车载网络通信基础知识.

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1、车载网络通信基础知识 段建峰 现代汽车CAN-BUS 多路信息传输系统 传统汽车电器连接 汽车中电器的技术含量和数量是衡量汽车性能的一个重要标志。汽车 电器技术含量和数量的增加，意味着汽车性能的提高。但汽车电器的增加 ，同样使汽车电器之间的信息交互桥梁线束和与其配套的电器接插 件数量成倍上升。在1955年平均一辆汽车所用线束总长度为45米；而到 了2002年，一辆汽车所用的平均线束总长度达到了4000米。线束的增加 不但占据了车内的有效空间，增加了装配和维修的难度，提高了整车成本 ，而且妨碍了整车可靠性的提高。 为了在提高性能与控制线束数量之间寻求一种有效的解决途径，在20 世纪80年代初，出

2、现了一种基于数据网络的车内信息交互方式车载 网络。 在传统汽车中，开关、继电器、电磁仪表等与电子相关的零部件构成了汽 车电器，它们之间信息交互是建立在点对点电气信号连接基础上的。电气 信号的种类也局限于模拟信号和开关信号。实施信号连接的电线束，通常 称为线束。 数据传递的形式 目前，在汽车上应用的数据传输形式有目前，在汽车上应用的数据传输形式有 两种：两种： 1. 1.传统方式传统方式 每项信息均通过各自独立的数据线进每项信息均通过各自独立的数据线进 行交换行交换 在该例中，共需要在该例中，共需要5 5条数据线进行数据传递条数据线进行数据传递 也就是说，每项信息都需要一个独立的数据线也就是说，

3、每项信息都需要一个独立的数据线 车在网络的出现 为了在提高性能与控制线束数量之间寻求一种有 效的解决途径，在20世纪80年代初，出现了一种 基于数据网络的车内信息交互方式车载网 络。 车载网络采取基于串行数据总线体系结构， 这是业界的共识。在各种串行数据总线中，最常 见的是PC机上的串口UART，因此最早的车载网 络是在UART的基础上建立的，如通用汽车的 ELAN 定义： 一种覆盖一座或几座大楼、一个校园或者一个 厂区等地理区域的小范围的计算机网。 局域网（Local Area Network，LAN）是指在某一区域 内由多台计算机互联成的计算机组。一般是方圆几千 米以内。局域网可以实现文件

4、管理、应用软件共享、 打印机共享、工作组内的日程安排、电子邮件和传真 通信服务等功能。局域网是封闭型的，可以由办公室 内的两台计算机组成，也可以由一个公司内的上千台 计算机组成。 某公司局域网结构图 现场总线 现场总线是指以工厂内的测量和控制机器间的 数字通讯为主的网络，也称现场网络。也就是 将传感器、各种操作终端和控制器间的通讯及 控制器之间的通讯进行特化的网络。原来这些 机器间的主体配线是ON/OFF、接点信号和模 拟信号，通过通讯的数字化，使时间分割、多 重化、多点化成为可能，从而实现高性能化、 高可靠化、保养简便化、节省配线（配线的共 享）。 现场总线结构图 CAN CAN是控制器局域

5、网络(Controller Area Network, CAN)的简称，是由研发和生产汽车电子产品著称的德 国BOSCH公司开发了的，并最终成为国际标准（ ISO118?8）。是国际上应用最广泛的现场总线之一。 在北美和西欧，CAN总线协议已经成为汽车计算机控 制系统和嵌入式工业控制局域网的标准总线，并且拥 有以CAN为底层协议专为大型货车和重工机械车辆设 计的J1939协议。近年来，其所具有的高可靠性和良好 的错误检测能力受到重视，被广泛应用于汽车计算机 控制系统和环境温度恶劣、电磁辐射强和振动大的工 业环境 他是国际应用最广泛的总线之一。 CAN总现在汽车中的应用 总线的分类 其中的系统总

6、线，即通常意义上所说的总线，一般又含有三种不同功能的总线，即数据总线DB（ Data Bus）、地址总线AB（Address Bus）和控制总线CB（Control Bus）。 有的系统中，数据总线和地址总线是复用的，即总线在某些时刻出现的信号表示数据而另一 些时刻表示地址；而有的系统是分开的。51系列单片机的地址总线和数据总线是复用的，而一般 PC中的总线则是分开的。 “数据总线DB”用于传送数据信息。数据总线是双向三态形式的总线，即他既可以把CPU的 数据传送到存储器或IO接口等其它部件，也可以将其它部件的数据传送到CPU。数据总线的位 数是微型计算机的一个重要指标，通常与微处理的字长相一

7、致。例如Intel 8086微处理器字长16位 ，其数据总线宽度也是16位。需要指出的是，数据的含义是广义的，它可以是真正的数据，也可 以是指令代码或状态信息，有时甚至是一个控制信息，因此，在实际工作中，数据总线上传送的 并不一定仅仅是真正意义上的数据。 “地址总线AB”是专门用来传送地址的，由于地址只能从CPU传向外部存储器或IO端口，所 以地址总线总是单向三态的，这与数据总线不同。地址总线的位数决定了CPU可直接寻址的内存 空间大小，比如8位微机的地址总线为16位，则其最大可寻址空间为21664KB，16位微型机（ 个人觉得很有必要解释下x位处理器的意思：一个时钟周期内微处理器能处理的位数

8、（1 、0）多 少，即字长大小）的地址总线为20位，其可寻址空间为2201MB。一般来说，若地址总线为n 位，则可寻址空间为2n字节。 “控制总线CB”用来传送控制信号和时序信号。控制信号中，有的是微处理器送往存储器和I O接口电路的，如读写信号，片选信号、中断响应信号等；也有是其它部件反馈给CPU的， 比如：中断申请信号、复位信号、总线请求信号、设备就绪信号等。因此，控制总线的传送方向 由具体控制信号而定，一般是双向的，控制总线的位数要根据系统的实际控制需要而定。实际上 控制总线的具体情况主要取决于CPU。 多路传输 多路传输是指在同一通道或线路上同时传输多条 信息。事实上数据信息是依次传输

9、的。但是数度 非常快，似乎就是同一时间传输的。 为什么要使用多路传输控制： 第一、减少线束的增加，由于汽车愈来愈先 进，配备愈来愈多的装备与功能，相对的却造成 线束的一直增加，当故障发生时，要捉出毛病的 所在，也就愈来愈困难了。 第二、由于微控制器日新月异，要做到此一 数字传输其实在是轻而易举。 模块节点 模块就是一种电子装置，简单一点的如温度和 压力传感器，复杂的如计算机。模块,又称构 件,是能够单独命名并独立地完成一定功能的 程序语句的集合（即程序代码和数据结构的集 合。 在计算机多路传输系统中一些简单的模块被称 为节点。 网关帧 因为车上用这么多的总线和网络，所以必须有 一种有特殊功能的

10、计算机达到信息共享和不产 生协议间的冲突，实现无差错的数据传输，这 种计算机就叫做网关。 帧 为了可靠的传输数据，通常将原始数据分割成 一定长度数据单元，把这些数据传输的单元， 成为帧。帧由几部分组成，不同的部分执行不 同的功能。如包括有：同步信号、错误信号、 流量控制。 第三节 汽车对通信网络的要求及应用 汽车对通信的要求： 现代汽车典型的控制单元有电控燃油喷射系统、电控 传动系统、防抱死制动系统（ABS) 、访华控制系统（ ASR）、废气再循环控制、巡航系统和空调系统。 1 ：汽车多个ECU之间的典型网络布局： 汽车多个ECU之间的网络布局常见的有分级式和分开 式两种。 采用J1939标准

11、的分级式。 2:采用J1587/J1708标准的分开式。在这种网络中，各 个网络都有自己的操作系统，相互之间用桥接器来处 理多个ECU之间的通信。 2数据通信 连接到车载网络的各个ECU按需要从总线上 接受最新的信息以操纵执行器。例如， 发动机转速传感器（EFI），将发动机转速数 据连续的亏送到总线：另一方面，其他几个需 要发动机转速的ECU，只需从总线上接送发 动机转速数据。对已接受ECU，他接受的最 新数据为现行数据 。 在实际实施中，每当ECU接收到数据，就见 这些数据存储在RAM区，并将这些数据按各 自的类型赋值，因此，RAM总有一个更新了 的数据复制并存储在其中，再通过对这些数据 的

12、应用，使ECU获取最新的数据。 二、 车用局域网系统的应用于形式 车用网络大致可以分为4个系统：动力传输系 统、车身系统、安全系统、信息系统。 动力系统模块的位置比较集中固定在一处。动力 CAN数据总线连接3块电脑，它们是发动机、 ABS 及自动变速器电脑 车身系统主要是指舒适CAN数据总线连接五块控 制单元，包括中央控制单元和四个车门的控制单 元。 安全系统主要指安全气囊启动的系统。 信息系统主要是指视频、音频、CD 、DVD等。 第二章 车在网络通信协议 1:通信协议的含义：两个实体要想成功的通信，他们必须“说同 样的语言”，并按照既定的控制法则来保证相互的配合。具 体地说，在通信内容、怎

13、样通信以及如何通信等方面。两个 实体要遵守相互可以接受的一组约定和法则。这些约定和规 则的集合称为协议。 2：通信协议的内容： A：模块部分主从，但是必须规定优先规则，模块间相互间 传递信息，并都知道该接受什么信息。 B:一个模块式主模块，其他则是从模块，根据优先规则， C： 所以的模块都可以传信息也都可以接受信息。 D： 通信协议中有个仲裁系统。它是是指当优先级相同时 由仲裁来决定哪个先传数据 。 接口与实体 接口是为两个系统、设配或部件之间连接服务的数据 流穿越界面。计算机通信接口游蛇配合说明组成的。 一般包括四个方面内容：物理、电气、逻辑和过程。 在物理方面，是指出插接器有多少个插脚。在

14、电气方 面。要确定接口电路信号的电压、宽度和他们的时间 关系。在逻辑方面。包括说明为了传送如何把数据位 或字符变换成字段，以及说明传输控制字符的功能使 用等。如：电脑主机相连的串口、USB接口、PCI接 口、I-LINK(四针IEEE 1394接口)、连接声卡的MIDI接 口、无线接口等等。 重点我们看看USB接口 协议要素及其功能 协议的三要素： 1 、语法： 确定通信双方通信时数据报文的格式 2、语义： 确定通信双方的通信内容 3、时序规则：指出通信双方信息交互的顺序 协议的功能：协议的功能是控制并指两个实体的对话 过程，发现对话过程中出现的差错并确定处理的策 略。 1 、差错检测和纠正。 2分块和重组。 3、排序。对发送出的数据进行编号以表示他们的顺序 ，通过排序，可达到按序传递、信息流控制和差错控 制等目的。 4、流量控制。通过限制发送