第三节-网关技术

第三节网关技术

（选讲）

一、网关的概念

网关是接连异型网络的接口装置，它综合了桥接器和路由器的功能，汽车网关主要能在OSI参考模型的物理层、数据链路层和应用层上对双方不同的协议进行翻译和解释。

对于Bosch公司为奔驰600SEL等汽车开发的控制器区域网CAN1.2与CAN2.0协议之间的网关，是指为处理多个ECU的核中和CPU之间的通信而提供的一种综合接口装置，实际上就是一个Intel—16位80C196单片微机，至于美国三大汽车公司采用的SAEJ1850网络与Bosch—CAN网络之间的网关，实际上就是一个Intel—16位87C196KR单片微机。

一个网关必须具备有一个网络协议到另一个协议转换信息的能力，对于CAN协议的网关，应能涉及CAN协议4种帧类型中的两种，即数据帧和远程帧。另外两种错误帧和超限帧，由该网关的CAN芯片硬件控制，因此，可以说网关无附加的相应性。当然，网关必须具备有“状态位”，即在任何一个网络中发生的错误太多时，网关应有报警状态位或总线中断状态位，这样，网关就像网络中的节点那样，可以调查总线状态。

对于两个网络之间的网关，起码应具备以下特性：尽量少的传输等待时间，信息丢失或超限差错最少，能处理总线出现的差错。

二、Bosch—CAN1.2与CAN2.0版本的主要区别

1991年9月，标准的1.2版本的CAN协议修订为新的2.0版本，新版本的技术关键是增加了信息标识符，也就是说，新的CAN2.0既支持标准的11位，也支持扩展后的29位信息标识。图5位两个CAN版本的互联框图。

CAN2.0实施新的信息位，标识扩展位（IDE）使CAN操作装置能区分标准和扩展格式，但大多数现存的标准CAN—1.2版本不能使被扩展后的信息格式，在实施过程中会影响错误信息。

为了能实施29位的信息标识，Intel公司开发了品种繁多的芯片，作为CAN的汽车用户，可以采用网关使网络互联，在仅用CAN—1.2—11位信息标识的条件下，能正确响应29位标识。

三、CAN1.2与CAN2.0的信息格式

信息格式是数据通信系统中关于标题、信息首部、地址、正文和结尾等的书写规定。CAN—1.2 采用11位表示符，称为标准（1.2版本）格式；CAN—2.0采用29位标识符，称为扩展（2.0版本）格式。标准和扩展的格式均支持4种帧类型：数据帧，载运数据；远程帧，当一个节点向另一个节点要求数据时发送；错误帧，当某个节点检测到一个消息错时发送；过载（超限）帧，当某个节点要求附加延迟时发送。

图6表示数据帧和远程帧的标准和扩展的信息格式，内容如下：

SOF：起始帧（支配位），标志数据帧湖远程帧开始。

Arbitration Field：判优字段，包括信息标识位的1个或2个字段。标准格式由1个11位字段，而扩展格式有11位和18位宽的2个字段，共29位标识符。

RTR：远程传输请求位，该位在判优字段，对于数据帧是主位，对于远程帧是从属位。

SRR：用于扩展信息中替代远程请求位，是从属的。该位代替标准格式中的RTR位，位于扩展格式的判优字段中。

IDE：标识扩展位，对于标准格式是支配的，对于扩展格式是从属的。该位位于扩展格式的判优字段和标准格式的控制字段中。

Control Field：控制字段。保留位r0和r1被单作支配位发送。4位数据长度码DLC表示数据字段中的字节数。

Data Field：数据字段。数据字节位于数据帧（0—8字节）中。远程帧包含零数据字节。

CRC Field：循环冗余效验字段。该字段由1组15位虚幻冗余效验误码和1个从属的CRC分隔符位组成。

ACK Field：确认字段。确认是1个支配位，由接收数据帧和远程帧的节点发送，紧跟着1个从属的ACK分隔位符位。

End of Frmae：帧结束。由7个从属位结束帧。

Int：中断。是3个用来分隔数据帧与远程帧的从属位。

表6中的位计数是用来评定网关信息传输等待时间和过速（指网关部能按数据发送速率接收数据而造成的数据丢失）敏感度。这些信息的实际长度可能有差异，原因是“填充”位被添加到信息中。由于信息中增加了转换，故填充位有助于同步。5个连续等值为被发送后，填充位被插入到位流中，填充位于5个连续位反极性。处理CRC分隔符、ACK字段和帧结束外，所有的信息字段都被填充。

四、CAN网关的布局及进行能够的主要操作

如果两个CAN网络执行器是两片独立的芯片（图7），微控制器（单片微机）作为网关，那么，CAN芯片就像灵巧的随机存储器被网关读写。一旦接收到信息，网关就执行接收CAN芯片的外部读操作，接着执行转换信息的逻辑指令，然后执行外部写操作，对第二个网络的CAN芯片做传输编成。

所以说，网关主要是执行外部读、写操作和转换信息标识符，而执行读、写操作的重要技术条件是时间，读、写所要求的时间又取决于网关和CAN芯片借口的定时特性。

图7的结构采用1组16位地址/数据总线，该总线在网关与CAN芯片间又双通信能力，CAN芯片驱动连至网关独立中断线，以利于识别中断的CAN装置。

五、CAN芯片信息结构的特点

CAN芯片配置有接收和发送信息的结构。典型的CAN芯片的信息结构支持2—15个信息客体（含有信息的实体或接收信息的实体，对客体的存取即为对其包含的信息存取）。信息客体由存储信息标识符、数据字节和控制字节的RAM字节组成。为提高接收信息的可靠性，CAN芯片必须在接收新信息的同时仍能处理早先接收的旧信息。具体的做法是：采用1套带

缓冲的接收信息客体或采用两个交替作确认和否认的缓冲接收信息客体（图8）。假设所有接收信息就只被单个缓冲的接收信息客体接收。若不用认可的过滤，起阻止作用的一些接收信息客体将会接收所需的全部信息。为了捕获新信息，新信息的末位被接收前的那一个接收信息客体必须“有效”。