汽车单片机教案7

课堂教案教师：刘杨科目：汽车单片机技术教案附页第三章车载网络技术基础第一节计算机网络技术一、计算机网络的组成1、计算机网络的组成计算机网络由网络硬件和网络软件组成。

网络硬件由网络节点和连接节点的传输介质组成。

网络软件由节点软件和网络软件组成。

（1）网络节点网络节点简称节点，也是网络中的单元。

计算机网络中的所有节点都具有计算机最基本功能。

节点可以分为终端节点、服务节点和混合节点。

终端节点一般是网络终端的计算机，其功能主要是产生、发送和接受数据。

服务节点一般是支持和控制网络运行的各种数据处理和通信设备，如服务器、交换机、路由器、集线器等。

（2）网络传输介质网络上数据的传输需要有“传输媒体”或“传输介质”传输，常用的网络传输介质可分为两类：一类是有线的；一类是无线的。

有线传输介质主要有同轴电缆、双胶线和光纤；无线传输介质主要有无线电波和红外线。

（3）节点软件不同的节点，需要安装不同的节点软件支持才能运行。

例如，个人计算机需要相应的操作系统才能工作，才能运行各种应用软件。

工业或车载网络的节点都需要安装为此开发的软件才能工作。

（4）协议软件不同的网络，需要不同的协议软件支持才能运行。

所谓协议软件就是支持网络“交通规则”的软件。

二、计算机网络的分类计算机网络可以按不同角度进行分类，如可以按网络所覆盖的地理范围分类、按网络的拓扑结构分类、按网络中计算机所处的地位分类等。

1、按网络所覆盖的地理范围分类由于网络覆盖范围和计算机之间互联距离不同，所采用的网络结构和传输技术也不同，因而形成不同的计算机网络。

广域网(Wide Area Network，WAN)：也称远程网，作用范围大约大几十至几千千米。

它可以覆盖一个国家或地区，甚至可以横跨几个洲，形成国际性的远程网。

广域网内用于通信的传输装置和介质，一般是由电信部门提供，网络由多个部门或多个国家联合组建而成，网络规模大，能实现较大范围的资源共享。

因特网就是典型的广域网。

城域网(Metropolitan Area Network，MAN)：网络作用范围介于局域网和广域网之间，约为几十千米。

城域网的设计目标常常要满足一个城市范围内大量的企业、公司、机关、学校、住宅区等多个局域网互联的需求。

2、按网络的拓扑结构分类拓扑结构就是网络节点在物理分布和互联关系上的几何构型。

按计算机网络的拓扑结构可将网络分为：总线型网、星型网、环型网、树型网。

三、计算机网络协议与网络体系结构1.网络协议计算机网络的节点之间需要不断地交换数据信息和控制信息，要做到有条不紊地交换数据，每个节点都必须遵循一些事先约定好的规则。

这些规则明确地规定了所交换数据的格式和时序。

这些为网络数据交换而制定的规则、约定和标准称为网络协议。

网络协议主要由以下三个要素组成。

语法：用于确定协议元素的格式，即数据与控制信息的结构和格式。

语义：用于确定协议元素的类型，即规定了通信双方需要发出何种控制信息，完成何种动作，以及做出何种应答。

定义：用于确定通信速度的匹配和时序，即对事件实现顺序的详细说明。

网络协议从语法和语义上定义了数据信息交换的规则和过程，从时序上定义了通信双方通信速度的匹配。

总之，网络协议是通信双方共同遵守的通信语义、语法和时序的集合。

2、网络体系结构在现实生活中人们处理一些复杂问题时，通常采用层次化的解决方法。

例如文字通信，它是为社会成员之间传递信息服务的。

社会是一个很大的网络，每一位社会成员都是网络中的节点，都可以与他人通过邮局通信。

以上面信息的传送过程，按层次分析如下：第1层为邮递层，为了使信件准确到达收信人处，邮递层要建立邮局网络，其中包括家庭和社会单位的地址。

邮局要选择最佳邮递路线，或在最佳邮递路线受阻时，选择次佳邮递路线，最终将邮件传递到目的邮局。

邮局只负责信件的快速和准确邮递，不管信件的内容。

第2层为封装层，发信人要用规定的信封封装信件，并按规定的格式书写收信人的地址，邮局才能准确将信件送达到收信人处。

第3层为编译层，编译层的人会书写同一种母语和同一种密码。

第4层为交流层，交流层的人是真正需要表达和接受信息的人。

我们将计算机网络的这种层次结构模型和各层协议的集合称为计算机网络体系结构。

不同系统中的相同层实体叫对等实体，对等实体间通信须遵守同层协议。

计算机网络有不同的层次结构模型，国际标准化组织（ISO）为网络通信定义了一个参考模型，称为开放式系统互连参考模型（OSI），简称OSI模型。

下面以OSI模型为网络体系结构发送电子邮件，从最高层向下解释各层的功能。

第7层：应用层应用层包括电子邮件、文件传输、文件管理、远程访问文件和打印机和终端仿真等网络服务。

电子邮件的输入一般用母语。

第6层：表示层表示层的主要功能就是将报文转换成某种能被各种入网计算机及运行的应用程序相互理解的约定格式，即在网络中进行通信的翻译。

对电子邮件来说，表示层协议的功能就是要将电子邮件的母语代码翻译为约定格式的数码格式。

第5层：会话层会话层不参与具体的传输，是在不同计算机上的进程之间建立通信会话，功能包括建立、维护、同步、管理通信实体间的对话以及访问身份验证等。

发送电子邮件要输入目的邮箱的地址，与目的邮箱的网站建立联系。

第4层：传输层传输层的数据传输单位是报文。

传输层按照网络一次能处理的最大数据包对数据进行分割，形成分组报文。

传输层协议同时对报文流量进行控制或根据接收数据的快慢程度规定适当的发送速率。

文件较大的电子邮件的二进制数据要进行分割，形成分组报文。

第3层：网络层网络层管理网络的连接和解除。

通过路径选择将电子邮件从最合适的路径由发送端传送到接收端，同时还要防止信息流量过大造成网络阻塞。

第2层：数据链路层数据链路层的传输单位是数据帧，每帧的数据是由一个或若干字节（每位字节含8位二进制数）组成，因此要将报文一帧一帧的发送。

数据链路层对要传输的帧，增加同步信息、校验信息、地址信息等，封装成数据帧。

数据链路层协议同时控制的数据帧的传输顺序、差错检测与控制、数据流量控制等。

第1层：物理层物理层确定传输电子邮件（其他数据也相同）二进制脉冲信号的传输方式、脉冲信号的电压参数；确定物理连接（接口）的结构方式；在物理层中，数据传输的单位是比特(bit)。

四、计算机网络常用传输介质网络上数据的传输需要有“传输媒体”，即传输介质。

常用的网络传输介质可分为两类：一类是有线的；一类是无线的。

有线传输介质主要有同轴电缆、双胶线和光纤；无线传输介质主要有无线电波和红外线。

1.同轴电缆同轴电缆曾经是局域网中使用最普遍的一种线缆，它的典型特点是传输距离长、抗干扰性强。

同轴电缆主要用于总线型网络中。

闭路电视的传输电缆就是同轴电缆。

2、双胶线双胶线由相互绞合在一起的线对组成，如图所示。

为制作网线时便于区分，每条线都标有不同的颜色。

双胶线是目前组建局域网时最常用的一种线缆。

3、光纤光纤是光导纤维的简称，光纤是一种细小、柔韧并能传输信号的传输介质，相对于其他传输介质来说，光纤具有传输距离长、传输速率高、安全性好等特点。

主要适用于长距离、大容量、高速度的场合，如大型网络的主干线和大容量的信息传输等。

4、无线传输介质除了上述三种传输媒体之外，还可以通过无线的方式进行通信。

无线传输主要有无线电波和红外线等。

其中红外线传输数据信号的基本速率为1Mb/s, 仅适用于近距离的无线传输，而且有很强的方向性；而无线电波的覆盖范围较广，应用较广泛，是常用的无线传输媒体。

我国一般使用2.4 ～2.4835MHz频段的无线电波进行局域网的无线通信。

第二节车载网络系统随着汽车电子技术的不断发展，车辆上电控系统的数量不断增多，而且功能也越来越复杂。

很多汽车采用了多个电脑(ECU)。

每一个电脑都需要与多个传感器、执行器之间发生通信，而每一个输入、输出信号又可以与多个电脑之间发生通信。

如果每一个电控系统都独立配置一整套相应的传感器、执行器，那么将有大量的线束、接插件密布于汽车的各个部位，这样不仅会增添汽车生产车间组装工人的装配困难以及车身重量，而且也会增加了汽车售后维修人员对故障诊断、维修的难度，因而车载网络系统应运而生。

车载网络系统具有以下的优点：减轻整车重量：减少线束，并使线束变细，节省空间。

单个线束所承担的功能增加。

节约成本：线束减少，传感器共享，可以实现控制器和执行器的就近连接原则，减少装配时间。

质量可靠：插头减少，故障率减少，质量更可靠。

增大开发余地：各控制器可以把整车功能相对随意地分担，新的功能和新技术可以通过软件进行更新。

一、车载网络技术的发展二、车载网络的组成车载网络采取基于串行数据通信的体系结构，车载网络主要由电控单元、数据总线、网络、网络协议、网关等组成。

1．电控单元现代汽车除了有发电机电控单元，还有自动变速器电控单元、ABS电控单元、空调电控单元等许多电控单元，高档轿车有几十个电控单元，因此，必须用网络把它们连接起来，才能资源共享。

2．数据总线数据总线( BUS)是电控单元间运行数据传递的通道，简称总线，即所谓的信息高速公路。

如果一个控制单元可以通过总线发送数据，又可以从总线接收数据，则这样的数据总线就称之为双向数据总线。

汽车上的数据总线的传输介质常用单线、双绞线或光纤。

3. 网络在汽车行业里，习惯将几条总线连接一起的车载局域网称为车载网络。

为了满足汽车上不同的电控单元对总线系统性能要求的不同，同时考虑经济成本，一辆汽车上往往采用不同的总线组成车载网络。

4. 网络协议车载网络协议包括各总线独立通信协议和各总线相互通信协议。

5. 网关由于车载网络是由不同的总线组成，因此，就需要一个连接不同总线的特殊网络节点，这个节点称为网关( Gateway)。

三、车载网络的分类至今仍没有一个通信网络可以完全满足汽车的所有成本和性能要求，因此，汽车制造商将继续采用多种协议来实现来汽车上的联网。

目前，绝大多数车用总线被美国汽车工程师协会（SAE）下属的汽车网络委员会按照协议特性分为A、B、C三类。

也有其他的分类方法。

1. A类总线和协议A类总线是面向传感器和执行器控制的低速网络，数据传输位速率通常小于10 Kbit/s，主要用于后视镜调整及电动窗、灯光照明等控制。

也可以用于面向智能传感器或执行器的数字化通讯场合。

A类常用的总线是LIN总线， LIN总线是用于汽车分布式电控系统的一种新型低成本串行通信系统，它是一种基于串行异步通信（UART）的数据格式、主从结构的单线12 V 的总线通信系统。

由于目前尚未建立低端多路通信的汽车协议标准，因此LIN总线正试图发展成为低成本的行业协议标准。

2. B类总线和协议B类是面向独立模块间数据共享的中速网络，位速率在10～125 Kbit/s，主要应用于车身电子舒适性模块、仪表显示等系统。

B类常用的总线是CAN总线。