汽车电子控制系统的网络系统培训课件

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1、*汽 车 电 器 与 电 子第三章 汽车电子控制系统的网络系统 3.1 概述CAN-B、CAN-C和TTCAN是由CAN规范所衍生出来的总线标准，被认为是车载网络领域最有发展前途的总线规范之一。第三章 汽车电子控制系统的网络系统 3.1 概述车载网络构想第三章 汽车电子控制系统的网络系统 3.2 网络基础1数据传输方式 串行传输与并行传输、同步传输与异步传输、多路复用技术2数据传输介质 双绞线、同轴电缆、光缆 3局域网拓扑结构 星形拓扑结构、环形拓扑结构、树形拓扑结构、总线形拓扑结构4介质访问控制技术 应用在环形和总线形拓扑结构的网络中，有带碰撞检测的载波侦听多址访问和控制令牌 5数据交换技术

2、6差错控制技术第三章 汽车电子控制系统的网络系统 3.2 网络基础7ISO/OSI参考模型 为了实现不同厂家生产的计算机系统之间以及不同网络之间的数据通信，国际标准化组织ISO对当时的各类计算机网络体系进行了研究，并于1981年正式公布了一个网络体系结构模型作为国际标准，称为开放系统互连参考模型“开放系统互连参考模型(ISO/OSI)”，1983年正式成为国际标准，即IS07498。我国相应的标准为GB/T 9387。8网络互连设备 中继器、网桥、路由器、网关、集线器(HUB）第三章 汽车电子控制系统的网络系统 3.2 网络基础 物理层 解决“物理连接”的标准问题,物理接口的四个特性是：机械特

3、性、电气特性、功能特性和规程特性。设置该层的目的是屏蔽传输介质不可靠的因素。例如：EIA RS-232C 用于数据终端设备(DTE)/数据电路端接设备(DCE)之间的接口 机械特性 25芯或9芯连接器，DTE为插头，DCE为插座。 电气特性 低于-3V为“1“，高于+4V为“0“，最大20Kbps，最长15m功能特性 如6号引脚，DSR*,低电平代表数据设备准备好 规程特性 适合单工、半双工、全双工、同步、异步 数据链路层 实现相邻结点间正确的数据传输。 把物理层送来的比特流分割成帧； 进行数据链路层的差错控制和流量控制； 向网络层提供可靠透明的数据传输服务。第三章 汽车电子控制系统的网络系统

4、 3.2 网络基础数据链路层链路：指一条中间没有任何交换结点的点到点的物理线路段(物理链路),它是构成计算 机网络的一个基本单元。 数据链路：是在链路上加具有数据传输协议的软/硬件。 网络层 该层是如何解决数据在通信子网中的传输路径，是通信子网的最高层，最 能体现网络的概念，功能有： 控制通信子网中的数据流量，防止拥塞； 提供建立、维护和终止网络连接的手段。第三章 汽车电子控制系统的网络系统 3.2 网络基础 传输层 唯一负责总体数据传输和控制的一层，是通信服务及数据处理服务的桥梁，提供的是端到端的进程通信服务，处理主机间的数据通信(源目的)。 网络层的任务沿两端点间的最佳路由传输数据 （主机

5、间的逻辑通信）Ethernet, X.25, ATM, 两端点间可靠的透明数据传输 （应用进程间的逻辑通信）通信子网传输层的任务第三章 汽车电子控制系统的网络系统 3.2 网络基础 会话层 是建立在用户与网络间的接口，主要处理通信双方的建立，组织并控制会话的进行，为上层提供管理与控制所传送数据流的手段，使表示层无须涉及调用传输服务的细节。 表示层 把源端机器的数据编码变成适合于传输的编码，传送到目的端后再进行解码。 应用层 是计算机网络与最终用户间的接口，它包含了系统管理员管理网络服务所涉及的所有的问题和基本功能和常用的网络服务，如文件传输、电子邮件、分布式数据库服务、虚拟终端服务等。第三章

6、汽车电子控制系统的网络系统 3.2 网络基础开放系统互连参考模型归纳7层：应用层与用户进程的接口，即相当于做什么？6层：表示层数据格式的转换，即相当于对方看起来像什么？5层：会话层会话的管理与数据传输的同步，即相当于该谁讲话和从何处讲？4层：传输层从端到端经网络透明地传输报文，即相当于对方在何处？3层：网络层分组传送、路由选择和流量控制，即相当于走哪条路？2层：数据链路层在数据链路上无差错地传送帧，即相当于每一步该怎样走？1层：物理层将比特流送到物理媒体上传送，相当于对上一层的每一步怎样利用物理媒体？第三章 汽车电子控制系统的网络系统 3.3 汽车网络系统的类型一、SAE分类总线 二、新型专用

7、总线 故障诊断总线、安全总线、X-by-wire总线第三章 汽车电子控制系统的网络系统 3.4 CAN总线技术一、CAN总线概述 CAN 控制器根据两根线上的电位差来判断总线电平。总线电平分为显性电平和隐性电 平，二者必居其一。发送方通过使总线电平发生变化，将消息发送给接收方。第三章 汽车电子控制系统的网络系统 3.4 CAN总线技术6. 信号调制解调方式采用不归零 (NRZ)编码/解码方式，并采用 插入填充位技术，电平持续5 位时则添加一个位的反型数据。 7. 数据位具有显性0(Dominant bit)和 隐性1(Recessive bit )两种逻辑值，采用时钟同步技术。1. 一种适用于

8、分布式控制、实时控制的串行通信网络； 2. 采用了ISO/OSI参考模型的物理层、数据链路层和应用层；3. 采用有优先级的多主方式工作，可以点对点、一点对多点（成组）及全局广播等方式 传送和接收数据。 4. CAN的直接通信距离最远可达10Km(传输速率为5Kb/s)；最高通信速率可达1Mb/s(传输 距离为40m)。 CAN数据链路层采用短帧结构，每一帧最多为8个字节，CAN节点在错误严重的情况下， 具有自动关闭功能。CAN的特点 第三章 汽车电子控制系统的网络系统 3.4 CAN总线技术CAN通信的数据位ISO11898、ISO11519-2 的物理层特征第三章 汽车电子控制系统的网络系统

9、 3.4 CAN总线技术二、CAN的技术规范 CAN协议和标准规格第三章 汽车电子控制系统的网络系统 3.4 CAN总线技术二、CAN的技术规范 第三章 汽车电子控制系统的网络系统 3.4 CAN总线技术CAN总线的分层结构二、CAN的技术规范 第三章 汽车电子控制系统的网络系统 3.4 CAN总线技术二、CAN的技术规范 第三章 汽车电子控制系统的网络系统 3.4 CAN总线技术数据帧 RTR 远程发送请求位（Remote Transmission Request BIT） SRR 替代远程请求位（Substitute Remote Request BIT） IDE 识别符扩展位（Ident

10、ifier Extension Bit）第三章 汽车电子控制系统的网络系统 3.4 CAN总线技术 遥控帧 接收单元向发送单元请求发送数据所用的帧。遥控帧由6个段组成。遥控帧没有数 据帧的数据段。其中仲裁段表示该帧优先级的段，可请求具有相同ID的数据帧。第三章 汽车电子控制系统的网络系统 3.4 CAN总线技术错误帧 用于在接收和发送消息时检 测出错误，通知错误的帧。错误 帧由错误标志和错误界定符构成 。错误标志包括错误激活标志（ 6个位的显性位）和错误认可标 志（6个位的隐性位）两种。错误激活标志：处于错误激活状态的单元检测出错误时输出的错误标志。 错误认可标志：处于错误认可状态的单元检测出

11、错误时输出的错误标志。错误类型 位错误 填充错误 CRC错误 形式错误 应答错误发送错误计数值（TEC） 接收错误计数值（REC）第三章 汽车电子控制系统的网络系统 3.4 CAN总线技术 错误计数值的变动条件接受和发送错误计数值的变动条件发送错误计 数值(TEC)接收错误计数值 (REC)1、接收单元检测出错误时。例外：接收单元在发送错误标志或过载 标志中检测出“位错误”时，接收错误计数值不增加。-+12、接收单元在发送完错误标志后检测到的第一个位为显性电平时。-+83、发送单元在输出错误标志时。+8-4、发送单元在发送错误认可标志或过载标志时，检测出位错误。+8-5、接收单元在发送错误认可

12、标志或过载标志时，检测出位错误。-+86、各单元从错误认可标志、过载标志的最开始检测出连续14个位的 显性位时。之后，每检测出连续的8个位的显性位时。发送时+8接收时+87、检测出在错误激活标志后追加的连续8个位的显性位时。发送时+8接收时+88、发送单元正常发送数据结束时（返回ACK 且到帧结束也未检测出 错误时）。-1 TEC=0时0-9、接收单元正常接收数据结束时（到CRC 未检测出错误且正常返回 ACK 时）。-1REC127时，-1; REC=0时，0; REC127 时， REC=12710、处于总线关闭态的单元，检测到128 次连续11 个位的隐性位。TEC=0REC=0第三章

13、汽车电子控制系统的网络系统 3.4 CAN总线技术帧间隔帧间隔是用于分隔数据帧和遥 控帧的帧。数据帧和遥控帧可通过 插入帧间隔将本帧与前面的任何帧( 数据帧、遥控帧、错误帧、过载帧)分开。过载帧和错误帧前不能插入 帧间隔。 延迟传送（发送暂时停止）：8 个位的隐性位。只在处于错误激活 状态的单元刚发送一个消息后的帧 间隔中包含的段。过载帧 过载帧是用于接收单元通知其尚未完成接收准备的帧。过载帧由过载标志和过载界定符构成。第三章 汽车电子控制系统的网络系统 3.4 CAN总线技术优先级仲裁过程 第三章 汽车电子控制系统的网络系统 3.4 CAN总线技术CAN总线位时间 同步段（SS），一个CAN

14、总线时钟 传播时间段（PTS），18个CAN总线时钟 相位缓冲段1（PBS1），18个CAN总线时钟 相位缓冲段2（PBS2），18个CAN总线时钟两种同步机制（硬同步和重同步），来消除CAN总线上各节点之间由于相位误差带来的影响，保证 信息正确解码。硬同步仅发生在报文开始时。重同步发生在报文位流发送期间，每一个隐性位到显性位跳变沿后。第三章 汽车电子控制系统的网络系统 3.4 CAN总线技术重同步正的相位错误负的相位错误第三章 汽车电子控制系统的网络系统 3.4 CAN总线技术同步段(Sync-Seg)相位缓冲段1 (Phase-Segl）相位缓冲段2（Phase-Seg2）CAN总线位时间

15、第三章 汽车电子控制系统的网络系统 3.4 CAN总线技术CAN总线的实测波形第三章 汽车电子控制系统的网络系统 3.4 CAN总线技术三、CAN总线智能节点的设计 独立式CAN控制器(stand-alone CAN controller) ：集成有CAN协 议的控制模块，如PHILIPS的 SJAlOOO。 CAN单片机(CAN micro controller) CAN收发器(transceiver)：用于单片机（或CAN控制器）CMOS 电平与CAN总线差分电压之间 信号形式的转换。如高速CAN 使用的PHILIPSPCA82V250， 低速容错CAN使用的摩托罗拉 的MC33388CAN单片机+CAN收发器通用型单片机+独立式CAN控制器+ CAN收发器第三章 汽车电子控制系统的网络系统 3.4 CAN总线技术三、CAN总线智能节点的设计 CAN系统智能节点硬件电路原理图 第三章 汽车电子控制系统的网络系统 3.4 CAN总线技术三、CAN总线智能节点的设计 CAN系统智能节点硬件电路原理图 第三章 汽车电子控制系统的网络系统 3.4 CAN总线技术三、CAN总线智能节点的设计 第三章 汽车电子控制系统的网络系统 3.4 CAN总线技术三、CAN总线智能节点的设计 第三章 汽车电子控制系统的网络系统 3.4 CAN总线技术Freescale S12单片机上的CAN模