自制CAN开发工具的笔记——硬件选择

Posted 2021-04-25 Raspuino

自制CAN开发工具的笔记（1）——硬件选择

因工作需要，博主自制了一个CAN开发工具。在此把制作过程中的一些经验和心得记录与分享一下。该工具具备以下功能：

1. 汽车故障码清除；

2. 设置某些试验模式，比如转毂模式；

3. 模拟某些节点，发送CAN信号到BUS上；

3. 解锁网关并记录CAN报文保存成标准的asc格式；

4. WIFI方式无线传递数据到PC端。

这是一个系列的文章，会涵盖硬件选择、线路连接、系统设置、软件编写等。

博主在工作中需要频繁使用到CAN(Controller Area Network)开发工具，具体使用场景包括：

1. 读取与记录汽车控制器之间的交互信号；

2. 读取与清除故障码；

3. 设置某些试验模式——通过CAN网络跟某些控制器作交互来让某些控制器进入预设的某种试验模式；

4. 刷写控制器；

5. 篡改进出某个控制器的CAN信号，以模拟某些工况或触发某些故障。

博主自制CAN开发工具的起因主要有2点：

1. 正经的CAN试验设备比如带CANalyzer/CANoe授权的CAN case价格是非常高昂的——跟其它汽车试验工具一样。因此在大部分单位里还算是稀缺工具，很多时候需要共享使用。因此自制一个能在大部分场景下替代CANalyzer/CANoe的工具，有经济性动机。

2. CAN开发工具的使用场景中，有许多操作发生的频率非常高，但步骤有些繁琐。如果能有一个“一键完成”的功能，就可以把人从这样的琐事中解放出来，专注于开发试验本身而不是这些旁枝末节。

硬件选择上，这个CAN工具会需要1个CAN收发芯片，以及1个能跟CAN收发芯片通信、在应用层编程实现一些功能的控制器，另外还有一些开关、LED灯、显示屏之类的可以根据需求选用。

1. CAN收发芯片

在淘宝上找了一个最便宜的Niren MCP2515芯片，集成了CAN控制器与收发器，可以跟上层控制器通过SPI协议交互，最高通讯速率1Mb/S。这已经能完全满足博主的使用需求了。

2. 上层控制器

根据不同的应用需求，可以选择不同的控制器。

2.1 Arduino Nano

跟MCP2515进行SPI通信没有问题，收发速率也满足需求。但“记录所有报文并保存到电脑”这个功能比较难处理。博主尝试过通过串口通信把报文传递到PC，然后在PC端再运行一个程序来记录保存，但这个通信的速率达不到需求——即每0.001秒内保存4帧8个bytes的报文。博主也考虑过让Nano把数据直接保存到SD卡上，但淘宝上大部分易得的SD读写模块都是SPI通信的，有冲突。当然理论是是可以跟2个SPI模块同时通信的，博主没有尝试过。

2.2 Raspberry Pi Zero W

选择树莓派来作主控制器，优点太多了（虽然成本是Arduino Nano的10倍，哈哈哈）：

——带GPIO，除了跟MCP2515通信之外，还可以接入大量开关以方便地输入不同的操作，更可以接入LED甚至显示器以输出状态信息；

——带SD卡，可以即时保存数据到本地；

——带Wifi芯片，不但可以通过ssh等方式监控当前的状态，还可以方便地以无线形式把数据传递到PC上；

——带完整的操作系统，还具备数据处理能力，可以把PC端的一部分数据处理功能下放到工具里预先自动完成。

Raspberry Pi Zero W需要稳定的5V电源。这个在大部分时候并不是个问题，因为现在汽车上基本上会带USB插口，另外在试验时一般也会带着笔记本电脑，可以通过USB给树莓派供电。但既然是为了追求便利来制作了这个工具，当然是希望越省事越好。所以博主选择从汽车OBD口——也就是大部分场景中CAN总线的接口——取12V电，转换成5V供工具使用。

树莓派的GPIO是3.3V的，而Niren MCP2515是5V的，所以需要用1个逻辑电平转换模块来相互连接，否则要么会损坏树莓派的GPIO，要么CAN收发芯片无法正常工作。

当然，像OBD口接头、DB9接头、屏蔽护套线之类的都可以方便在网上购买。

在下一篇文章中，我们将会讨论如何使用Arduino Nano来制作一个CAN开发工具。