SD卡应用于汽车CAN总线
汽车CAN总线的广泛应用创造了基于CAN总线的其他设计，下面成都盘沣科技工程师将为大家介绍用SD卡来实现记录汽车CAN总线数据的设计，介绍基于LPC2368的SD卡FAT文件系统的实现方法，并给出了该设计的硬件接口与软件实现，阐述了SD卡应用于大容量数据记录的优点。
SD卡应用于汽车CAN总线
设计以SD卡作存储载体，实现实时记录CAN总线上数据的记录仪，具有容量大、体积小、重量轻、接口电路简单等特点。并且记录的数据文件可以为PC机所识别，通过PC机上的分析软件对其进行分析和回放，作为历史数据用于数据对比。
1 硬件接口设计
硬件平台的控制核心采用NXP公司的ARM7芯片LPC2368, 该芯片是基于ARM7TDMI-S内核的32位微控制器，可在高达72 MHz的频率下操作，功能强大且成本低，具有高达512 KB的片内Flash、32 KB的SRAM，内部具有丰富的系统外围设备控制器，包括SD控制器和CAN控制器。
SD卡支持2种工作模式：SD模式和SPI模式。SD模式允许4线高速数据传输，SPI模式允许简单通用的SPI通道接口, 但读写速度大大降低。由于CAN总线数据传输速率较高，因此本设计采用SD模式的4线高速数据传输功能。
LPC2368与SD卡接口电路如图2所示，使用SD通信协议将SD和LPC2368相连实现数据传输。CMD传输SD控制器的命令及相关参数和SD卡对命令的响应信号，DAT0、DAT1、DAT2、DAT3传输读写数据，CLK为时钟信号，并由主控芯片来控制SD卡的电源。
2 系统设计
SD卡应用于CAN总线数据记录仪的系统结构图如图1所示，CAN总线数据仪工作时应挂接到汽车CAN总线上，成为一个CAN节点，以便采集CAN数据信息。主控芯片的主要作用是进行数据采集并将采集到的CAN数据以文件格式存储在SD卡上。此外，SD卡在数据组织结构上与PC机格式兼容，这里选用FAT32文件系统，使记录数据可以直接供Windows操作系统下的应用程序使用。
3 软件设计
3.1 SD卡底层读写
SD卡的读写操作都是基于命令的，主控芯片通过向SD卡发送相应的命令并读取相应的响应来实现对SD卡的控制，在对SD卡读写之前，首先要对SD控制器进行初始化，完成各项参数的配置，包括控制器与CPU数据传输的DMA方式、传输速率和读写数据块长度等，之后需要对SD卡进行初始化，这是确保SD卡正常数据读写的前提。SD卡的初始化流程如图3所示。
SD卡初始化完成之后如果要使用默认的块读写长度（512 B），就可以进行SD卡的读写。当然，也可用CMD16命令来设置SD卡的块读写长度，可以是1B～512 B之间的任意值。但是对SD卡的写过程则要求块长度必须为512 B。无论是SD卡的读还是写，都要求在读写命令发送后有数据起始令牌FEH，数据传输结束有2 B的循环冗余编码CRC。本设计采用默认的块读写长度。
3.2 FAT32文件系统
存储在SD卡中的数据为二进制数据，为了使其能为计算机所识别，SD卡文件系统必须与计算机的文件系统一致。目前Windows系列操作系统中最常用的文件系统有FAT16、FAT32及NTFS等。由于汽车CAN网络的数据量大，并且记录仪需要记录长时间的数据，所以本设计选择FAT32作为SD卡的文件系统，FAT32最大支持单个文件4 GB容量，满足CAN数据记录仪的要求。
FAT32文件系统由系统引导记录区、FAT表区、文件登记表区和数据区四部分组成。系统引导记录区存储SD卡有关磁盘的结构信息，包括扇区字节数、FAT表的数目和总扇区数等；FAT表是FAT32文件系统中用于磁盘数据（文件）索引和定位引进的一种链式结构，它准确记录着已经被占用的簇，并为每个已经占用的簇指明存储后续内容的下一个簇的簇号。文件登记表FDT记录文件的登记项，每个登记项占32 B，记录了文件的起始簇号、大小以及创建和最后修改的时间等；数据区用于存储文件数据。
SD卡的文件系统主要功能包括创建文件、打开文件、写文件、读文件和关闭文件。在应用中，可以根据实际情况，增删以上功能，以简化系统。
考虑数据采集对系统实时性的要求, 对FAT表区的链式结构进行简化，磁盘的空闲空间是连续的,采用连续存储方式，这样略去了每次去FAT表搜索空闲簇的过程，满足系统对实时性的要求。简化后的链式结构是直线链, 即写满一个扇区自动写下一个扇区, 写满一个簇自动写下一个簇。
3.2.1 文件的创建
在SD卡上创建文件就是在文件目录表FDT中申请登记项和向FAT表中的FAT项填写空闲簇号的过程，流程图如图4所示。程序首先在系统引导记录区获取SD卡磁盘的结构信息；接着要检测文件登记表FDT中是否已经存在该文件，如果存在同名的文件，则返回，创建文件失败；然后申请空闲的FDT表项，申请FDT 表项成功后，程序会检测磁盘剩余的空间是否满足新创文件数据长度的需要，然后寻找第一个空闲的簇号，并修改对应的FDT表项。由于文件都是连续的,在FAT表中的FAT链表是直线链即前一簇指向后一簇，根据文件的大小，向FAT表区填写FAT链表，直到最后一个FAT项写入0x0FFFFFFFH，表示文件结束。
3.2.2 文件的读/写
SD卡上文件都是以簇为单位存取的，向SD卡上的文件写数据时，首先要根据文件名查找到该文件的文件登记项，根据文件登记项中的起始簇号即可找到文件在数据区中第1簇，向数据区对应的簇中写数据，并且可以在FAT表中找到第2个簇号。根据第2个簇号又能向第2簇写数据并找到FAT 中的第3个簇号，以此类推，直到FAT表中最后一项0x0FFFFFFFH，完成写文件。读取文件的过程与写文件类似。
SD卡在记录汽车CAN总线数据中的应用程序流程图如图5所示。其中LPC2368以中断方式将接收到的CAN数据以及接收时的时间存储到数据队列里，并立即跳出中断,进行主程序的处理或等待下一帧数据的接收中断,从而避免报文的丢失。
SD卡应用于汽车CAN总线
本设计采用SD卡作为外部存储介质，将实时采集到的CAN数据信息以标准文件的格式保存于SD卡中，具有性能可靠、使用方便、重量轻及存储容量大等特点，具有广阔的应用前景。
以上就是成都盘沣科技工程师为大家介绍的关于SD卡应用于汽车CAN总线的内容。成都盘沣科技为高校提供汽车CAN总线教学系统以及汽车电子师资培训，为国产汽车电子人才培养提供一份力量。
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