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1、课题课题二汽二汽车车载车车载网网络络技技术术分析分析v 任任务一掌握汽一掌握汽车多路多路传输系系统结构与原理构与原理v 任任务二掌握汽二掌握汽车车载网网络系系统结构与原理构与原理 任任务务一掌握汽一掌握汽车车多路多路传输传输系系统结统结构与原理构与原理v一、任一、任务工作工作页v 先由学生熟悉如下工作先由学生熟悉如下工作页，了解本任，了解本任务内容。在学内容。在学习该任任务所涉及的知所涉及的知识后，在老后，在老师的指的指导下完成本任下完成本任务，同，同时完成工作完成工作页内容的填内容的填写写v二、任二、任务所涉及的知所涉及的知识v (一一)多路多路传输系系统(SWS)的技的技术特征特征v 1)
2、模模块已成已成为以中央以中央处理器理器为核心的数字化核心的数字化设备，彼此通，彼此通过传输媒体媒体(双双绞线、同、同轴电缆或光或光纤)以以总线拓扑相拓扑相连，多路，多路传输系系统总线控制器可控制器可对总线上的多个操作站、上的多个操作站、传感器及感器及执行机构等行机构等进行行数据存取。数据存取。v 2)具有可靠性高、具有可靠性高、稳定性好、抗干定性好、抗干扰能力能力强、通信速率快、系通信速率快、系统安全、造价低廉、安全、造价低廉、维护成本低成本低等等优点，如点，如图2-1一一1所示。所示。下一下一页页返回返回 任任务务一掌握汽一掌握汽车车多路多路传输传输系系统结统结构与原理构与原理v 3)数据数
3、据总线总线的的传输传输速率通常用比特率表示，比速率通常用比特率表示，比特率是每秒千位特率是每秒千位(bit/e)或每秒兆位或每秒兆位(Mbit/s )。数据。数据传输传输速率受幅速率受幅宽宽影响，影响，32位的数据位的数据传输传输量量要比要比8位快位快4倍倍v 4)互操作性。在遵守同一通信互操作性。在遵守同一通信协议协议的前提下，的前提下，可将不同厂家的可将不同厂家的现场设备产现场设备产品品统统一一组态组态，构成所，构成所需要的网需要的网络络v 5)开放式互开放式互联结联结构，既可与同构，既可与同层层网网络络相相连连，也，也可通可通过过网网络络互互联设备联设备与控制与控制级级网网络络或管理信息
4、或管理信息级级网网络络相相连连。v (二二)多路多路传输传输系系统统的的组组成成v 多路多路传输传输系系统统主要由模主要由模块块、数据、数据总线总线、网网络络、架构、通信、架构、通信协议协议、网关等、网关等组组成成(图图2一一1一一2)。上一上一页页下一下一页页返回返回 任任务务一掌握汽一掌握汽车车多路多路传输传输系系统结统结构与原理构与原理v 1.模模块块v 模模块块是一种是一种电电子装置。子装置。简单简单一点的如一点的如温度和温度和压压力力传传感器，复感器，复杂杂的如的如计计算机算机(中央中央处处理器理器)。传传感器是一个模感器是一个模块块装置，根据温度和装置，根据温度和压压力的不力的不同
5、同产产生不同的生不同的电压电压信号信号这这些些电压电压信号在信号在计计算机算机(一一种数字装置种数字装置)的的输输入接口被入接口被转变转变成数字信号。成数字信号。v 2.数据数据总线总线v 数据数据总线总线是是连连接智能接智能现场设备现场设备和自和自动动化系化系统统的数字、双向的数字、双向传输传输、多分支、多分支结结构的通信网构的通信网络络，是模，是模块间块间运行数据的通道，它的关运行数据的通道，它的关键标键标志是志是能支持双向多能支持双向多节节点、点、总线总线式的全数字通信，如果式的全数字通信，如果模模块块可以可以发发送和接收数据，送和接收数据，则这样则这样的数据的数据总线总线就就称称为为双
6、向数据双向数据总线总线。上一上一页页下一下一页页返回返回 任任务务一掌握汽一掌握汽车车多路多路传输传输系系统结统结构与原理构与原理v 3.网网络络v 网网络络是是为为了了实现实现信息共享而把多条数信息共享而把多条数据据总线连总线连在一起，或者把数据在一起，或者把数据总线总线和模和模块块当作一当作一个系个系统统。v 4.架构架构v 架构是信息高速公路的配置，其架构是信息高速公路的配置，其输输入入和和输输出端出端规规定了了定了了1么信息能么信息能进进和什么信息能出，和什么信息能出，如如图图2-1-9所示。架构通常包括一或两条所示。架构通常包括一或两条线线路，路，采用双采用双线时线时数据的数据的传输
7、传输是基于两条是基于两条线线的的电压电压差。差。当其中的一条当其中的一条线传输线传输数据数据时时，它，它对对地有一个参考地有一个参考电压电压。架构要有特定的通信。架构要有特定的通信协议协议。上一上一页页下一下一页页返回返回 任任务务一掌握汽一掌握汽车车多路多路传输传输系系统结统结构与原理构与原理v衡量数据衡量数据总线总线及网及网络络架构架构优优劣的其他重要特征包劣的其他重要特征包括括:v1)能一起工作的模能一起工作的模块块数量。数量。v2)可可扩扩展性展性v3)互交信息的种互交信息的种类类v4)数据数据传输传输速度。速度。v5)可靠性或容可靠性或容错错性性抗故障性及数据交抗故障性及数据交换换的
8、的稳稳定定与准确性。与准确性。v6)经济经济性性上一上一页页下一下一页页返回返回 任任务务一掌握汽一掌握汽车车多路多路传输传输系系统结统结构与原理构与原理v 5.通信通信协议协议v 通信通信协议规协议规定信号在数据定信号在数据总线总线上的通上的通信信规则规则。网。网络络上上节节点要点要实现实现成功通信，必成功通信，必须须接受接受相互相互识别识别、相互接受的、相互接受的约约定和定和规则规则，建立通用的，建立通用的标标准用于各准用于各ECU之之间间通信。通信。v 通信通信协议协议的分的分类类如下。如下。v 1)直接型直接型:点点对对点的点的链链路直接通信，无路直接通信，无须经须经中中间间信息信息处
9、处理的理的协议协议v 2)间间接型接型:通通过转过转接式通信网接式通信网络络或两个以上的或两个以上的网网络进络进行信息交行信息交换换的通信的通信协议协议v 3)结结构构优优化型化型协议协议:按需要分成不同的按需要分成不同的层层次，次，较较低低级别级别的功能在的功能在较较低低层层次次实现实现，同，同时时它它们们又向又向较较高高层层次的次的实实体提供服体提供服务务。它是各。它是各层层次次协议协议的复的复合合上一上一页页下一下一页页返回返回 任任务务一掌握汽一掌握汽车车多路多路传输传输系系统结统结构与原理构与原理v 6.网关网关v 通常一通常一辆车辆车上配置了多种上配置了多种总线总线和网和网络络，所
10、以必所以必须须用一种方法使它用一种方法使它们们达到共享和不达到共享和不产产生生协协议间议间的冲突。例如，的冲突。例如，车门车门打开打开时发动时发动机控制模机控制模块块也需要被也需要被唤唤醒醒为为了使不同了使不同协议协议及速度的数据及速度的数据总线总线间实现间实现无差无差错错数据数据传输传输，必，必须须要使用一种特殊功要使用一种特殊功能的能的计计算机，算机，这这种种计计算机就叫做网关。算机就叫做网关。上一上一页页下一下一页页返回返回 任任务务一掌握汽一掌握汽车车多路多路传输传输系系统结统结构与原理构与原理v(1)网关的作用网关的作用v 1)它可以把局域网上的数据它可以把局域网上的数据转变转变成可
11、以成可以识别识别的的OBDII诊诊断数据断数据语语言，方便言，方便诊诊断断v 2)它可以它可以实现实现低速网低速网络络和高速网和高速网络络的信息共享的信息共享v 3)与与计计算机中的网关作用是一算机中的网关作用是一样样的，的，负责负责接收接收和和发发送信息送信息v 4)激活和激活和监监控局域网控局域网络络工作状工作状态态v 5)实现车辆实现车辆数据的同步性数据的同步性v 6)对对信息信息标识标识符作翻符作翻泽泽。上一上一页页下一下一页页返回返回 任任务务一掌握汽一掌握汽车车多路多路传输传输系系统结统结构与原理构与原理v (2)网关的布置网关的布置v 如果两个如果两个CAN网网络执络执行器是两片
12、独立行器是两片独立的芯片的芯片(图图2-1-11 )，中央控制器，中央控制器(单单片微型片微型计计算机算机)作作为为网关，那么，网关，那么，CAN芯片就像灵巧的随芯片就像灵巧的随机存机存储储器被网关器被网关读读写。一旦接收到信息，网关就写。一旦接收到信息，网关就执执行接收行接收CAN芯片的外部芯片的外部读读操作，接着操作，接着执执行行转换转换信息的信息的逻辑逻辑指令，然后指令，然后执执行外部写操作，行外部写操作，对对第二第二个网个网络络的的CAN芯片作芯片作传输编传输编程。程。v (3)常常见见的几种网关的几种网关v 1) Bosch公司公司CAN1. 2与与CAN2. 0之之间间的的网关网关
13、v 标标准的准的CAN1. 2版本支持版本支持标标准的准的11位信息位信息标识标识符，而符，而CAN2. 0版本增加了信息版本增加了信息标识标识符，也就是符，也就是说说，CAN2. 0既支持既支持标标准的准的11位，位，也支持也支持扩扩展后的展后的29位信息位信息标识标识。上一上一页页下一下一页页返回返回 任任务务一掌握汽一掌握汽车车多路多路传输传输系系统结统结构与原理构与原理v 2) SAE-J1939与与J1980网网络协议络协议之之间间的网的网关关v SAE汽汽车选车选用用CAN2. 0协议协议作作为为“C级级”串行控制和通信网串行控制和通信网络络的推荐的推荐实实施施标标准，又称准，又称
14、为为SAEJ1939规规范。范。CAN2. 0的数据可达的数据可达1 Mbit/s。也就是。也就是说说，CAN2. 0执执行相当于行相当于SAE- C级级的高速数据速率。的高速数据速率。v 3) SAE- J1850B级级通信速率的小客通信速率的小客车车，发动发动机、自机、自动变动变速器、速器、ABS等系等系统统的数据速率偏低，的数据速率偏低，为为了提高通信速率以改善了提高通信速率以改善车辆车辆的控制性能，又不的控制性能，又不让车辆让车辆成本增加太多，就将原成本增加太多，就将原实实施施J1850的的车辆车辆增加一个网关增加一个网关(图图2-1-14)，并将网关前方的，并将网关前方的总总线线修改
15、修改为为CAN总线总线。上一上一页页下一下一页页返回返回 任任务务一掌握汽一掌握汽车车多路多路传输传输系系统结统结构与原理构与原理v (三三)多路多路传输传输原理原理v 汽汽车车载车车载网网络络多路多路传输传输技技术术可以可以实现实现在同一个信道上同在同一个信道上同时传输时传输多路信号，多路信号，为为了在接收了在接收端能端能够够将不同路的信号区分开来而互不干将不同路的信号区分开来而互不干扰扰，必，必须须使不同路的信号具有不同的特征。最常用的多使不同路的信号具有不同的特征。最常用的多路路传输传输方式是方式是频频分多址复用分多址复用(FDMA )、时时分多址分多址复用复用(TDMA)等。等。v1.
16、频频分多址复用技分多址复用技术术v 频频分复用就是在分复用就是在发发送端利用不同送端利用不同频频率率的的载载波将多路信号的波将多路信号的频谱调频谱调制到不同的制到不同的频频段，以段，以实现实现多路复用。多路复用。频频分复用的多路信号在分复用的多路信号在频频率上不率上不会重叠，合并在一起通会重叠，合并在一起通过过一条信道一条信道传输传输，到达接，到达接收端后可以通收端后可以通过过中心中心频频率不同的率不同的带带通通滤滤波器彼此波器彼此分离开来，如分离开来，如图图2-1-15所示。所示。上一上一页页下一下一页页返回返回 任任务务一掌握汽一掌握汽车车多路多路传输传输系系统结统结构与原理构与原理v 2
17、.时分多址复用技分多址复用技术v 时分复用是建立在抽分复用是建立在抽样定理基定理基础上的。上的。时分复用就是利用各路信号的抽分复用就是利用各路信号的抽样值在在时间上占上占据不同的据不同的时隙，来达到在同一信道中隙，来达到在同一信道中传输多路信多路信号而互不干号而互不干扰的一种方法，如的一种方法，如图2-1一一16所示。所示。v 3.载波波监听多路听多路访问/冲突冲突检测技技术v 载波波监听多路听多路访问/冲突冲突检测技技术(CSMA/CD)是一种争用型的介是一种争用型的介质访问控制控制协议。它的工作原理是它的工作原理是:发送数据前先送数据前先监听信道是否空听信道是否空闲，若空若空闲则立即立即发
18、送数据，在送数据，在发送数据送数据时，边发送送边继续监听，若听，若监听到冲突，听到冲突，则立即停止立即停止发送数送数据，等待一段随机据，等待一段随机时间，再重新，再重新尝试v CSMA/CD控制控制规程的核心程的核心问题:解解决在公共通道上以广播方式决在公共通道上以广播方式传送数据中可能出送数据中可能出现的的问题(主要是数据碰撞主要是数据碰撞问题)，控制，控制过程包含四程包含四个个处理内容，即理内容，即侦听、听、发送、送、检测、冲突、冲突处理理(见图2-1一一17和和图2-1一一18)。上一上一页页下一下一页页返回返回 任任务务一掌握汽一掌握汽车车多路多路传输传输系系统结统结构与原理构与原理v
19、 (四四)多路多路传输传输系系统统的通信的通信协议标协议标准准v 通信通信协议协议要解决系要解决系统优统优先先权问题权问题、灵、灵活性活性问题问题、可、可扩扩展性展性问题问题、诊诊断接口断接口问题问题、独立、独立性性问题问题、数据共享、数据共享问题问题等，十几年来，已等，十几年来，已发发展了展了几代通信几代通信协议协议，较较早的有早的有SAE推出的用于重型推出的用于重型车车的基于串行的基于串行总线总线的的标标准，如准，如SAE J1708 , SAE J1587 ,SAE J1922，串行，串行协议传输协议传输速率低、速率低、代代码码定定义义麻麻烦烦，除在，除在诊诊断系断系统统有一些有一些应应
20、用外，基用外，基本被取代。迄今本被取代。迄今为为止，汽止，汽车应车应用的多种网用的多种网络标络标准，准，较较典型的有典型的有LIN , CAN ,J1850 , MOST , TTCAN , TTP , Flex Ray , J2284等。等。上一上一页页返回返回任任务务二掌握汽二掌握汽车车载车车载网网络络系系统统结结构与原理构与原理v一、任一、任务工作工作页v 先由学生熟悉如下工作先由学生熟悉如下工作页，了解本任，了解本任务内容。在学内容。在学习该任任务所涉及的知所涉及的知识后，在老后，在老师的指的指导下完成本任下完成本任务，同，同时完成工作完成工作页内容的填内容的填写。写。v二、任二、任务
21、所涉及的知所涉及的知识v (一一)CAN总线多路多路传输系系统v 1. CAN总线简介介v CAN总线是德国是德国Bosch公司公司为解决解决现代汽代汽车中众多的控制与中众多的控制与测试仪器之器之间的数据交的数据交换而开而开发的一种串行数据通信的一种串行数据通信协议。它是一种多。它是一种多主主总线，是一种双，是一种双线串行数据通信串行数据通信总线，通信介，通信介质可以是双可以是双绞线、同、同轴电缆或光或光导纤维，通信速，通信速率可达率可达1 Mbit/s,下一下一页页返回返回任任务务二掌握汽二掌握汽车车载车车载网网络络系系统统结结构与原理构与原理v 2. CAN总线总线技技术术在汽在汽车车中的
22、中的应应用用优势优势v (1)信息共享信息共享v 采用采用CAN总线总线技技术术可以可以实现实现各各ECU之之间间的信息共享，减少不必要的的信息共享，减少不必要的线线束和束和传传感器。感器。例如，具有例如，具有CAN总线总线接口的接口的电喷发动电喷发动机，其他机，其他电电器可共享其提供的器可共享其提供的转转速、水温、机油速、水温、机油压压力、机油力、机油温度、油量瞬温度、油量瞬时时流速等，流速等，这样这样一方面可省去一方面可省去额额外外的水温、油的水温、油压压、油温、油温传传感器，另一方面可以将感器，另一方面可以将这这些数据些数据显显示在示在仪仪表上，便于表上，便于驾驶员检查发动驾驶员检查发动
23、机运机运行工况，从而便于行工况，从而便于发动发动机的保养机的保养维护维护。v 上一上一页页下一下一页页返回返回任任务务二掌握汽二掌握汽车车载车车载网网络络系系统统结结构与原理构与原理v(2)减少减少线线束束v 新型新型电电子通信子通信产产品的出品的出现对现对汽汽车车的的综综合布合布线线和信息的共享交互提出了更高的要求，和信息的共享交互提出了更高的要求，传传统统的的电电气系气系统统大多采用点大多采用点对对点的点的单单一通信方式，一通信方式，相互之相互之间间少有少有联联系，系，这样这样必然造成必然造成庞庞大的布大的布线线系系统统。据。据统计统计，一，一辆辆采用采用传统传统布布线线方法的高档汽方法的
24、高档汽车车中，其中，其导线长导线长度可达度可达2 000 m，电电气气节节点达点达1 500个，而且个，而且该该数字大数字大约约每每10年增年增长长1倍倍这这种种传传统统布布线线方法不能适方法不能适应应汽汽车车的的发发展。展。CAN总线总线可有可有效减少效减少线线束，束，节节省空省空间间。v (3)关关联联控制控制v 在一定事故下，需要在一定事故下，需要对对各各ECU进进行关行关联联控制，而控制，而这这是是传统传统汽汽车车控制方法控制方法难难以完成的。以完成的。CAN总线总线技技术术可以可以实现实现多多ECU的的实时实时关关联联控制。控制。上一上一页页下一下一页页返回返回任任务务二掌握汽二掌握
25、汽车车载车车载网网络络系系统统结结构与原理构与原理v 3. CAN数据数据总线传输总线传输系系统统的的组组成成v CAN数据数据总线总线由一个控制器、一个由一个控制器、一个收收发发器、两个数据器、两个数据传输终传输终端以及两条数据端以及两条数据传输线传输线组组成。除了数据成。除了数据传输线传输线外，其他元件都置于控制外，其他元件都置于控制单单元内部，控制元内部，控制单单元功能不元功能不变变(图图2-2-3 )。v 4. CAN总线总线多路多路传输传输系系统统通信通信协议协议v 通信通信协议协议是是车载车载网网络络上各上各电电控控单单元元相互通信的充要条件，它是各相互通信的充要条件，它是各电电控
26、控单单元必元必须须遵守遵守的共同的共同规则规则，可以保，可以保证证各各电电控控单单元能元能够够正常使用正常使用网网络进络进行通信行通信v 上一上一页页下一下一页页返回返回任任务务二掌握汽二掌握汽车车载车车载网网络络系系统统结结构与原理构与原理v(1)通信通信协议协议的三要素的三要素v 1)语语法法规规定通信双方定通信双方“如何如何讲讲”，即确定数据，即确定数据格式、数据格式、数据码码型、信号型、信号电电平等平等v 2)语义规语义规定通信双方定通信双方“讲讲了什么了什么”，即确定，即确定协协议议元素的元素的类类型，如型，如规规定通信双方要定通信双方要发发出了什么控出了什么控制信息、制信息、执执行
27、了什么行了什么动动作和返回了什么作和返回了什么应应答等。答等。v 3)定定时规则规时规则规定事件定事件执执行的行的顺顺序，即确定序，即确定链链路路通信通信过过程中通信状程中通信状态态的的变变化，如化，如规规定正确的定正确的应应答答关系、速度匹配等。关系、速度匹配等。上一上一页页下一下一页页返回返回任任务务二掌握汽二掌握汽车车载车车载网网络络系系统统结结构与原理构与原理v (2)汽汽车车网网络络通信通信协议标协议标准准(ISO 11898)v ISO 11898规规定的定的CAN网网络结络结构如构如图图2-2-9所示。所示。该协议该协议是包括是包括ISO规规定的定的OSI(开放系开放系统统互互联
28、联)基本参考模型中的基本参考模型中的应应用用层层、数据、数据链链路路层层及物理及物理层层的的协议协议ISO/OSI模型与模型与ISO 11898规规定的定的CAN总线协议对总线协议对比如比如图图2-2-10所示。所示。协议协议框架示意框架示意图图如如图图2-2-11所示。所示。上一上一页页下一下一页页返回返回任任务务二掌握汽二掌握汽车车载车车载网网络络系系统统结结构与原理构与原理v 5. CAN总线总线的数据的数据传输过传输过程程v CAN数据数据总线总线的数据的数据传输传输原理在很原理在很大程度上大程度上类类似于似于电话电话会会议议的方式。一个用的方式。一个用户户(控制控制单单元元)向网向网
29、络络中中“说说出出”数据，而其他用数据，而其他用户户“收听收听”到到这这些数据一些控制些数据一些控制单单元元认为这认为这些数据些数据对对它有用，它有用，它就接收并且它就接收并且应应用用这这些数据，而其他控制些数据，而其他控制单单元也元也许许不会理会不会理会这这些数据。故数据些数据。故数据总线总线里的数据并没里的数据并没有指定的接收者，而是被所有的控制有指定的接收者，而是被所有的控制单单元接收及元接收及计计算。算。v 每条数据的每条数据的传递传递包括以下包括以下5个个过过程。程。v (1)提供数据提供数据v 控制控制单单元向元向CAN控制器提供数据用于控制器提供数据用于传输传输。上一上一页页下一
30、下一页页返回返回任任务务二掌握汽二掌握汽车车载车车载网网络络系系统统结结构与原理构与原理v (2)发发出数据出数据v CAN收收发发器从器从CAN控制器控制器处处接收数接收数据，将其据，将其转转化化为电为电信号信号发发出。出。这这些数据以数据列些数据以数据列的形式的形式进进行行传输传输，数据列是由一，数据列是由一长长串二串二进进制制(高高电电平与低平与低电电平平)数字数字组组成的成的(如如v (3)接收数据接收数据v 所有与所有与CAN数据数据总线总线一起构成网一起构成网络络的控制的控制单单元成元成为为接收器。接收器。v (4)检验检验数据数据v 控制控制单单元元对对接收到的数据接收到的数据进
31、进行行检测检测，看是否是，看是否是其功能所需。其功能所需。v (5)认认可数据可数据v 如果所接收的数据是重要的，它将被如果所接收的数据是重要的，它将被认认可及可及处处理，反之将被忽略理，反之将被忽略上一上一页页下一下一页页返回返回任任务务二掌握汽二掌握汽车车载车车载网网络络系系统统结结构与原理构与原理v 6. CAN总线总线的信息的信息帧类帧类型型v CAN的信息的信息帧类帧类型有型有:数据数据帧帧(date frame )、远远程程帧帧(remoto frame)、错误帧错误帧(error frame)和超和超载帧载帧(over lead frame)。v (1)数据数据帧帧v 数据数据帧
32、帧携携带带数据由数据由发发送器至接收器。送器至接收器。数据数据帧帧有有7个不同的位域，如个不同的位域，如图图2-2-25、图图2-2-26所示。所示。7个位域依次是个位域依次是:起始域、仲裁域、起始域、仲裁域、控制域、数据域、控制域、数据域、CRC(循循环环冗余冗余)校校验码验码域、域、应应答答(ACK)域和域和帧结帧结束。各区域功能束。各区域功能见见表表2-2-4上一上一页页下一下一页页返回返回任任务务二掌握汽二掌握汽车车载车车载网网络络系系统统结结构与原理构与原理v (2)远远程程帧帧v 远远程程帧帧用以用以请请求求总线总线上的相关上的相关单单元元发发送具有相同送具有相同标识标识符的数据符
33、的数据帧帧。如。如图图2-2-27所示，所示，远远程程帧帧由由6个域构成。与数据个域构成。与数据帧帧相比，相比，RTR位位为为隐隐性，没有数据域，数据性，没有数据域，数据长长度度编码编码域可以是。域可以是。08的任何的任何值值，这这个个值值是是远远程程帧请帧请求求发发送的数据送的数据帧帧的数据域的数据域长长度。当具有相同仲裁域的数据度。当具有相同仲裁域的数据帧帧和和远远程程帧帧同同时发时发送送时时，由于数据，由于数据帧帧的的RTR为显为显性，性，所以数据所以数据帧获帧获得仲裁，得仲裁，发发送送远远程程帧帧的的节节点可以直点可以直接接收数据。接接收数据。v (3)错误帧错误帧v 一旦某个一旦某个
34、节节点点发现错误发现错误就就发发送一个送一个错错误帧误帧。错误帧错误帧由由检测检测出出总线错误总线错误的的单单元元发发送。任送。任何何单单元元检测检测到到总线错误时总线错误时就就发发送送错误帧错误帧。上一上一页页下一下一页页返回返回任任务务二掌握汽二掌握汽车车载车车载网网络络系系统统结结构与原理构与原理v (4)超超载帧载帧v 超超载帧载帧用于用于请请求在下一个数据求在下一个数据帧帧或或远远程程帧帧到来之前加入延到来之前加入延时时。超。超载帧载帧由一个由一个J陀的陀的CAN节节点送出，以点送出，以请请求在前、后数据求在前、后数据帧帧之之间间增加增加一个一个额额外的延外的延迟迟。如。如图图2-2
35、-29所示，超所示，超载帧载帧由由两个区域两个区域组组成成:超超载标载标志域及超志域及超载载界定符域。下述界定符域。下述三种状三种状态态将将导导致超致超载帧发载帧发送。送。v 1)接收方在接收一接收方在接收一帧帧之前需要之前需要过过多的多的时间处时间处理理当前的数据当前的数据(接收尚未准接收尚未准备备好好);v 2)在在帧帧空隙域空隙域检测检测到到显显性位信号性位信号;v 3)如果如果CAN节节点在点在错误错误界定符或界定符或过载过载界定符界定符的第的第8位采位采样样到一个到一个显显性位性位节节点会点会发发送一个送一个过载过载帧帧上一上一页页下一下一页页返回返回任任务务二掌握汽二掌握汽车车载车
36、车载网网络络系系统统结结构与原理构与原理v 7.数据数据报报告告优优先先权权v 如果多个控制如果多个控制单单元要同元要同时发时发送各自的送各自的数据，那么系数据，那么系统统就必就必须须决定哪一个决定哪一个单单元首先元首先进进行行发发送。具有最高送。具有最高优优先先级级的数据首先的数据首先发发送。基于安送。基于安全考全考虑虑，由，由ABS/EDL控制控制单单元提供的数据比自元提供的数据比自动变动变速控制速控制单单元提供的数据元提供的数据(驾驶驾驶舒适舒适)更重要。更重要。上一上一页页下一下一页页返回返回任任务务二掌握汽二掌握汽车车载车车载网网络络系系统统结结构与原理构与原理v(二二)LIN总线总
37、线多路多路传偷传偷系系统统v 1. LIN总线总线通信通信协议协议v LIN总线总线是基于是基于SCI或或UART数据格数据格式，采用式，采用单单主控制器、多从主控制器、多从设备设备的模式，使用串的模式，使用串行通信行通信协议协议，可以有效地支持汽，可以有效地支持汽车车上分布式机械上分布式机械电电子子节节点的控制。点的控制。LIN总线总线的主要的主要优优点是降低材点是降低材料及装配成本，如料及装配成本，如连线连线从两根减少到一根，振从两根减少到一根，振荡荡器由陶瓷式改器由陶瓷式改为电为电阻式阻式;不需要改不需要改变变任何其他从机任何其他从机节节点的点的软软件或硬件就可以在网件或硬件就可以在网络
38、络中方便地直接添中方便地直接添加加节节点点;另外，它的抗干另外，它的抗干扰扰性性强强，主要，主要应应用在精度用在精度误误差要求不是很苛刻的部件的控制上。差要求不是很苛刻的部件的控制上。上一上一页页下一下一页页返回返回任任务务二掌握汽二掌握汽车车载车车载网网络络系系统统结结构与原理构与原理v(1) LIN总线总线网网络结络结构构v LIN的通信的通信协议仅协议仅包含物理包含物理层层和数据和数据链链路路层层。其。其编码编码方式方式为为N RZ(not return zero)码码，电电平分平分为隐为隐性性电电平平(+1)(+1)和和显显性性电电平平(+0)(+0)两种。它支持两种。它支持单单主一多
39、从的主一多从的总线总线式拓扑式拓扑结结构，主构，主节节点需要支持点需要支持CAN协议协议或者或者J1850，同，同时时具有具有SCI功能模功能模块块或者或者ISO-9141物理接口物理接口;从从节节点只要具有点只要具有SCI功能模功能模块块或者或者IS09141物物理接口即可。一个理接口即可。一个LIN网网络络由一个主由一个主节节点、一个点、一个或多个从或多个从节节点点组组成，成，节节点数受点数受标识标识符符长长度及度及总线总线物理特性的限制，物理特性的限制，实际应实际应用中不高于用中不高于16个。整个个。整个网网络络的配置信息只包含在主的配置信息只包含在主节节点中，从点中，从节节点可以点可以
40、自由地接入或脱离网自由地接入或脱离网络络而不会影响网而不会影响网络络中的通信中的通信LIN的网的网络结络结构如构如图图2-2-31所示。所示。上一上一页页下一下一页页返回返回任任务务二掌握汽二掌握汽车车载车车载网网络络系系统统结结构与原理构与原理v (2) LIN规规范概述范概述v 1)报报文文:在在总线总线上上发发送的信息，每个送的信息，每个报报文文帧帧都都包括包括2, 4或或8个字个字节节的数据以及的数据以及3个字个字节节的控制和的控制和安全信息。安全信息。总线总线的通信都由主机任的通信都由主机任务发务发送，从机送，从机的任的任务则务则是是发发回数据回数据场场和校和校验场验场。通。通过过主
41、机控制主机控制单单元中的从机任元中的从机任务务，数据可以被主机控制，数据可以被主机控制单单元元发发送到任何从机控制送到任何从机控制单单元。元。v 2)信息路由信息路由:LIN系系统统中，中，节节点不使用有关系点不使用有关系统统配置的任何信息，除了配置的任何信息，除了单单主机主机节节点的命名。不点的命名。不需要改需要改变变任何其他从机任何其他从机节节点的点的软软件或硬件就可以件或硬件就可以在在LIN网网络络中直接添加中直接添加节节点，点，报报文的内容由文的内容由标识标识符命名。符命名。上一上一页页下一下一页页返回返回任任务务二掌握汽二掌握汽车车载车车载网网络络系系统统结结构与原理构与原理v 3)
42、位速率位速率:最大的波特率是最大的波特率是20 kbit/s，它是，它是由由单线传输单线传输介介质质的的EMI限制制定的。最小的波特限制制定的。最小的波特率是率是1 kbit/s，可以避免和，可以避免和实际应实际应用的超用的超时时周期周期冲突。冲突。v 4)单单主机主机无仲裁无仲裁:只有包含主机任只有包含主机任务务的控制的控制器器节节点可以点可以传输报头传输报头，一个从机任，一个从机任务对这务对这个个报头报头作出响作出响应应。由于没有仲裁的。由于没有仲裁的过过程，如果多于一个程，如果多于一个从机响从机响应应就会就会产产生生错误错误v 5)连连接接LIN网网络节络节点的最大数量不点的最大数量不仅
43、仅由由标识标识符符的数量限制，也由的数量限制，也由总线总线的物理特征限制。一般网的物理特征限制。一般网络络的的节节点数量不点数量不应应超超过过16 , LIN网网络络中中积积累的累的电线长电线长度度应应40 m上一上一页页下一下一页页返回返回任任务务二掌握汽二掌握汽车车载车车载网网络络系系统统结结构与原理构与原理v ( 3) LIN的通信的通信规则规则v 一个一个LIN网网络络由一个主由一个主节节点和一个或点和一个或多个从多个从节节点点组组成，成，LIN网网络络上的通信上的通信总总是由主是由主发发送任送任务务所所发发起。起。LIN总线总线有主一从有主一从传输传输或从一从或从一从传输传输两种方法
44、两种方法v 1)主一从通信模式主一从通信模式v 主一从通信模式将大部分主一从通信模式将大部分调调度操作度操作转转移到主移到主节节点上，从而点上，从而简简化其他化其他节节点操作。因此，点操作。因此，LIN从从节节点硬件大幅减少，甚至可能减少点硬件大幅减少，甚至可能减少为单为单个个状状态设备态设备。另一个。另一个优势优势是，由于主是，由于主节节点能点能够够同同时时与所有与所有节节点通信，信息和要求的点通信，信息和要求的ID数量都大大减数量都大大减少但是，少但是，这这种通信方法速度种通信方法速度缓缓慢。慢。这时这时，LIN节节点很点很难难及及时时地接收和地接收和处处理数据，并理数据，并选择选择性地将
45、它性地将它传输给传输给其他其他节节点。点。上一上一页页下一下一页页返回返回任任务务二掌握汽二掌握汽车车载车车载网网络络系系统统结结构与原理构与原理v 2)从一从通信模式从一从通信模式v 从一从通信模式下，响从一从通信模式下，响应应“从任从任务务”的的是是远远程程节节点。各个信息点。各个信息帧帧上的上的节节点共用信息，从点共用信息，从而极大地提高响而极大地提高响应应速度。但是，从一从通信方法速度。但是，从一从通信方法有很大的局限性有很大的局限性:首先，各个从首先，各个从节节点的点的时钟时钟源未知，源未知，因此从因此从节节点将数据点将数据传输传输到网到网络时络时，数据可能，数据可能发发生生漂移漂移
46、;其次，其次，这这种情况下，主种情况下，主节节点不点不显显示从一从通示从一从通信已信已经经失效。失效。v (4) LIN总线报总线报文文传输传输v LIN总线总线是一主多从的通信机制，即是一主多从的通信机制，即允允许许一个主机任一个主机任务务和多个从机任和多个从机任务务。主机任。主机任务务位位于主机于主机节节点内部，点内部，负责报负责报文的文的进进度表和度表和发发送送报报文文头头，即向从机任，即向从机任务传务传送同步和送同步和标识标识符信息，并将符信息，并将从机任从机任务务的信息的信息传传送到其他所有从机任送到其他所有从机任务务。从机。从机任任务务位于所有的位于所有的节节点中，其中一个点中，其
47、中一个节节点点发发送送报报文文的响的响应应信息。信息。上一上一页页下一下一页页返回返回任任务务二掌握汽二掌握汽车车载车车载网网络络系系统统结结构与原理构与原理v 2. LIN总线总线的的应应用用v 在汽在汽车电车电子控制子控制单单元中，涉及汽元中，涉及汽车车安安全以及全以及动动力的系力的系统统，如汽，如汽车发动车发动机、自机、自动变动变速箱、速箱、ABS安全气囊等安全气囊等单单元可采用元可采用CAN网网络络控制方式，控制方式，而而对对于小型系于小型系统统，如，如电动门电动门窗、窗、转转向向盘盘、座椅、座椅、照明灯等照明灯等单单元，出于成本的考元，出于成本的考虑虑可以采用可以采用LIN网网络络控
48、制方式。控制方式。图图2-2-34所示所示为为整整车车CAN/LIN混合控制系混合控制系统统示意示意图图。上一上一页页下一下一页页返回返回任任务务二掌握汽二掌握汽车车载车车载网网络络系系统统结结构与原理构与原理v (三三)VAN总线总线多路多路传输传输系系统统v VAN (ve-hicle area network)又称又称车辆车辆局域网，是局域网，是现场总线现场总线的一种，的一种，由法国的雷由法国的雷诺诺汽汽车车公司和公司和标标致集致集团联团联合开合开发发。VAN作作为专门为为专门为汽汽车车开开发发的的总线总线，1994年成年成为为国国际标际标准。准。VAN通信介通信介质简单质简单，位，位传
49、输传输速率可达速率可达1 Mbit/s (40 m内内)，按，按SAE的分的分类应该类应该属于属于C类类。v VAN支持分布式支持分布式实时实时控制的通信网控制的通信网络络，可广泛，可广泛应应用于汽用于汽车门锁车门锁、电动车电动车窗、空窗、空调调、自自动报动报警以及警以及娱乐娱乐控制等系控制等系统统。VAN总线总线作作为为串串行通信网行通信网络络，与一般，与一般总线总线相比，其数据通信具有相比，其数据通信具有突出的可靠性、突出的可靠性、实时实时性和灵活性。性和灵活性。VAN标标准特准特别别考考虑虑了了严严峻的峻的环环境温度、境温度、电电磁干磁干扰扰和振和振动动因素，因素，尤其适用于需要尤其适用
50、于需要现场总线现场总线的的实时实时控制系控制系统统。上一上一页页下一下一页页返回返回任任务务二掌握汽二掌握汽车车载车车载网网络络系系统统结结构与原理构与原理v1.VAN总线总线分分层层描述描述v (1) VAN的物理的物理层层v 物理物理层负责层负责通信通信连连接、接、编码编码和解和解码码、时钟时钟同步，以及根据同步，以及根据MAC层层的要求，添加、去除的要求，添加、去除特殊符号特殊符号( SOF , EOD , EOF)，使两个，使两个MAC子子层层得以数据交得以数据交换换。v 1) VAN位位传输传输速率可达速率可达1 Mbit/s，两根数，两根数据据线线(数据数据线线DATA和数据和数据
51、线线DATAB采用双采用双绞线绞线、同同轴电缆轴电缆或光或光纤纤均可均可)可以在一根可以在一根线线条件下工作，条件下工作，其其电压电压示意示意图图如如图图2-2-37所示。其信号差所示。其信号差动发动发送，能送，能够获够获得得强强大可靠的噪声抗大可靠的噪声抗扰扰度与故障容差。度与故障容差。上一上一页页下一下一页页返回返回任任务务二掌握汽二掌握汽车车载车车载网网络络系系统统结结构与原理构与原理v 2) VAN采用采用E- Manchester(增增强型型Manchester)码，通信速率最高可达，通信速率最高可达1 Mbit/s。如。如图2-2-38所示，所示，E- Manchester码为3个
52、个NRZ码(不不归零零码)，与一个，与一个Manchester码作作为一一组，自同步，无，自同步，无须填充填充NRZ码。除此之外，。除此之外，VAN还可以用脉冲波通信可以用脉冲波通信v (2) VAN的数据的数据链路路层v 数据数据链路路层定定义了信息了信息帧的数据的数据结构、构、通信通信优先先权、通信格式、通信要求、通信格式、通信要求、总线仲裁以仲裁以及及错误检测及及处理等理等为在在总线上可靠地上可靠地传输数据，数据，要将数据打包成要将数据打包成帧。帧即即为组成一个完整消息的成一个完整消息的一系列数据位，分成几个域，每个域包括了一系列数据位，分成几个域，每个域包括了预定定义类型的数据。数据型
53、的数据。数据链路路层包含介包含介质访问控制子控制子层MAC和和逻辑链路控制子路控制子层LLC。其中，。其中，MAC子子层是是VAN协议的核心，的核心，负责报文分文分帧、仲裁、仲裁、应答、答、错误检测和和标定，把接收到的定，把接收到的报文提供文提供给LLC子子层，并接收来自，并接收来自LLC子子层的的报文，文，处理理帧的封装和解封装。的封装和解封装。LLC子子层负责报文文滤波及波及错误处理。理。上一上一页页下一下一页页返回返回任任务务二掌握汽二掌握汽车车载车车载网网络络系系统统结结构与原理构与原理v 1) VAN的的帧帧由由SOF , ID , COM , DATA(远远程程帧帧无无)、FCS(
54、CRC) , EOD、ACK(可可选选)及及EOF 8部分部分组组成，每成，每帧帧之之间间有有帧间帧间距距IFSv 2)帧帧内内应应答，即数据立即答，即数据立即应应答答帧帧的数据的数据请请求和求和数据数据应应答，答，“拼凑拼凑”为为一一帧帧v 3) VAN网网络络上的上的节节点信息被分成不同的点信息被分成不同的优优先先级级，可，可满满足不同的足不同的实时实时要求，高要求，高优优先先级级的数据有的数据有权权先先发发送数据。送数据。v 4) VAN采用非破坏性采用非破坏性总线总线仲裁技仲裁技术术(全全帧帧逐逐位仲裁位仲裁)。v 5) VAN只需通只需通过滤过滤波即可波即可实现实现点点对对点、全局点
55、、全局广播方式广播方式传传送数据。送数据。v 上一上一页页下一下一页页返回返回任任务务二掌握汽二掌握汽车车载车车载网网络络系系统统结结构与原理构与原理v 6) VAN协议协议可使用介可使用介质访问质访问控制子控制子层层MAC检查检查可能可能发发生的以下生的以下5种种错误错误，即位，即位错误错误、代、代码码错误错误、帧帧格式格式错误错误、CRC校校验错误验错误、ACK错误错误。v 7)在数据在数据传输时传输时，VAN如果如果发发生生错误错误能自能自动动重重试试，重，重试试次数由用次数由用户设户设定。定。VAN能能侦测侦测通信通信线线路短路和开路，当两条通信路短路和开路，当两条通信线线中的一条通信
56、中的一条通信线发线发生故障生故障(短路或者开路短路或者开路)时时，可以在降，可以在降级级模式下运模式下运行，当行，当线线路故障解除路故障解除时时，可自，可自动动恢复到正常状恢复到正常状态态。上一上一页页下一下一页页返回返回任任务务二掌握汽二掌握汽车车载车车载网网络络系系统统结结构与原理构与原理v2. VAN总线数据数据传输v(1) VAN的的报文格式文格式v 在在总线中中传送的送的报文有两种，一种是文有两种，一种是数据数据帧(RTR = 0 )，另一种是，另一种是远程程帧(即即请求求帧，RTR = 1，无，无DATA域域)，由，由8部分部分组成，如成，如图2-2-39所示所示v(2)位仲裁位仲
57、裁v 当几个当几个节点点(如如图2-2-42所示，有所示，有3个个节点点a, b, c)同同时发送送报文文时，假，假设它它们的的报文文标识符符(ID)前面几位相同，前面几位相同，节点点a的的报文文标识符最后两位是符最后两位是O1,节点点b的的报文文标识符最后两位符最后两位是是00，节点点c的的报文文标识符最后两位是符最后两位是11。由于。由于0(显性位性位)优先，而且仲裁从高位到低位，先，而且仲裁从高位到低位，节点点c的倒数第的倒数第2位是位是1(隐性位性位)，首先被，首先被丢弃，退出竟弃，退出竟争。接下来看争。接下来看节点点a和和节点点b的倒数第的倒数第1位，位，节点点a的倒数第的倒数第1位
58、是位是1，被，被丢弃，退出竟争。弃，退出竟争。上一上一页页下一下一页页返回返回任任务务二掌握汽二掌握汽车车载车车载网网络络系系统统结结构与原理构与原理v 3. VAN总线的的应用用v VAN总线的的应用形式主要有两种，用形式主要有两种，一种一种为单一一VAN网网络，另一种，另一种为VAN-CAN混合混合网网络。神。神龙公司生公司生产的的爱丽舍、舍、毕加索加索(1. 6L, 2. 0L)和和赛纳车均采用了均采用了VAN多路多路传输系系统。法国与中国合法国与中国合资生生产的的标致、雷致、雷诺车上的上的电器全器全部都是以部都是以VAN的网的网络形式形式连接的，包括音响主机、接的，包括音响主机、显示屏
59、、碟箱、空示屏、碟箱、空调、车速表以及气囊等速表以及气囊等)。v (I)单一的一的VAN网网络v 最先开最先开发的的车载VAN舒适网主要用舒适网主要用于汽于汽车舒适性舒适性调节，比如空，比如空调、报警、警、导航、航、CD机、收放机、机、收放机、组合合仪表、多功能表、多功能显示屏、示屏、门锁、车窗、窗、车灯等灯等;主要主要应用用车型有型有赛纳和和毕加索，是加索，是纯VAN总线的的车型。型。现在在应用的用的VAN多路多路传输系系统中，使用中，使用BSI智能控制盒，即中央控制智能控制盒，即中央控制计算算机机)对各功能各功能单元元进行控制行控制(图2-2-43 )，这样既减少了既减少了对驾驶员本身素本
60、身素质的依的依赖，又提高了，又提高了驾驶和乘和乘车的舒适性及安全性。的舒适性及安全性。上一上一页页下一下一页页返回返回任任务务二掌握汽二掌握汽车车载车车载网网络络系系统统结结构与原理构与原理v (2) VAN-CAN混合网混合网络络v 为为了了满满足足对对更多功能和更高舒适度的更多功能和更高舒适度的高高级车辆级车辆的需要，市的需要，市场场上又出上又出现现了了VAN- CAN双双网并存的网并存的轿车轿车，其，其结结构如构如图图2-2-44所示。所示。v (四四)MOST总线总线多路多路传输传输系系统统v 1. MOST总线总线介介绍绍v MOST ( media oriented systems
61、 transport)是指多媒体定向系是指多媒体定向系统传统传输输系系统统，是，是专为专为在在车辆车辆中使用而开中使用而开发发的一种多媒的一种多媒体体应应用通信技用通信技术术。v MOST利用一根光利用一根光纤纤，最多可以同，最多可以同时时传传送送15个个频频道的道的CD质质量的非量的非压缩压缩音音频频数据。在数据。在一个局域网上，最多可以一个局域网上，最多可以连连接接64个个节节点点(装置装置)。v 上一上一页页下一下一页页返回返回任任务务二掌握汽二掌握汽车车载车车载网网络络系系统统结结构与原理构与原理v MOST为为多媒体多媒体时时代的代的车载电车载电子子设备设备所必需的高速网所必需的高速
62、网络络，为为遥控操作及集中管理的方遥控操作及集中管理的方法等提出了方案。法等提出了方案。MOST将成将成为为汽汽车车用多媒体用多媒体设设备备所不可缺少的技所不可缺少的技术术。v2. MOST的特点的特点vMOST具有以下几个特点具有以下几个特点:v1)保保证证低成本的条件下，达到低成本的条件下，达到24.8 Mbit/s的的数据数据传输传输速率速率v2)无无沦沦是否有主控是否有主控计计算机都可以工作算机都可以工作v3)使用塑料光使用塑料光缆缆( plastic optical fiber, POF)优优化信息化信息传传送送质质量。量。v4)支持声音和支持声音和压缩图压缩图像的像的实时处实时处理
63、理上一上一页页下一下一页页返回返回任任务务二掌握汽二掌握汽车车载车车载网网络络系系统统结结构与原理构与原理v5)支持数据的同步和异步支持数据的同步和异步传输传输v6)发发送送/接收器嵌有虚接收器嵌有虚拟拟网网络络管理系管理系统统v7)支持多种网支持多种网络连络连接方式接方式v8)提供提供MOST备标备标准准v9)方便方便简洁简洁的的应应用系用系统统界面界面v10) MOST总线总线不像不像CAN总线总线和和I- Bus(仪仪表表总线总线)那那样样只只传输传输控制数据和控制数据和传传感器数据，它感器数据，它还还能能传输传输数字音数字音频频信号和信号和视频视频信号信号图图形以及提供其他形以及提供其
64、他数据服数据服务务上一上一页页下一下一页页返回返回任任务务二掌握汽二掌握汽车车载车车载网网络络系系统统结结构与原理构与原理v 3. MOST总线协议总线协议v (1) MOST数据的数据的类类型型v 在在MOST网网络络中，中，传输传输的信息有同步的信息有同步数据、异步数据和控制数据三种数据、异步数据和控制数据三种类类型型这这三三类类数据数据分分别别由一个信息由一个信息帧帧的同步数据域、异步数据域和的同步数据域、异步数据域和控制数据域控制数据域传传送。送。v 同步数据域用于同步数据域用于传传送送实时实时数据，数据数据，数据的的访问访问采用分采用分时时多路复用多路复用(time division
65、 multiplexing, TDM)方式。在一个方式。在一个帧帧中异步中异步传输传输用于用于传传送大送大块块的数据。异步数据以令牌的数据。异步数据以令牌环环的的方式方式访问访问，控制数据域，控制数据域传输传输媒体和其他数据，控媒体和其他数据，控制通道的制通道的协议协议采用采用载载波波监监听多路复用听多路复用(carrier sense muccess, CSMA)访问访问方式。方式。上一上一页页下一下一页页返回返回任任务务二掌握汽二掌握汽车车载车车载网网络络系系统统结结构与原理构与原理v (2) MOST总线结总线结构和原理构和原理v 1) MOST的的节节点点结结构。构。v MOST标标准
66、的准的节节点点结结构模型如构模型如图图2-2-45所示。所示。MOST网网络络可以可以连连接基于不同内部接基于不同内部结结构和内部构和内部实现实现技技术术的的节节点。它的拓扑点。它的拓扑结结构可以构可以是是环环形网或星形网或菊花形网或星形网或菊花链链。MOST网网络络上的上的设设备备分享不同的同步和异步数据分享不同的同步和异步数据传输传输通道，不同通道，不同类类型的数据具有不同的型的数据具有不同的访问访问机制。机制。上一上一页页下一下一页页返回返回任任务务二掌握汽二掌握汽车车载车车载网网络络系系统统结结构与原理构与原理v2)MOST设备设备v 连连接到接到MOST上的任何上的任何应应用用层层部
67、分都部分都是是MOST设备设备。因。因为为MOST设备设备是建立在是建立在MOST系系统统服服务层务层上的，它可以上的，它可以应应用用MOST网网络络提供的提供的信息信息访问访问功能以及位流功能以及位流传传送的同步送的同步频频道和数据道和数据报报文异步文异步传传送功能。它可以向系送功能。它可以向系统统中中请请用于用于实时实时数数据据传传送的送的带宽带宽，同，同时还时还可以以可以以报报文形式文形式访问访问网网络络和和发发送送/接收控制数据。接收控制数据。MOST网网络络中，在网中，在网络络管理系管理系统统的控制下，的控制下，这这些些设备设备可以可以协协同工作，它同工作，它们们之之间间可以同可以同
68、时传时传送数据流，控制信息和数据送数据流，控制信息和数据报报文。文。上一上一页页下一下一页页返回返回任任务务二掌握汽二掌握汽车车载车车载网网络络系系统统结结构与原理构与原理v 3)多媒体网多媒体网络络的原理的原理v 多媒体网多媒体网络络的一个基本特征是它不像的一个基本特征是它不像CAN总线总线和和I-Bu*仪仪表表总线总线那那样样，只，只传输传输控制数控制数据和据和传传感器数据，除此之外一个多媒体网感器数据，除此之外一个多媒体网络还络还能能传输传输数字音数字音频频信号和信号和视频视频信号信号图图形以及其他数据。形以及其他数据。其原理如其原理如图图2-2-48所示。所示。v4. MOST在汽在汽
69、车车上的上的应应用用v (1) MOST技技术术的的产产生生v MOST技技术术由由MOST组织组织来主持来主持标标准化与准化与规规格化工作。截至目前，已格化工作。截至目前，已经经有有15家国家国际际性汽性汽车车厂商和厂商和70余家主要零配件生余家主要零配件生产产厂商加盟厂商加盟该该组织组织。为为了推了推动动MOST技技术术向汽向汽车车以外的行以外的行业业普普及，及，MOST组织组织开始着手准开始着手准备备开开发发技技术术的的标标准化准化工作，并建立起与之相配套的工作，并建立起与之相配套的组织组织机构。机构。上一上一页页下一下一页页返回返回任任务务二掌握汽二掌握汽车车载车车载网网络络系系统统结
70、结构与原理构与原理v (2) MOST技技术优势术优势v 在在为为数不多的几个数不多的几个LAN标标准中，准中，MOST技技术术具具备备技技术术上的上的优势优势和和较较高的高的实实用性。用性。特特别值别值得一提的是其技得一提的是其技术术上的上的优势优势，与其他，与其他标标准准相比，在于相比，在于这这种通信种通信标标准是一种分流可能性很大准是一种分流可能性很大的技的技术术。v 主要通信主要通信标标准大多数是以准大多数是以软软件包的形件包的形式式传输传输的。的。为为了了实现实时传输实现实时传输声音、声音、动动画，必画，必须须考考虑虑各种方案各种方案为为了了调调整整时间时间，需要，需要缓缓存、存、为
71、为管理管理软软件包件包传输传输追加信息，追加信息，这样这样就会出就会出现缓现缓存溢出的存溢出的问题问题，降低网，降低网络络的工作效率。的工作效率。上一上一页页下一下一页页返回返回任任务务二掌握汽二掌握汽车车载车车载网网络络系系统统结结构与原理构与原理v( 3 ) MOST技技术术拓展拓展应应用用v 目前已目前已经实现产经实现产品化的品化的MOST技技术术有有MOST25 , MOST50,第第3代代MOST150Mbit/s技技术术SOMOST正在开正在开发发中。中。MOST150可以达到与可以达到与MOST25塑料光塑料光纤纤同等的同等的传输传输速率，不用增加物理速率，不用增加物理层层成本就
72、可以提成本就可以提高通信速率。高通信速率。为为了了给给不同数据不同数据类类型提供最合适的型提供最合适的传输传输通道，以往的技通道，以往的技术术都是通都是通过过分配同步分配同步频频段、段、非同步非同步频频段、控制段、控制频频段等段等3个个逻辑频逻辑频段来段来实现实现，而而MOST150在此基在此基础础上又增加了两个上又增加了两个频频段段:一一个是同步个是同步丛发频丛发频段，与段，与MOST网网络络相比，它是一相比，它是一种更容易种更容易进进行非同步分流行非同步分流传输传输、更适合、更适合传输传输MPEG格式格式图图像的方式像的方式;另一个是可以通另一个是可以通过过MAC地址地址进进行通信的以太网
73、行通信的以太网频频段，段，这这一一频频段可以当作段可以当作以太网使用，以太网使用，轻轻松松处处理理TC P/ IP协议协议上一上一页页下一下一页页返回返回任任务务二掌握汽二掌握汽车车载车车载网网络络系系统统结结构与原理构与原理v(五五)FlexRay总线多路多路传偷系系统v1. FlexRay协议及其容及其容错机制机制v FlexRay网网络结构可以有构可以有4种形式，即种形式，即总线式、星形式、星形一式、星形式、星形一总线混合式及多个星形混合式及多个星形串接式。串接式。FlexRay的的总线根据需要可以根据需要可以连接多个接多个乃至很多乃至很多节点。在每个点。在每个节点内，根据点内，根据应用
74、的确定用的确定性和容性和容错要求，要求，FlexRay模模块均包括均包括实施施FlexRay协议所需的所有所需的所有组件。件。v 1)寄存器模寄存器模块。它包含控制寄存器，用于配置。它包含控制寄存器，用于配置FlexRay设备，还包括状包括状态寄存器，用于寄存器，用于读取当取当前的前的协议状状态信息。信息。v 2)信息信息缓冲器接口。冲器接口。CPU中使用中使用该接口，以接口，以接收和接收和传输数据，包括寄存器数据，包括寄存器块生成的数据。生成的数据。v 3)协议状状态机。通信控制器的核心，它机。通信控制器的核心，它执行整行整个个协议逻辑，如信息，如信息处理、建立通信周期、启理、建立通信周期、
75、启动和和错误处理理v 4)定定时单元元负责定定时控制。它包括支持分布式控制。它包括支持分布式时钟的同步。的同步。上一上一页页下一下一页页返回返回任任务务二掌握汽二掌握汽车车载车车载网网络络系系统统结结构与原理构与原理v 5)循循环环冗余冗余码码校校验验CRC单单元。在信息元。在信息传输传输和接和接收收过过程中，生成和程中，生成和检验检验每个数据每个数据帧帧的校的校验验和。和。v 6)接收和接收和传输单传输单元。每个通道一个元。每个通道一个v 2. FlexRay线线控制控制动动系系统实现过统实现过程程v 高高级级底底盘盘控制是控制是FlexRay推推动动新技新技术术在汽在汽车设计车设计中的最好
76、中的最好应应用。如今，防抱死制用。如今，防抱死制动动系系统统(ABS)在大量在大量车辆车辆上得到普及，但是上得到普及，但是车辆稳车辆稳定性控制仍然是一个复定性控制仍然是一个复杂杂、费费用高昂的用高昂的难题难题。随。随着基于着基于FlexRay网网络络控制的控制的线线控制控制动动技技术术的出的出现现，车辆稳车辆稳定性控制的主要定性控制的主要组组件将向更件将向更轻轻、更快、更、更快、更简单简单、效率更高的方向、效率更高的方向发发展，从而展，从而实现实现高高级车辆级车辆的的稳稳定性控制。定性控制。上一上一页页下一下一页页返回返回任任务务二掌握汽二掌握汽车车载车车载网网络络系系统统结结构与原理构与原理
77、v 线线控制控制动动技技术术 亦称亦称电电子机械制子机械制动动(EMB ) 可以消除制可以消除制动动液和液液和液压压管路的困管路的困扰扰。单单独的高性能独的高性能电电机在每个机在每个车轮车轮上上产产生制生制动动力，制力，制动动由由ECU控制，并由控制，并由电电子踏板模子踏板模块发块发出的信号出的信号执执行。行。FlexRay提供通信提供通信协议协议，支持整个系，支持整个系统统的高速信的高速信息息传传送，送，FlexRay的容的容错错功能保功能保证证了了线线控制控制动动系系统统的的绝对绝对可靠性。可靠性。v(六六)蓝蓝牙技牙技术术原理与原理与应应用用上一上一页页下一下一页页返回返回任任务务二掌握
78、汽二掌握汽车车载车车载网网络络系系统统结结构与原理构与原理v 1.蓝蓝牙技牙技术术的特点的特点v 蓝蓝牙技牙技术术的的实质实质内容是建立通用内容是建立通用的无的无线线通信空中接口及其控制通信空中接口及其控制软软件的公开件的公开标标准，准，使通信和使通信和计计算机算机进进一步一步结结合，使不同厂家生合，使不同厂家生产产的的仪仪器便携式器便携式设备设备，如，如车载电话车载电话移移动电话动电话、手提、手提计计算机等，在没有算机等，在没有电线电线或或电缆连电缆连接的情况下，能在接的情况下，能在近距离内具有互相通信、相互操作的性能。近距离内具有互相通信、相互操作的性能。蓝蓝牙牙技技术术支持点支持点对对点
79、和一点点和一点对对多点的通信，其基本网多点的通信，其基本网络组络组成是皮可网成是皮可网(piconet)，通，通过蓝过蓝牙技牙技术连术连接接在一起的所有在一起的所有仪仪器就是一个皮可网。由于具有器就是一个皮可网。由于具有蓝蓝牙技牙技术术的的电电子模子模块块尺寸尺寸较较小，能小，能够够安装在小型安装在小型电电子子仪仪器中，具器中，具备发备发射器和接收器功能，一旦具有射器和接收器功能，一旦具有蓝蓝牙技牙技术术的两个的两个仪仪器相遇，便会自器相遇，便会自动动建立通信建立通信联联系，同系，同时时构成皮可网，此构成皮可网，此间间不需要用不需要用户户介入。介入。上一上一页页下一下一页页返回返回任任务务二掌
80、握汽二掌握汽车车载车车载网网络络系系统统结结构与原理构与原理v 一个皮可网最多可以一个皮可网最多可以为为8个活个活跃跃的的蓝蓝牙技牙技术仪术仪器提供地址，也可以最多同器提供地址，也可以最多同时时排列排列256个非活个非活跃跃的的蓝蓝牙技牙技术仪术仪器。皮可网中需要有一个器。皮可网中需要有一个核心部件核心部件指令器，由指令器构造皮可网，其他指令器，由指令器构造皮可网，其他的的仪仪器需要与指令器适配同步，只有从指令器得器需要与指令器适配同步，只有从指令器得到数据包的到数据包的仪仪器才允器才允许许作出作出应应答，答，这样这样在构造皮在构造皮可网可网时时就不会混乱。奥迪就不会混乱。奥迪A8轿车轿车的的
81、电话电话/电电子通子通信系信系统统控制控制单单元就是蔽牙技元就是蔽牙技术术的指令器。的指令器。v 2.蓝蓝牙技牙技术术的关的关键键技技术术v 为为了使了使蓝蓝牙技牙技术术在汽在汽车车中真正具有吸中真正具有吸引力，必引力，必须须能能够够在在标标准准蓝蓝牙牙MAC(数据数据链链路路层层)与与用用户订户订制的制的MAC层层之之间间切切换换。用。用户订户订制的制的z/m层层主要是主要是为为了了获获得更好的得更好的实时实时性，并性，并简简化避免窃化避免窃听和其他听和其他蓝蓝牙站的干涉，主要的牙站的干涉，主要的时间时间要求是要求是:以以1 0005 000 bit/s的速率交的速率交换换CAN信息，如信息
82、，如对对10 20 bit/s长长的数据包，需要的数据包，需要75 kbit/s的的速率和速率和510 ms的的转换时间转换时间。上一上一页页下一下一页页返回返回任任务务二掌握汽二掌握汽车车载车车载网网络络系系统统结结构与原理构与原理v 3.蓝蓝牙技牙技术术在汽在汽车车上的上的应应用用v (1)蓝蓝牙技牙技术术在汽在汽车车上的上的应应用用场场合合v 蓝蓝牙技牙技术术在汽在汽车车上服上服务务的的场场合如下合如下:v 1)当汽当汽车进车进入服入服务务站站时时，它的，它的蓝蓝牙站与服牙站与服务务站站主主计计算机建立算机建立连连接，它和汽接，它和汽车计车计算机通算机通过过蜂蜂窝电窝电话话系系统统交交换
83、换信息信息;v 2)服服务务站主站主计计算机提醒服算机提醒服务务人人员员分配任分配任务务，同，同时时他的他的计计算机与汽算机与汽车车建立建立连连接，并下接，并下载载一些需要一些需要的信息的信息;v 3)服服务务人人员员在其在其计计算机上算机上获获得必要的工作指示，得必要的工作指示，当当给给汽汽车车服服务时务时，他可以通，他可以通过计过计算机控制和算机控制和调节调节一些功能，如一些功能，如车车灯、窗灯、窗户户、空气、空气、发动发动机参数等，机参数等，也可以也可以为为任何任何电电子控制子控制单单元下元下载载最新版本的最新版本的软软件。件。上一上一页页下一下一页页返回返回任任务务二掌握汽二掌握汽车车
84、载车车载网网络络系系统统结结构与原理构与原理v (2)汽汽车车中的中的蓝蓝牙网牙网v 在汽在汽车车里，每个里，每个车门车门前座和操前座和操纵轮纵轮都都有灵活的有灵活的电缆电缆，而，而这这些灵活的些灵活的电缆电缆常常会出常常会出现问现问题题。这这里，可以在小范里，可以在小范围围内采用无内采用无线电缆线电缆延仲器，延仲器，但在但在CAN网网络络中，小范中，小范围围内内实现实现可靠的位到位无可靠的位到位无线连线连接很困接很困难难，因此，因此电缆电缆延仲器延仲器应该应该是网是网桥桥而不而不是是简单简单的的转发转发器，而且，在小范器，而且，在小范围围内的位到位内的位到位电电缆缆延仲器需要延仲器需要14个
85、无个无线单线单元，元，还还要求网要求网络间络间的兼的兼容性，所以容性，所以这这种体系种体系结结构没有吸引力。构没有吸引力。v 另一种方案是用一个另一种方案是用一个节节点相点相连连，仅仅需需8个基站，个基站，这样这样，利用，利用电缆电缆延仲器可把延仲器可把CAN网分网分为为两个网，其中一个网两个网，其中一个网络络将将仅仅由一个由一个节节点点组组成，成，这这就解决了高复就解决了高复杂杂性和高性和高费费用的用的问题问题。另外，基。另外，基站可能与其他站可能与其他蓝蓝牙特性牙特性产产生兼容生兼容问题问题，因此，因此应应用用也可减少，也可减少，这这就同就同时时降低了硬件价格。汽降低了硬件价格。汽车车中的
86、中的网网络络拓扑如拓扑如图图2-2-52所示。所示。上一上一页页返回返回表表2-2-4数据数据帧帧各区域功能表各区域功能表返回返回下一下一页页表表2-2-4数据数据帧帧各区域功能表各区域功能表返回返回上一上一页页图图2-1-1多路多路传输传输系系统统技技术术特征示意特征示意图图返回返回图图2-1-2多路多路传输传输系系统统拓扑拓扑结结构构返回返回图图2-1-9网网络络架构示意架构示意图图返回返回图图2-1一一14 SAE-J1850B双网关示意双网关示意图图返回返回图图2-1一一15频频分多址复用分多址复用传输传输原理原理图图返回返回图图2-1一一16时时分多址复用分多址复用传输传输原理原理图
87、图返回返回图图2-1一一17多路多路访问访问数据数据发发送控制流程送控制流程返回返回图图2-1一一18多路多路访问访问数据接收控制流程数据接收控制流程返回返回图图2-2-3 CAN数据数据总线传输总线传输系系统组统组成成返回返回图图2-2-9 CAN网网络结络结构构返回返回图图2-2-10 OSI与与现场总线现场总线开放互开放互联联模型的模型的对应对应返回返回图图2-2-11协议协议框架示意框架示意图图返回返回图图2一一2-25数据数据帧结帧结构构图图1返回返回图图2-2-26数据数据帧结帧结构构图图2返回返回图图2-2-27远远程程帧结帧结构构图图返回返回图图2-2-29超超载帧结载帧结构构
88、图图返回返回图图2-2-31 LIN网网络结络结构构图图返回返回图图2-2-34整整车车CAN/LIN网网络络控制控制图图返回返回图图2-2-37 VAN总线总线DATA与与DATAB的的电压电压示意示意图图返回返回图图2一一2一一38 E一一Manchester编码编码返回返回图图2-2-39 VAN通信的波形通信的波形返回返回图图2-2-42 CSMA/CD逐位非破坏仲裁逐位非破坏仲裁返回返回图图2-2-43 VAN多功能多功能传输传输系系统结统结构示意构示意图图返回返回图图2一一2-44 VAN-CAN混合混合结结构构返回返回图图2-2-45 MOST标标准的准的节节点点结结构模型构模型返回返回图图2-2-48多媒体网多媒体网络络的原理的原理返回返回图图2-2-52汽汽车车中的网中的网络络拓扑拓扑结结构构返回返回
