—種基于嵌入式Linux的柴油機故障診斷模塊設計方法

蔡彭騎

摘要：隨著柴油機電控系統和車載CAN網絡的廣泛使用，基于車載網絡運行的柴油機故障診斷系統具有非常重要的作用。文章基于嵌入式Linux系統設計了一種能夠解析J1939網絡協議的柴油機故障診斷模塊，具有成本低、可維護性和可擴展性好等優點。在東風康明斯CM2150柴油機上實驗結果表明，該模塊能夠正確高效地實現電控系統故障診斷。

關鍵詞：嵌入式Linux；柴油機；J1939協議

隨著車載電控技術的飛速發展，柴油電控發動機及車載網絡技術已經得到了普遍應用。目前，高性能的柴油發動機故障診斷系統主要都采用國外企業生成的產品，這不但增加了國內汽車企業的運用成本，也妨礙了我國發展具有自主知識產權的汽車工業。因此，本文嘗試基于開源軟件平臺設計一種柴油機故障診斷模塊。該模塊基于嵌入式Linux操作系統內核，通過對車載J1939網絡故障診斷協議進行解析，實現電控柴油機的故障診斷。該模塊提供了完善的應用接口，能夠高效融入各種現有車載故障平臺，具有較好的應用性價比[1]。

1 系統架構

本文設計的柴油機故障診斷軟件模塊在邏輯上分為硬件抽象層、內核層、J1939解析層和應用層共4層，其架構如圖1所示。

2 硬件抽象層設計

本文設計的硬件抽象層的主體是硬件資源包（BSP）。BSP的作用是對底層硬件的參數細節進行封裝，并向內核提供訪問接口。本文選擇的硬件平臺是飛思卡爾imx6q處理器，所以BSP移植針對imx6q處理器展開，其方法如下。

（1）在＼mqx＼source＼bsp和installdir＼lib目錄下分別創建新的目錄fsmqx；

（2）將nscf51acrl.mem 文件中的：

“range 0x00000410 0x0003FFFF 4 ReadWrite //Second Section of the 256KBytes of Flash Memory

reserved 0x00040000 0x007FFFFF ”

改為：

“range 0x00000410 OxOOOlFFFF 4 ReadWrite //Second Section of the 128KBytes of Flash Memory

reserved 0x00020000 0x007FFFFF ”

（3）將$installdir＼mqx＼source＼bsp＼nscf51acrl＼cw＼intflash.lcf文件中的：

“：rom（RX）：

ORIGIN = 0x00000440， LENGTH = 0x0003FBBF #Code + Const data # = 0x3FFFF - 0x440：：256K Flash”

修改為：

“rom（RX）：ORIGIN = 0x00000440， LENGTH =0x0001FBBF # Code + Const data # = OxlFFFF - 0x440：：128K Flash ”。

3 嵌入式Linux內核移植

嵌入式Linux系統是一種針對嵌入式設備的開源、多任務操作系統。該系統具有性能穩定、可移植性好等優點，廣泛應用在各類非實時嵌入式計算環境中。因此本文將其移植到基于的嵌入式平臺上[2]。具體移植方法如下所示。

3.1 驅動定制

因為飛思卡爾imx6q處理器集成了CAN總線驅動器MSCAN，所以本文所設計系統為MSCAN。

定制驅動程序mscan.c和mscan.h。其設計方法為：

（1）MSCAN初始化的流程如圖2所示。

（2）CAN數據幀收發功能設計。

CAN數據幀發送和接收功能流程如圖3—4所示。

3.2 文件系統定制

文件系統的作用是管理各類固化存儲器中的程序文件和配置文件。本文基于Yaffs2制作了嵌入式Linux文件系統鏡像[3]。

4 J1939協議解析

J1939協議是一種位于CAN總線應用層的通信協議，用于定義和規范CAN數據幀中ID域和DATA域中的各項內容。該協議基于J1708和J1587協議標準開發，具有運行開銷低、通信過程高效等優點，廣泛應用于各類中大型客貨車輛中[4]。J1939協議包含了J1939/11，J1939/21，J1939/31， J1939/71， J1939/73等子協議，其中J1939/73定義了車輛電控單元通信應用層和故障診斷方面的規范[5]。因此，本文所設計模塊的核心任務之一是對該協議進行解析。解析過程主要針對PDU數據包展開，其基本方法包括以下兩個[6-7]。

4.1 ID識別

根據數字字典中的ID類型對CAN數據幀ID進行模式匹配，具體方法為正則匹配法。

4.2 DATA區解析

采用協議樹查找法對CAN數據幀DATA區數據進行解析，得到柴油發動機電控系統的原始參數。

5 實驗

將本文設計的柴油機故障診斷模塊通過CAN總線電纜和東風康明斯CM2150柴油機的OBD接口進行連接。分別進行故障碼讀取和數據流讀取兩項實驗。該系統正確讀取到了2組故障碼，分別是水溫傳感器信號線對地短接，燃油軌道壓傳感器信號線斷路。該系統能以10 Hz的采樣率正確讀取發動機轉速、油門踏板開度、燃油軌道壓力、進氣量、水溫等工況數據，達到了預期效果[8]。

6 結語

本文基于嵌入式Linux系統設計了一種能夠解析J1939網絡協議的柴油機故障診斷模塊，具有成本低、可維護性和可擴展性好等優點。在東風康明斯CM2150柴油機上實驗結果表明，該模塊能夠正確高效實現電控系統故障診斷。

[參考文獻]

[1]孫鵬.柴油機共軌電控噴射系統故障診斷方法探討[J].山東工業技術，2018（8）：44.

[2]劉世偉.船舶柴油機故障診斷技術發展現狀與趨勢分析[J].內燃機與配件，2018（6）：146-147.

[3]張遠征.基于嵌入式Linux與QT的礦用柴油車虛擬儀表軟件設計[J].煤礦機械，2016（12）：163-165.

[4]李招峰.基于嵌入式技術的柴油機故障診斷系統的設計[D].武漢：武漢理工大學，2012.

[5]劉魯平，張鳳登，車蕊.基于CAN總線的柴油機故障診斷系統[J].電子測量技術，2016（12）：184-188.

[6]李文靜.船用柴油機信息化系統硬件在環系統的研發[D].上海：上海工程技術大學，2014.

[7]佚名.基于CAN總線的常見的應用層協議：J1939，CANopen，DeviceNet[J].國內外機電一體化技術，2018（1）：42.

[8]汪志斌，吳長水，黃敏濤，等.基于J1939協議的車輛故障診斷與ECU報文解析[J].單片機與嵌入式系統應用，2017（12）：7-11.