2025年5月28日 / 最終更新日時 : 2025年12月23日 岡登世菜 LabVIEW

プログラミングコース05 ー車載ネットワーク(CAN)を使った計測データ転送

プログラム課題

背景

あなたはプログラマです。一緒にプロジェクトに参加している先輩エンジニアから、以下に示す「車載ネットワーク(CAN)通信プログラム」を製作するよう頼まれました。プログラミングの前段階で用意できているものは、システム構成、要求機能のリスト、プログラム画面の3つです。

システム構成

要求機能

  1. CAN Interfaceを使用して、スピードメータ、タコメータ、外気温度、車内温度、ビームのCANデータを一定周期で送受信するプログラムを製作する
  2. スピードメータ、タコメータ、外気温度、車内温度、ビームのシミュレータを画面に配置して、送信データが編集できること
  3. スピードメータ、タコメータ、外気温度、車内温度、ビームをCAN Interfaceで送信すること
  4. 送受信周期が設定できること
  5. CAN Interfaceで受信したデータを物理的に変換して、グラフと一覧表に表示すること
  6. 一覧表のデータがcsv形式(カンマ区切り)でファイル保存できること
  7. 保存したファイルを読み込んでグラフと一覧表に表示できること
  8. キューメッセージハンドラを使用すること

プログラム画面

プログラミング解説

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用語

CAN(Controller Area Network)

自動車に搭載された電子制御ユニット(ECU)間の通信のために開発された、シリアル通信プロトコル。1994年に標準規格(ISO11898/ISO11519)となり、現在ではほぼすべての自動車のほか、工場や医療現場でも使用されている。

従来型の通信方式と比較して物理的な配線が少なく済む、ノイズの影響を受け難いといった特長がある。

通信方法の基本は、データを必要としているノードからリモートフレームを送信し、それに対して該当するノードからデータフレームを返すという形になる。フレームフォーマットには「標準フレームフォーマット」「拡張フレームフォーマット」といった種類がある。以下に標準フレームフォーマットで定義される項目の説明を示す。

2進数データの“0”のことを「ドミナント(優性)」、“1”のことを「リセッシブ(劣性)」と呼ぶ。

フィールド名ビット数目的
フレーム開始
(SOF)		1Start Of Frameビット。メッセージの始めを
ドミナント(０)で示す。
識別子11メッセージを一意に識別するIDと、
メッセージ優先度も示すビット列
リモート送信要求
(RTR)		1RemoteTransmissionRequestビット。
データフレームの場合はドミナント(０)、
リモートフレームの場合はリセッシブ(1)で区別する。
識別子拡張ビット
(IDE)		111ビットの識別子を持つ標準フレームフォーマット
ではドミナント(0)
予約ビット
(r0)		1予約ビット。ドミナント(0)である必要があるが、
ドミナント・リセッシブのどちらであっても許容する。
データ長コード
(DLC)		4データのバイト数(0-8バイト)
データフィールド0-64送信されるデータ(DLCフィールドによってバイト単位で指定された長さ)
CRC15CyclicRedundancyCheckシーケンス。
送信されたデータを正常に受信でき高野チェックに使用される。
CRCデリミタ1リセッシブ(1)を送信する。
ACKスロット1送信機はリセッシブ(1)を送信する。
ACKデリミタ1リセッシブ(1)でなければならない。
フレーム終了
(EOF)		7EndOfFrameビット。全てリセッシブ(1)でなければならない。
CANデータベースファイル

CANフレームおよびデータフィールドにおける信号を定義する情報が含まれたテキストファイル。CANデータベースでは、各信号について工学単位へ変換する規則を定義しており、以下のデータが保存される。

  • ID番号とデータフィールドのバイト数
  • データフィールドで定義される信号名
  • データフィールドで定義される信号名の位置(開始ビット)とサイズ(ビット数)
  • データタイプ(符号付き、符号なし、IEEE浮動小数)とバイト順序
  • スケール係数とスケールオフセット
  • 最大値、最小値、デフォルト値、単位
  • コメント

これらの情報を使用して、未処理のフレーム情報を実世界の値に変換できる。

上図の例では、「スケール係数：1」「スケールオフセット：0」と定義しており、以下の式で受信データを物理値に変換できる。

Speed_1(物理値)＝1×受信データ＋0

NI-XNET

CANをはじめとした各種車載通信のフレームと信号を読み書きするための計測器ドライバ。LIN、FlexRay、車載Ethernetにも対応している。

製作の流れ

STEP1：CANデータベースファイルを作成する

  1. X-NETデータベースエディタを起動する
  2. CANクラスタを作成する
  3. CANフレームを作成する
  4. 信号を5種類作成する
  5. 各信号のプロパティを設定する

(参考)：vectorデータベースファイル形式(.dbc)で保存する場合は、CANクラスタ(2)を右クリック＞[DBCにエクスポート…]を選択する

動画：CANデータベースファイルを作成する

STEP2：NI MAXのバスモニタで通信速度の設定を確認する

  1. NI MAXを起動し、CAN Interface“CAN1”を選択する
  2. CAN Interface“CAN1”のバスモニタを起動する
  3. バスモニタの設定画面を開く
  4. [ボーレート]を[500kBaud] (通常の車両で使用する通信速度)に設定する
動画：NI MAXのバスモニタで通信速度の設定を確認する

STEP3：CSVファイル保存VIを作成する

フロントパネル
ブロックダイアグラム

ファイルパス、計測結果(表形式)、およびcycle timeを入力パラメータとして、yyyymmdd_hhmmss.csvの名称でファイル保存を行うVIを作成する。

動画：CSVファイル保存VIを作成する

STEP4：CSVファイル読込VIを作成する

フロントパネル
ブロックダイアグラム

ファイルパスを入力パラメータとして、計測結果とグラフ表示データを読み込むVIを作成する。

動画：CSVファイル読込VIを作成する

STEP5：生産者/消費者デザインパターンでメインVIを作成する

ブロックダイアグラム　※完成形

LabVIEWのテンプレートから、「生産者/消費者デザインパターン(イベント)」を呼び出し、メインVIを作成する。消費者ループは送信側と受信側の2つを作成する。

動画：生産者/消費者デザインパターンでメインVIを作成する

STEP6：キューで送信するデータを列挙体で作成する

消費者ループの処理を以下のケースに分割し、タイプ定義に指定した列挙体でケースを選択できるようにしておく。

  • initialize1：初期化処理①
  • initialize2：初期化処理②
  • wait：wait loop
  • csv_save：計測データ保存処理
  • csv_read：計測データ読込処理
  • system start：計測開始処理
  • output&input：計測処理
  • stop：計測停止処理
  • exit：プログラム終了処理

STEP7：生産者ループのイベント処理を作成する

生産者ループに以下のイベントケースを作成し、それぞれのケースでキューに【STEP6】で作成した項目を要素として追加する。

  • Tacho_value：値変更
  • Tacho：値変更
  • csv保存ボタン：値変更
  • csv読込ボタン：値変更
  • 計測開始ボタン：値変更
  • 停止ボタン：値変更
  • Exitボタン：値変更

STEP8：消費者ループ(送信側)：initialize1を作成する

プログラム終了時、ファイルに保存した画面設定データを読み込んで再現する処理を作成する。

動画：消費者ループ(送信側)：initialize1を作成する

STEP9：消費者ループ(送信側)：initialize2を作成する

計測結果一覧表、表示位置、波形チャート、計測ランプ、beamランプ、設定数値(全てゼロ)、波形チャートXスケール(乗数設定)を初期化する。

STEP10：消費者ループ(送信側)：csv_saveを作成する

CSVファイル保存VIをサブVIとして配置する。

STEP11：消費者ループ(送信側)：csv_readを作成する

①CSVファイル読込VIをサブVIとして配置する。
スタックシーケンスのフレーム0では、計測結果の表示位置、波形チャートを初期化する。

②スタックシーケンスのフレーム1では、計測結果および波形チャートにデータを表示する。

STEP12：消費者ループ(送信側)：system startを作成する

計測ランプ(ON)とExitボタン(Grayed Out)を実行し、XNET(CAN送信)の初期化と開始を実行する。

動画：消費者ループ(送信側)：system startを作成する

STEP13：消費者ループ(送信側)：output&inputを作成する

XNET Write関数を配置して(CAN送信)を実行する。Cycletimeの待ち時間はwaitの処理で行う。

STEP14：消費者ループ(送信側)：stopを作成する

XNET Stop関数とClear関数を配置して(CAN送信)を停止する。キューの排出も実行する。

STEP15：消費者ループ(送信側)：exitを作成する

受信処理のループへexitの実行を通知し、消費者ループを終了させる。

STEP16：消費者ループ(受信側)：system startを作成する

X-NET(CAN受信)の初期化と開始を実行する。Result表を初期化するために空白の配列をシフトレジスタへ接続する。

動画：消費者ループ(受信側)：system startを作成する

STEP17：消費者ループ(受信側)：output&inputを作成する

XNET Read関数を配置して(CAN受信)を実行する。CAN受信データをグラフとResult表に表示する。Cycle timeの待ち時間はwaitの処理で行う。

STEP18：消費者ループ(受信側)：stopを作成する

XNET Stop関数とClear関数を配置して(CAN受信)を停止する。キューの排出も実行する。

STEP19：消費者ループ(受信側)：exitを作成する

消費者ループを終了(While Loopの条件にTrueを接続)させる。

STEP20：一覧表をスクロールさせるサブVIを作成する

フロントパネル
ブロックダイアグラム

現在行、設定行、盛漁期refnumを入力パラメータとして、現在行が設定行を超えた場合に、一覧表を垂直方向にスクロールさせるサブVI。

ポイントのまとめ

  • CANデータベースファイルは、NI-XNETデータベースエディタで作成できる
  • NI-XNETデータベースエディタは、FIBEX(.xml)、Vector(.dbc)、NI CAN(.ncd)を認識できる
  • XNET関数は、CANデータベースファイルの信号名で物理値変換できる
  • キューメッセージハンドラ(生産者/消費者デザインパターン)を使用し、キューで送信するメッセージはタイプ定義された列挙定数を使用する
  • CSVファイルは、文字列の2次元配列に変換することで簡単にWrite/Readできる
  • CAN通信のモニタとロギングは、NI MAXから起動するバスモニタを使用すれば簡単に実現できる。

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