线所对应数据记录仪软件的设计工作展开了深入探讨，然后又针对数据记录仪硬件的设计进行了系统探究，希望可以在某些方面为设计人员提供帮助。

关键词：CAN总线数据记录仪；研究；设计

CAN总线最初作为串行数据通信的总线被用于对大量汽车测量控制部件所对应数据进行交换的过程中，通过不断的实践与优化，现阶段，CAN总线以自身愈发完善的良好性能，开始在航空航天、工业控制等诸多领域发挥作用，并且由此而成为国际范围内应用范围最广泛、频率最高的现场总线。因此，对CAN总线的数据记录仪进行研究是非常有必要的。

1 CAN总线数据记录仪软件设计

1.1 设计流程

对数据记录仪软件进行设计时所应用的编程方式为C语言，设计方法为模块化程序，设计人员需要保证对软件流程加以安排的合理性，只有这样才能保证不同模块在运行过程中的协调配合，也才能达到有效控制硬件电路的目标。数据记录仪在上电之后，首先需要进行的是对CAN控制器、单片机等部分的初始化操作，需要注意的是，一般来说数据记录仪所对应USB接口的默认工作模式是主机模式，当然，相关人员可以通过对外部按键进行选择的方式让USB接口由主机模式向从机模式进行转变。如果USB接口应用的工作模式为主机模式，那么系统软件首先需要对记录仪和U盘是否已经连接完毕进行判断，避免一直等待的问题出现，如果二者已经连接完毕并且处于准备的过程中，就可以选择在U盘中根据实际需求创建用于对数据进行接收并且存储的文件，在文件记录工作告一段落后将文件关闭，记录工作完成，对存储格式为FAT16的数据文件而言，该类数据文件可以通过计算机直接完成相应的读取工作[1]。如果USB接口应用的工作模式为从机模式，相关人员可以通过将上机位和USB接口进行直接通信的方式，完成CAN总线数据的上传工作，再通过上机位对上传数据进行解析并显示。

1.2 USB存储模块

1.2.1 传输类型

（1）批量传输。批量传输的原理是通过对USB总线空闲带宽进行有效利用，以此来完成数据的传输工作，批量传输通常被用于传输大量数据，或是传输对速率与时间要求相对宽松的数据。对于空闲总线而言，在诸多传输类型中拥有最快传输速度的即为批量传输。

（2）同步传输。同步数据需要对最大的传送次数以及带宽值加以确定。与批量传输不同，同步传输通常被用于传输对时间具有严格要求的数据，或容错性较强的数据。除此之外，在同步传输的过程中，主机能够保证所对应数据能够在特定时间内完成传输工作。

1.2.2 程序设计

一般来说，计算机会将位于USB设备内部用于存储的单元组织为相应的文件系统，这样做能够在某些方面为计算机和USB设备之间对某些数据进行交换的过程提供便利，对于单片机而言，USB设备同样可以被组织为相应的文件系统。当然，单片机在对USB设备所对应文件系统进行处理时，通常不包括传输协议层、硬件接口芯片以及用过山区对硬盘或是闪存进行读写这三个内部结构层次，但是对作为内置相关程序的主机接口芯片——CH375而言，在对其加以应用的过程中，需要单片机程序进行处理的文件系统仅仅包括FAT系统。

1.3 CAN通信模块

CAN通信模塊最主要的作用在于对CAN总线所对应报文进行接收和存储。首先需要对上电后的系统进行初始化，然后方可开展接下来的工作。对处于CAN总线之上的数据而言，在接收过程中使用频率较高的方式为中断接收，也就是说每当系统完成对一帧CAN报文的接收工作后，便需要通过一次中断实现对单片机的触发，使单片机在中断过程中完成对这一帧数据的读取和在缓冲区内进行暂存的工作，在缓冲区被暂存数据填满之后，再将数据一次性写入到所对应的U盘之中。

2 CAN总线数据记录仪硬件设计

2.1 设计总方案

作为总线网络和总线节点之间的通信平台，CAN总线所对应数据记录仪的硬件结构通常由以下几个方面构成：电源模块、实时时钟模块、通信模块、控制模块等。下面就针对众多硬件结构中具有代表性的实时时钟以及电源模块展开讨论，为数据记录仪的设计提供帮助。

2.2 电源模块

作为在各类电子系统中均具有非常重要位置的组成部分，电源自身性能的优劣与电子系统是否能够稳定运行存在直接联系。对所设计的数据记录仪而言，由于为系统供电的电源电压为12V，系统各部分所需电源电压为5V和3.3V，因此，设计人员需要保证对稳压芯片进行选择的合理性，才能完成为系统提供所需不同电压的工作[2]。

2.3 实时时钟模块

对于大部分数据记录仪来说，在监听所对应CAN总线网络的过程中，对所记录数据的起始时间加以明确是非常重要的，这样做不仅是因为所记录文件需要以记录开始的时间命名，更重要的是这样做可以在对历史数据进行回放的过程中，提供科学、系统的时间基准。除此之外，由于需要记录的文件数量较多，记录时间的存在还可以在某些方面为文件管理工作的开展提供方便。通过上文的分析可以看出，根据实际情况选择用以对准确时间信息进行提供的时钟芯片是非常重要的，DALLAS公司所生产的DS12CR887在数据记录仪中的使用频率相对较高。

3 结论

综上所述，文章主要以软件和硬件作为切入点，针对数据记录仪的设计工作展开了讨论。对软件设计而言，设计人员关注的重点应当放在USB存储模块和CAN通信模块这两个方面，对硬件设计来说，电源模块和实时时钟模块具有的重要性是不容忽略的。只有保证数据记录仪整体性能的有效提升，才能将CAN总线在各领域发展过程中具有的作用进行最完整的呈现，也才能推动社会的和谐、稳定发展。

参考文献：

[1]赵良，翁寅生，田宏亮.车载钻机CAN总线数据记录仪设计[J].电子设计工程，2015，（05）：5557.

[2]刘慧丰，李远哲，单建兵，王伟，贺海文.基于SD卡的CAN总线数据存储设备设计[J].计算机测量与控制，2014，（04）：12361239.

作者简介：刘洋（1994），男，湖北武汉人，本科，研究方向：自动化。