智能网联汽车安全 第5章 汽车总线安全

第5章 汽车总线安全
图 5．2 汽车总线网络
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5. 1. 2 汽车总线分类 目前绝大多数车用总线都被 SAE (美国汽车工程师协会)
下属的汽车网络委员会按照协议特性分为 A 、 B 、 C 、 D 四类。
A 类总线:面向传感器或执行器管理的低速网络,传输速 率通常小于 20Kb / s 。主要用于车内分布式电控系统,尤其 是面向智能传感器或执行器的数字化通信场合。
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另外,为了满足各电子系统的实时性要求,需对汽车公共 数据(如发动机转速、车轮转速、节气门踏板位置等信息)实 行实时共享,而每个控制单元对实时性的要求又各不相同,因 此,传统的电气网络已无法适应现代汽车电子系统的发展,于 是新型汽车总线技术应运而生。工程师们设计了基于总线通 信的方案,每个 ECU 都连接在一条总线上面,避免了点对点通 信方式存在的隐患。图 5．2 所示为汽车总线网络。
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CAN 总线的特点总结如下: 第一, CAN 网络上的各节点无主从之分,节点站地址无 需等待信息,均可以在任意时刻主动地向网络中的其他节点 发送信息。该特点可以方便地实现多机备份系统。 第二, CAN 总线在速率 5kb /s 以下时,具有可达 10km 的 最远通信距离,当最大速率为 1Mb / s 时,通信距离长达 40m 。 第三, CAN 网络使用无破坏性总线仲裁技术,在网络负 载很重的情况下可使网络不出现瘫痪情况。
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图 5．1 传统的汽车布线网络
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汽车内部有许多电子控制单元(即 ECU ),分别负责不同 的工作,如门控单元、灯控单元等。 ECU 起初都通过独立的 数据线进行交换,随着 ECU 数量的增加,需要消耗的线束也会 成倍增加,导致成本增加,占用更多空间,增加更多重量,也会增 加更多的安全隐患。
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5.1 汽车总线 5.2 汽车CAN总线攻击技术分析 5.3 汽车OBD攻击技术分析
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5.1 汽车总线
5. 1. 1 汽车总线概述 汽车总线是汽车信息安全的“生命线”。随着汽车各系
统的控制逐步向自动化和智能化转变,汽车电气系统变得日 益复杂。传统的电气系统大多采用点对点的单一通信方式, 相互之间少有联系,这样必然会形成庞大的布线系统。
图 5．4 LIN 消息帧
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(1 )中断。每个 LIN 帧都以中断作为开始,包含 13 个显 性位(额定),后接一个 1 位(额定)隐性中断分隔符。
(2 )同步。同步字段是主任务在标题中传输的第二个字 段。
(3 ) ID 。 ID 字段是主任务在标题中传输的最后一个字 段。该字段识别网络上的每条消息,并最终决定由网络中的 哪些节点接收或响应每个传输。
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据统计,一辆采用传统布线方法汽车中,导线长度可达 2000m ,电气节点可达 1500 个,而且该数字大约每 10 年就增 加 1 倍,进一步加剧了粗大的线束与汽车上有限的可用空间 之间的矛盾。无论是从材料成本还是从工作效率看,传统布 线方法都不能适应现代汽车的发展。图 5．1 所示是传统的 汽车布线网络。
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LIN 总线的特点主要有以下几点:成本低,基于通用 UART / SCI 接口,几乎所有微控制器都具备 LIN 必需的硬件; 极少的信号线就可实现 ISO9141 标准;传输速率最高可达 20Kb / s ,最大总线长度为 40m ;无需总线仲裁;从节点不需石 英或陶瓷振荡器就能实现自同步;保证信号传输的延迟时间; 不需要改变 LIN 从节点的硬件和软件就可以在网络上增 加或删除节点等。 LIN 的拓扑结构如图 5．3 所示。
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1.LIN 总线 LIN 总线是一种低速串行总线,主要用做 CAN 总线等高 速总线的辅助网络或子网络。在带宽要求不高、功能简单、 实时性要求低的场合,如车身电器的控制等方面,使用 LIN 总线,可有效地简化网络线束、提高网络通信效率和可靠性。 在不需要 CAN 总线的带宽和多功能的场合使用,降低成本。
(4 )数据字节。从任务在响应中传输数据字节字段。该 字段包含 1~8 字节的载荷数据字节。
(5 )校验和。从任务在响应中传输校验和字段。
第5章 汽车总源自文库安全
2.CAN 总线 前已述及, CAN 总线是一种串行数据通信协议,其通信 接口集成了 CAN 协议的物理层和数据链路层功能,可完成对 通信数据的成帧处理,包括位填充、数据块编码、循环冗余 检验、优先级判别等工作。 CAN 总线具有较高的通信速率 和较强的抗干扰能力,可以作为现场总线应用于电磁噪声较 大的场合。 CAN 总线相对于普通通信总线而言,具有可靠性、 实时性和灵活性。
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图 5．3 LIN 的拓扑结构
第5章 汽车总线安全 LIN 总线中数据借助消息帧来传输,消息帧由消息标题
和消息响应组成。消息标题总是通过主节点传输,包含 3 个 不同的字段:中断、同步及 ID ;消息响应通过从任务传输,可 位于主节点或从节点中,包含数据字节和校验和两部分。 LIN 消息帧如图 5．4 所示。
B 类总线:面向独立控制模块间信息共享的中速网络,速 率一般在 10~125Kb / s 之间。 B 类总线以 CAN ( ControllerAreaNetwork ,控制器局域网络)为典型应用。
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C 类总线:面向闭环实时控制的多路径传输高速网络,位 速率大多在 125Kb / s~1Mb / s 之间。 C 类总线主要用于车 上动力系统中对通信的实时性要求比较高的场合,主要服务 于动力传递系统。
D 类总线:面向多媒体设备、高速数据流传输的高性能 网络,位速率一般在 2Mb / s 以上,主要用于 CD 等播放机和其 他显示设备。 D 类总线近期才被纳入 SAE 对总线的分类范 畴之中,其带宽范围相当大,用到的传输介质也不止一种。
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目前约有五种主要的车用总线: LIN 总线、 CAN 总线、 FlexRay 总线、 MOST 总线、汽车以太网总线,各类总线的 区别如表 5．1 所示。