车机CAN总线模拟器的自制

2016-02-05 16:44:47| 分类：兴趣（从我的网易博客复制）

前段时间数码之家论坛上有人卖车机，可能是高尔夫7上升级了新导航，换下旧的单色屏车机，是德赛西威的，编号5GG 035 185，主要是不到30元还包邮，实在抵抗不住诱惑入手了一台。
尾线啥的都好弄，从备件里找出接插件焊上线就搞定了，主要是该车机还需要有解码器，否则蓝牙、电话功能不能用，而且一个小时后会自动关机。当时觉得觉得一起买的太贵了，就从另一家店铺里买了个解码器，结果没注意看内容，竟然买回来不能用（卖家说有高速和低速两种，我的这种车机是高速的），在淘宝上一搜，比车机还贵不少，一气之下就准备自己做一个。
开始先研究了下淘宝买的低速解码器，见图：

很明显用了一个单片机，不过不知道是什么型号，我看了下管脚，1和8脚是电源正负极。在我的印象中，STM是没有SOP8封装的，然后在用过的AVR、PIC、STC里回忆了一下，应该是PIC系列的。其他的部分应该是MOS管和二极管啥的，电路没看，应该不复杂。
然后开始啃CAN协议知识，一边啃一边觉得CAN这个东西真是好，应该大力推广。先介绍下历史，CAN总线是汽车设备厂家bosch公司发明的，因为随着汽车里设备的增加，设备之间的连线也成几何级数的增加，bosch公司就发明了CAN，通过两根双绞线可以完成所有设备之间的互联，而且CAN天生就具有防冲突的功能，能够实现控制设备之间的高速通信。两个线分别是CAN+和CAN-，CAN+只有高电平和悬浮两种状态，CAN-只有低电平和悬浮两种状态，当发送0信号就是支配信号时，CAN+和-分别是高低电平，如果发送1信号，两个线处于悬浮状态，即释放信号。这样就算有多个设备同时发出不同的信号，也会由于只有支配信号起作用，不会出现其他总线的互相干扰或者烧毁器件的情况。
CAN总线学习的差不多了，在淘宝上买了一个CAN收发模块（采用MCP2515和TJA1050），准备先做一个RS232转CAN的收发器，我给它启了个名字叫TTL2CAN。单片机用PIC18F1824，MCP2515的驱动在网上也是现成的，做起来很简单。主要碰到一个问题是单片机速度不够，当PC发送19200BPS的串口数据时，接收会丢数据，而此时已经用到最高32MHz的主频了，因此只能实现9600BPS的串口通信（用C写的，改用汇编可能会更快点，不过主要目的是能收发CAN数据，波特率不是很重要）。
开始准备破解车机的协议，发现用PC连上TTL2CAN，发送各种数据尝试，发现车机都没有响应（其实此时离成功太遥远了），后调试程序，发现CAN发送总是失败，TXERR总是被置位。悲剧的是MCP2515也不提供详细错误的标识，于是开始到网上寻求帮助。百度里居然没有任何相关的有用的信息，只好想法google，终于在一个德文论坛上找到一段对话，大概意思是没有接收者就不能发送，因为CAN消息中有一个bit是接收方反馈的，如果总线上没有任何接收方，这个bit将会是1，表示没有响应，发送方就会认为没有一个接收方确认此消息，也间接表明发送的数据是无效的，因此反复重发。
弄清这个原理，就好理解为什么市售的模拟器都没有用CAN控制器来做了，因为必须要同时模拟出发送和接收方的电平，因此必须得用单片机直接模拟电平信号，想到这里，我开始设计一个硬件电路，满足CAN总线对线路电平的需要。电路图大致如下，开始的时候用的是三极管，测试的波形惨不忍睹，0的时候还好，1的时候下降延时有100us左右，要知道500Kbps的CAN一个bit的时间才2us，后来调整了电路，换成MOS管基本符合要求了。Q1、Q2用的是N-MOS，Q3用的是P-MOS，随便型号，封装SOT-23就行。

单片机的选型没什么悬念，我手里正好有PIC12F1822，也是8脚的，推测淘宝卖的低速模拟器用的就是这个，内置RC主频最高32MHz（8MHz的指令频率），如果要完成500Kbps，需要16个指令周期完成一个bit的发送。这个要求貌似比较简单，其实很难，C代码经过编译以后一个循环就10个周期了，还要先寻址字节，再寻址位，单片机内存总共就128字节，后来改变了思路，采用空间换时间的方法来解决。修改了延迟代码，用MICRO X IDE模拟时间隔正好2us。
再后来就是反复调试，车机也一直无响应。期间还从国外网站上搜大众汽车的CAN_id列表，也都没有测试成功。就在准备放弃的时候，我坚持再进行一次测试，就是用我自制的模拟器，用我的TTL2CAN看能否收到，测试果然收不到，说明模拟器还是有问题，经过1天的思考，我用自制的示波器观察后判断问题还是在发送时序的代码上，后来发现问题是X IDE的stopwatch不准，如果把里面一个复位的选项去掉，显示的周期就是对的。我之前的代码实际上发送bit的间隔有22或者23个指令周期，后来耐心的调整汇编代码，终于实现16个周期的精准发送。
看前后的波形就能发现差异还是很明显的，下面两个图中上面的是调整代码之前的波形，仔细看的话就会发现，高低电平的时长不一样。

下面这个是调整代码以后的波形了，不过发送的数据实际上是不一样的，所以波形差别很大。

完成到这里，TTL2CAN已经可以正确的接收到模拟器发的报文了，最后再继续调试CAN模拟器，看车机是否有反应。
开始的时候用了网上搜的几个ID测试，没有反应，后来用穷举法进行测试，终于发现车机的蓝牙可以工作了，按键灯也有变化。随后慢慢减小ID的范围，终于确定了引擎工作的ID和亮度控制的ID，然后在慢慢测试其后的参数值，确定了具体的值。（具体的值我就不公布了，毕竟淘宝上众多的卖家还指望这个赚钱呢～）
这是最终完成的实物图，PCB是用雕刻机制作的（请无视焊工，我懒，从不清洗线路板），78L05前加了个稳压管，降低78L05的功耗。

到这里，从开始动手做CAN模拟器已经经过半个月了，当自制的CAN模拟器启动了车机的蓝牙和按键灯光后，心里很是激动。有志者事竟成，这不仅仅是一句口号，当我们碰到问题或者困难的时候，不妨再坚持一下，不要放弃，也许很快就会峰回路转、柳暗花明。
这次制作的难度很大，首先要学习CAN总线，自制收发器和模拟器，并且还要用模拟器破解车机的协议，应该超过一个重点大学毕业设计的难度了。总之，过年有新音响可以听了～

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