新能源工程機械CAN總線報文解析

摘 要：近幾年，隨著技術的發展，應用CAN總線系統的工程車越來越多。與普通線路相比，CAN總線具有各電器系統相對獨立，相互之間關聯較少，線路相對簡單等特點。只要能夠掌握CAN總線原理，車輛各電氣系統的原理圖，CAN總線各模塊功能及其在車上的位置，就能通過故障現象，迅速準確地排除故障。本文針對新能源工程機械報文解析在故障診斷的方面應用，通過報文的獲取，報文解析進而確定故障原因。

關鍵詞：CAN協議 報文 報文格式 報文解析

1 CAN協議概述

1.1 相關術語介紹

總線：節點（功能部件）間信息交換技術；作一個比喻：電腦處理信息就好像在不斷穿梭接送乘客的BUS，而各個計算機部件就是一個個車站，從而將信息連接到每個計算機部件的。

CAN總線：CAN總線是英文Controller Area Network的縮寫，就是某種信息交換技術的網絡布置方法。其等效原理如圖1。

總線分類：在工程機械上已經出現了多種總線標準，從總線所實現的功能角度分，

可分為兩類：

一類是控制策略驅動的總線，如SAE的J1850、德國大眾的ABUS、博世的CAN、ISO11898和ISO11519、美國商用機器的AutoCAN、ISO的VAN、馬自達的PALMNET、以及用于低速場合的LIN等。

一類是以大量數據傳輸為目的的多媒體總線，如IDB-C、IDB-1394、MOST、AMIC-C等。

協議：網絡協議的簡稱，通訊雙方必須共同遵從的一組約定。簡單的說了，網絡中的節點要能夠互相順利的通信，就必須講同樣的語言，協議就相當于符號化的語言。工程機械中采用J1939CAN網絡協議。

1.2 通訊協議的三要素

a：語法：數據與控制信息的結構或格式；簡單的說，類似語言中的：主謂賓，定狀補

b：語義：結構或格式中每部分所表示的現實含義。如：何種控制、何種響應等

c：時序：事件實現順序的詳細描述

在CAN協議中存在大量專業術語，在此不再敖述，可以參考CAN網絡協議標準[1]。

2 何為報文

報文：將位于應用層的信息分組稱為報文，是網絡傳輸中的數據單元，包含了數據的完整性。以幀為最小傳輸單位，長度不限且可變。在網絡傳輸過程中不斷的封裝為段、組、包、幀來傳輸。封裝的本質就是添加一些信息域俗稱報文頭。

（1）數據單元：報文是計算機網絡中傳輸的數據單元。它是信息在網絡中傳遞的基本單位，類似于日常生活中的信件或郵包。

（2）封裝和解封裝：報文在傳輸前需要經過封裝的過程，即將數據添加額外的頭部信息，以便在網絡中正確傳遞到目標位置。在目標位置，報文會被解封裝，也就是將頭部信息去除，還原出原始的數據。

（3）標識信息：報文通常包含標識信息，例如源地址和目標地址，以確保數據被正確傳送到目標設備，并讓接收方知道報文的來源。此外還有控制信息、仲裁信息、檢驗信息等。

（4）通信協議：報文的格式和規則由通信協議定義。不同的應用和協議可能會使用不同的報文格式，但它們都遵循相應協議規定的結構和處理方式。

CAN通訊協議的基本格式：如圖2所示。

基本格式=報文頭+報文體+報文尾。

報文頭：包含通訊開始時所涉及的必要標識信息，例如控制信息、仲裁信息、功能信息、擴展信息、源地址、目標地址等，對應的是：幀起始、仲裁場、控制場。

報文體：應用層需求的信息，對應的是數據場或域。

報文尾：包含通訊結束時所涉及的必要標識信息，如應答信息、檢驗信息等。對應的是CRC場、ACK場、幀結束。

（5）數據傳輸：報文通過計算機網絡進行傳輸，經過多個中間節點，如路由器、交換機等，通過這些節點的轉發，最終到達目標設備。

（6）標識符：信息的抽象符號，以位為最小單位，以域為最小功能單位。

3 CAN報文的采集

（1）CAN報文采集所需的軟硬件。硬件有：CAN盒（周立功）、測試線、存儲設備（SD卡或優盤），與硬件相匹配的軟件，CANPRO、USBCAND等。軟件安裝在筆記本電腦上。

（2）采集過程：通過測試線把CAN盒輸入口與整車的診斷口相連--輸出口與電腦相連--打開車輛電鎖--打開USBCAN軟件--選擇CAN通訊通道--選擇通訊波特率（在工程機械一般為250KB或500KB）--啟動車輛，在軟件交互窗口獲取報文。如圖3所示某車型所獲取的報文，其中Message Number：報文序號信息；Time Offset（ms）：報文采集時間信息；Bus：總線通道信息；Type：報文傳輸方向（其中Rx表示接受，Tx表示發出）信息；Reserved：保留位（用于功能擴展）Data Lengh Code：表示數據長度信息，其中數字8代表數據長度占8個字節；Data Bytes（Hex）：表示報文數據信息，以十六進制形式表示；ID：報文唯一標識符，類似我們身份證，與數據場一一對應。

4 報文的解析

報文的解析分為兩部分：第一部分對報文的標識信息的的解析，第二部分對報文體的數據進行解析。下文將對這兩部分進行詳細的解釋。

4.1 報文標識信息的解析：主要是對報文的ID進行解析

CAN報文的ID根據CAN協議中規定可分為：標準幀的ID為11為二進制數構成，以十六進制形式顯示；擴展幀的ID為29為二進制數構成，同樣以十六進制顯示。目前工程車輛都使用擴展幀結構即29位ID。幀ID中所包含的信息：優先級、參數組編號、源地址、目的地址四個信息。現以某車型實際報文為例進行說明：所采集到的報文如圖4所示。

ID的十六進制的形式為：0C08E4DC。

其中最后兩位DC為：源地址（Source Adress簡稱SA），作用：告知我們數據場的數據來源，也就是說這些數據是哪個節點發出來的。其中DC為廠家自主定義，源地址與節點一一對應，不可重復，一個節點只能獲得唯一一個地址碼。該處某廠家定義為：DC-DC模塊的地址標識符。表1某廠家節點模塊地址碼定義。

前面六位十六進制數0C08E4為參數組PGN（Parameter Group Number）：傳輸數據參數的集合，每一個參數組都有一個唯一的標識符稱為參數組編號。參數組依據功能進行分配，例如命令參數組、數據參數組、請求參數組、應答參數組等。這些在CAN協議標準中進行明確的規定。PGN如圖5所示：

最前面3位二進制 表示優先級（Priority）信息，數值越小，傳輸優先級越高。作用：可以明確該條報文的收發優先級，如圖5所示中：當PF的值大于等于十進制的240，則字節3的數據表示目的地址為全局（GE）；當PF的值小于十進制的240，則字節3的數據表示目的地址為特定（DA）；作用：可知是哪個或那些節點是需要接受信息。

4.2 報文的數據解析：主要是指數據場的數據進行解析

CAN報文數據場由8個字節組成，共計64位二進制（如表2）。可以存放數據類型：可以是狀態值或測量值。1個byte由8個bit組成，byte稱為“字節”，bit稱為“位”，bit的數值只能是“0”和“1”數據由廠家自行定義。以圖4某廠家實際報文為例：該報文的數據為：0A 28 10 27 10 27 38 48。

在解析數據時需要根據廠家實際的DBC（Data Base Can）文件來進行解析（如圖6）。

如圖6所示，我們先看圖5 DCDC工作狀態數據在第7字節第7位，根據描述欄：其中“0”表示停機狀態，“1”表示運行狀態。實際測量值中（圖7所示）在第7字節第7位的值位0，說明DCDC沒有運行。該車現在存在故障。DCDC工作運行的條件：有輸入電壓和并有輸出電壓和。接下來根據圖圖5中的規定分別計算一下這些值。

DCDC輸入電壓：用兩個字節來表示，分別占用第5字節的0-7位和第6字節的0-7位；再根據圖5所示這兩個字節中的數據為十六進制的10和27，該協議采用的MBS規則，寫成十六進制順序為2710，將十六進制轉化為十進制：（2710）16=（10000）10，得到10000。

根據公式：測量值=十進制數值*分辨率+偏移量，該DCDC輸入端電壓=10000*0.1-1000=0V。

0V說明DCDC沒有輸入電壓，所以DCDC沒有運行。我們可以把故障鎖定在DCDC輸入端。

最終故障原因為高壓盒給DCDC供電的接觸器損壞導致。

DCDC輸出端電壓：用兩個字節來表示，分別占用第1字節的0-7位和第2字節的0-7位；再根據表2所示這兩個字節中的數據為十六進制的0A和28，該協議采用的MBS規則，寫成十六進制順序為280A，將十六進制轉化為十進制：（280A）16=（10250）10，得到10250。

根據公式：測量值=十進制數值*分辨率+偏移量，該DCDC輸出端電壓=10250*0.1-1000=25V。

重要提示：此數據只能明確蓄電池電壓正常但是不能確定DCDC正常。同理可以計算DCDC輸入和輸出電流均為0A。讀者可自行驗證。在此不再敖述。

5 結語

本文以實際案例為引線，詳細闡述報文獲取、解析在實際中的具體應用。包括實際中所用到的硬、軟件工具，報文獲取以及解析流程步驟。為廣大讀者提供了具有現實的指導意義。

參考文獻：

[1］劉君濤．計算機通信網絡安全與防護策略的相關思考[J].通訊世界，2016（19）：104-105.

[2］王磊．關于計算機網絡信息安全及防護策略探究[J].電腦知識與技術，2014，10（19）：4414-4416.

[3］張揚，申朝，曾昭凱，等．CAN總線技術在電動汽車上的實現[J].沈陽工業大學學，2006，28（5）：563-565.

[4］韓成浩，高曉紅.CAN總線技術及其應用[J].制造業自動，2010，32（2）：145-147.

[5］楊兵，耿仁義．國產汽車CAN總線發展[J].科技創新導報，2009，25（32）：193-194.