车载网络系统(汽车电子控制技术)

（6）仲裁 只要总线空闲，任何单元都可以开始发送报文， 具有较高优先权报文的单元可以获得总线访问权，如果2个 或2个以上的单元同时开始传送报文，那么就会有总线访问 冲突。仲裁的机制确保了报文和时间均不损失，当具有相同 识别符的数据帧和远程帧同时初始化时，数据帧优先于远程 帧。仲裁期间，每一个发送器都对发送位的电平与被监控的 总线电平进行比较，如果电平相同，则这个单元可以继续发 送；如果发送的是一“隐性”电平而监视的是一“显性”电 平，单元失去了仲裁，必须退出发送状态。 （7）错误检测 为了获得最安全的数据发送，CAN 的每一 个节点均采取了强有力的措施以便于错误检测、错误标定及 错误自检。错误检测的机制具有检测到所有的全局错误，检 测到发送器所有的局部错误，检测到报文里多达5个任意分 布的错误，检测到报文里长度低于15（位）的突发性错误， 检测到报文里任一奇数个的错误等属性。任何检测到错误的 节点会标志出损坏的报文，此报文会失效并将自动地开始重 新传送。 （8）故障界定 CAN 节点能够把永久故障和短暂扰动区别 开来，故障的节点会被关闭。
（7）传输协议具有三要素，分别规定了通信信息帧的格式， 通信信息帧的数据和控制信息，确定事件传输的顺序以及速 度匹配；并且还具有差错监测和纠正、分块和重装、排序、 流量控制功能得功能。
（8）传输仲裁是指当出现数个使用者同时申请利用总线发 送信息时，传输仲裁是用于避免发生数据冲突的机构。仲裁 可保证信息按其重要程度来发送。
20 K LIN协会
2～ 25 M
TIT公司
10.1.2 车载网络基础知识
（1）局域网是指一个有限区域内连接的计算机网络，通 过该网络实现系统内的资源共享和信息通信，连接到网络 上的节点可以是计算机、基于微处理器的应用系统或控制 装置。车载网络作为一种局域网，其数据传输速度一般在 105 Kb/s范围内，传输距离在250m范围内。
2.CAN总线特点 CAN总线是一种串行数据通信协议，最大通讯
距离可达10km，最大通信速率可达1Mbps。 CAN 控制器工作于多主方式，网络中的各节点
都可根据总线访问优先权（取决于报文标识符） 采用无损结构的逐位仲裁的方式竞争向总线发送 数据，且CAN 协议废除了节点地址编码，而代之 以对通信数据进行编码，这可使不同的节点同时 接收到相同的数据，这些特点使得CAN 总线构成 的网络各节点之间的数据通信实时性强，并且容 易构成冗余结构，提高系统的可靠性和系统的灵 活性。
（2）数据总线是指模块间运行数据的通道，模块可以发 送和接收数据，数据总线称为双向数据总线，即所谓的信 息高速公路，如图10-1所示，汽车上的信息高速公路实 际是一条或两条导线，为了对抗电子干扰，双线制数据总 线的两条线（图10-2）是绞在一起的。
图10-1 数据总线传输示意图
图10-1 数据总线传输示意图
1 M ISO
J1850
车身系统控制用LAN协议，以 美国为中心
பைடு நூலகம்41.6 K
Ford Motor 公司
LIN（Local Interconnect Network）
车身系统控制用LAN协议，低 端子系统专用
TTP/C（Time
重视安全，按用途分类的控制
Triggered
用LAN协议，通用时分多
Protocol by CAN） 路复用
图10-3 总线型网络拓扑结构图
（5）链路是指网络信息传输的媒体，分为有线和无线两种 类型，目前汽车上使用的大多数链路都是有线网络，通常用 于局域网的传输媒体有：双绞线、同轴电缆和光纤。
（6）数据帧是指为了可靠地传输数据，通常将原始数据分 割成一定长度的数据单元，数据单元即称为数据帧，一帧数 据内应包括同步信号、错误控制、流量控制、控制信息、数 据信息、寻址信息等。
图10-2 双绞线结构示意图
（3）模块/节点是一种电子装置，如温度、压力传感器，传感 器是一个模块装置，根据温度和压力的不同将产生不同的电压 信号，这些电压信号在数字装置的输入接口被转变成数字信号， 在计算机多路传输系统中的控制单元模块被称为节点。 （4）局域网的拓扑结构是网络的物理连接方式，局域网多用 总线型方式，如图10-3所示，所有入网计算机通过分接头接入 到一条载波传输线上，信道利用率较高，但同一时刻只能有两 处网络节点在相互通信，网络延伸距离有限，网络容纳节点数 有限，适用于传输距离较短、地域有限的组网环境。
车载网络的网关具备从一个网络协议到另一个网络协议转换 信息的能力，由于电压电平和电阻配置不同，因此在不同类型 的数据总线之间无法进行直接耦合连接。另外，各种数据总线 的传输速率是不同的，决定了它们无法使用相同的信号。这时 需要在这两个系统之间完成一个转换，这个转换过程是通过所 谓的网关来实现的。根据车辆的不同，网关可能安装在组合仪 表内、车上供电控制单元内或在自己的网关控制单元内。由于 通过各种数据传输总线的所有信息都供网关使用，因此网关也 用作诊断接口。
数据总线原则上用一条导线就足以满足功能要求了，但通常 总线系统上还是配备了第二条导线，信号在第二条导线上按相 反顺序传送的，可有效抑制外部干扰。
10.2 控制器局域网
10.2.1 CAN的基本知识
1.CAN工作原理
当CAN 总线上的一个节点发送数据时，它以报 文形式广播给网络中所有节点，对每个节点来说， 无论数据是否是发给自己的，都对其进行接收， 每组报文开头的11位字符为标识符 （CAN2.0A），定义了报文的优先级，这种报文 格式称为面向内容的编址方案。在同一系统中标 识符是唯一的，不可能有两个节点发送具有相同 标识符的报文。当一个节点要向其它节点发送数 据时，该节点的CPU 将要发送的数据和自己的标 识符传送给本节点的CAN芯片，并处于准备状态， 当它收到总线分配时，转为发送报文状态。
CAN芯片将数据根据协议组织成一定的报文格 式发出，这时网上的其它节点处于接收状态，每 个处于接收状态的节点对接收到的报文进行检测， 判断这些报文是否是发给自己的，以确定是否接 收它。由于CAN总线是一种面向内容的编址方案， 因此很容易建立高水准的控制系统并灵活地进行 配置，可以很容易地在CAN 总线中加进一些新节 点而无需在硬件或软件上进行修改。当所提供的 新节点是纯数据接收设备时，数据传输协议不要 求独立的部分有物理目的地址，它允许分布过程 同步化，即总线上控制器需要测量数据时，可由 网上获得，而无须每个控制器都有自己独立的传 感器。
（9）车载网络分类和协议标准包括以下内容： 1）A类总线协议标准大部分采用UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter）标准，A类目前首选 的标准是LIN。 2）B类总线协议标准是CAN总线，CAN协议采用CRC检验并可 提供相应的错误处理功能，保证了数据通信的可靠性。 3）高速总线系统协议标准包括C类总线协议标准、安全总线和 标准、X-by-Wire总线协议标准三类标准。 ① C类总线协议标准。欧洲的汽车制造商基本上采用高速通信的 CAN总线标准IS011898；在货车及其拖车、大客车、建筑设 备以及农业设备上的使用的总线协议标准是J1939，它是用来 支持分布在车辆各个不同位置的电控单元之间实现实时闭环控 制功能的高速通信标准；通用公司使用其专属的GM LAN总线 标准，它是一种基于CAN的传输速率为500 Kb/s的通信标准。 ② 安全总线和标准。安全总线主要用于安全气囊系统，以连接加 速度计、安全传感器等装置，为被动安全提供保障。 ③ X-by-Wire总线协议标准。X-by-Wire称为电传控制，这一 类总线标准主要有TTP、 • Byteflight、FlexRay。
表10-1 主要车载网络
车载网络
内容
CAN（Controller Area Network）
车身/动力传动系统控制用 LAN协议，可能成为世界 标准
速度 （b/ s）
相关组织
Robert
1M
Bosch公
司、ISO
VAN（Vehicle Area 车身系统控制用LAN协议，以
Network）
法国为中心
4）诊断系统总线协议标准是为了满足OBDⅡ（ON Board Diagnose）、OBD Ⅲ或E-OBD（European-On Board Diagnose）标准。
5）多媒体系统总线协议标准分为三种类型，分别是低速、高 速和无线，对应SAE的分类相应为：IDB-C（Intelligent Data BUS-CAN）、IDB-M（Multimedia）和IDB-Wireless。
10.2.2 CAN协议与标准
1. CAN协议
CAN协议中的对应ISO/OSI参考模型的网络层，CAN为 串行通讯协议，能有效地支持具有很高安全等级的分布实时 控制。为了达到设计透明度以及实现灵活性，根据ISO/OSI 参考模型，CAN 2.0协议细分为数据链路层和物理层。
数据链路层的LLC子层和MAC子层的服务及功能分别被解 释为对象层和传输层， 逻辑链路控制子层（LLC）的作用主 要为远程数据请求以及数据传输提供服务，确定由实际要使 用的LLC子层接收哪一个报文，为恢复管理和过载通知提供 手段。MAC子层的作用主要是传送规则，也就是控制帧结 构、执行仲裁、错误检测、出错标定、故障界定。总线上什 么时候开始发送新报文以及何时开始接收报文，均在MAC 子层里确定。
（9）总线值 总线有二个互补的逻辑值“显性”或“隐 性”，“显性”位和“隐性”位同时传送时，总线的结果值 为“显性”，比如在总线的“写与”执行时，逻辑0代表 “显性”等级，逻辑1代表“隐性”等级。 （10）应答 所有的接收器检查报文的连贯性，对于连贯的 报文，接收器应答，对于不连贯的报文，接收器做出标志。
第10章 车载网络系统
10.1 概述
10.1.1 车载网络技术简介
车载网络系统是指汽车上多个处理器之间相互连接、协调工 作并共享信息所构成的汽车车载计算机网络系统。上世纪80 年代末BOSCH公司和INTEL公司研制了用于汽车电气系统的 控制器局域网规范，简称CAN（Controller Area Network） 总线，由于集成电路技术和电子器件制造技术的迅速发展， 用单片机作为总线的接口端，采用总线技术的价格逐步降低， 总线技术进入了实用化阶段。随着汽车电子技术的发展，欧 洲提出了控制系统的新协议TTP，同时由于汽车信息系统对 网络传输信息量要求的不断提高，多媒体系统的D2B协议和 MOST协议标准应运而生。现在车载网络技术已运用到世界 各汽车制造商生产的汽车上，如表10-1所示。