第2章 车载网络通讯协议(第一讲)
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汽车上针对通用协议的OBDⅡ系统，OBDⅡ故障 扫描就是网关。
3. 现场总线（field bus）
现场总线是在工业过程控制和生产自动化领域发展起 来的一种网络体系。
应用的装置：执行器、传感器和调节器等。 现场总线定义为是将现场设备或仪表互联所形成的串
行数字通信链路，是现场通信网络与控制系统的集成 。 CAN（Controller Area Network）是广泛应用的现 场总线之一。
光纤：受到成本和技术的限制，目前应用不多。
2 网络拓扑结构
1）星型网络拓扑结构
终端 终端 终端
终端
集线器
集线器
主
Hale Waihona Puke Baidu
终端
机
集线器
终端
终端 终端
终端
以一台中心处理机为主组成的网络，各种类型的入 网机均与该主机有物理链路直接相连。
特点：主机负载大，扩充困难，但通信简单。
此结构不能成为整车网络的结构，可以在一个部件 或总成上使用。
4 网络访问的触发方式
时间触发协议（TTP，Time Triggered Protocol） ：按一定规则安排每个节点发送信息的时刻和信息 发送的延续时间。信息传输延时小,实时性好，网 络时间发生的时间可以预知，比较适合车上控制网 络系统。
事件触发协议（ETP，Event Triggered Protocol ）：节点在需要发送信息或请求发送信息时才启动 网络访问过程,否则处于接收状态。一个节点要发 送信息时，可能有信息占有总线，信息传输延时不 确定，实时性差。
实现这个系统内的资源共享和信息通讯。连接到网 络上的可以是计算机、基于微控制器的应用系统或 智能装置。
汽车上的网络是多个局部网络的互联结构。
2. 网关
网关是连接不同网络能实现不同网络协议转换的设 备。
网关是网络上的一个节点，是连接异型网络的接口 装置。
网关的作用是对双方不同的协议进行翻译和解释， 实现不同网络之间无差错数据通信。
现场总线的特点
节点设备一般比较简单，应用于实时性高的控制或 检测系统，节点功能差别大
可靠性和容错能力强 实时性高 报文长度小，传输延时小 成本低，结构简单 环境适应能力强，可以在恶劣环境下工作 数据传输速度较低
基于现场总线的分布式控制系统
直接控制
计算机
现场设备 现场设备
信号传输介质、网络的拓扑结构和介质访问控制协 议是局域网的三个基本要素。
信号传输介质和网络的拓扑结构是主要技术选择， 在很大程度上决定了局域网的数据传输速度、传输 距离以及节点数等指标。
1 信号传输介质
传输介质指连接网络节点的信息传输载体。 用于局域网的传输介质有：双绞线、同轴电缆、光纤
5. 多路传输（多路复用）
多路复用指多个用户使用一条介质线路时，线路资源 的分配方式。
频分方式（FDM）：不同频率范围在一条线路上传送 信息
码分方式（CDM）：不同的信息编码机制 时分方式（TDM）：分时轮流使用总线 汽车上是单线或双线分时多路传输系统
6. 数据总线
模块间运行数据的通道，即信息高速公路。 数据总线上的信息可以被任何控制单元利用。 数据总线上不同的电平组合（编码方式）用于传输
不同的信息。 数据总线可以是一条导线、两条导线，双线制数据
线常绞在一起，以抗干扰。 各汽车制造商一直在设计自己的数据总线。 ISO标准和SAE标准。
7. 帧
帧是数据传输的最小单元。 一帧通常包括以下内容：
同步信号 控制信息 数据信息 错误检测 帧结束
2.2 局域网的三个基本要素
双绞线、同轴电缆和光纤的主要特性
媒体 数
信号类型 传输速率（Mbit/s) 传输距离 (km)
双绞线 数字
1~2
0.1
几十
同轴电缆 数字/模拟 100~1000
10~50
1~10
节点
双绞线：用于低速传输，成本较低，传输距离近，非 常适合汽车网络的情况，也是汽车网络使用最多的传 输媒体。
同轴电缆：满足较高性能的要求，与双绞线相比，可 以提供较高的吞吐量，连接较多的设备，跨越更大的 距离。
现场设备
分布式控制
通信网络
计算机
计算机
现
现现
现
场
场场
场
设
设设
设
备
备备
备
计算机
现
现
场
场
设
设
备
备
基于现场总线的分布式控制系统 现场总线
智能现场设备 智能现场设备
智能现场设备
分布式控制系统是网络技术和控制技术结合的产物。 车载网络是局域网与现场总线之间的结构。
分布式控制系统的优点
完成同样的功能，使用低高档微控制器构成的分布式 系统要比由一个高档微控制器构成的集中控制系统费 用低。
2）总线型网络拓扑结构
端点匹配
分接头
分接头
分接头
端点匹配
主机
主机
主机
所有入网计算机连接到一条传输信息线上，即一条传 输线。
特点：分时访问总线、信道利用率高、网络长度和节 点数目受限
汽车车载网络多采用这种结构。
3）环型网络拓扑结构
主机
网络接口
网络接口
主机
主机
网络接口
网络接口
主机
入网计算机通过网络接口部件连接到一个环形物理链路中。 特点：点点通信、传输机制简单、实时性好，但是网络可靠性差
，网络扩充困难。 有些汽车在线控技术上采用这种实时性高的网络结构。
3 介质访问控制（MAC）协议
网络节点不是采用物理链路完全连接，而是共享传 输媒体，网络节点获取传输介质使用权的方式。
载波监听多路访问/冲突检测（CMSA/CD）：发 送时首先监听介质上是否有信号在传输；没有则发 送，有则等待。当有冲突发生时，终止发送并进行 处理。
多处理系统可以对多个请求给出即时响应。 被控系统本身就是一个分散系统，分布系统可减少通
信负担。 可以减少线束。
4. 节点（模块）
网络上的节点是网络活动的核心部分，对车载网络 而言，电子装置或控制单元就是网络节点。
智能传感器就是一种最简单的节点。
ECU是车载网络系统中最复杂的模块。
第2章 车载网络通讯协议
2.1 常用基本名词术语 2.2 局域网的三个基本要素 2.3 车载网络的拓扑 2.4 通信协议 2.5 位编码 2.6 汽车对通信协议节点数的要求 2.7 车载网络协议标准
2.1 常用基本术语
1 局域网 在一个有限区域内连接的计算机网络。可以
3. 现场总线（field bus）
现场总线是在工业过程控制和生产自动化领域发展起 来的一种网络体系。
应用的装置：执行器、传感器和调节器等。 现场总线定义为是将现场设备或仪表互联所形成的串
行数字通信链路，是现场通信网络与控制系统的集成 。 CAN（Controller Area Network）是广泛应用的现 场总线之一。
光纤：受到成本和技术的限制，目前应用不多。
2 网络拓扑结构
1）星型网络拓扑结构
终端 终端 终端
终端
集线器
集线器
主
Hale Waihona Puke Baidu
终端
机
集线器
终端
终端 终端
终端
以一台中心处理机为主组成的网络，各种类型的入 网机均与该主机有物理链路直接相连。
特点：主机负载大，扩充困难，但通信简单。
此结构不能成为整车网络的结构，可以在一个部件 或总成上使用。
4 网络访问的触发方式
时间触发协议（TTP，Time Triggered Protocol） ：按一定规则安排每个节点发送信息的时刻和信息 发送的延续时间。信息传输延时小,实时性好，网 络时间发生的时间可以预知，比较适合车上控制网 络系统。
事件触发协议（ETP，Event Triggered Protocol ）：节点在需要发送信息或请求发送信息时才启动 网络访问过程,否则处于接收状态。一个节点要发 送信息时，可能有信息占有总线，信息传输延时不 确定，实时性差。
实现这个系统内的资源共享和信息通讯。连接到网 络上的可以是计算机、基于微控制器的应用系统或 智能装置。
汽车上的网络是多个局部网络的互联结构。
2. 网关
网关是连接不同网络能实现不同网络协议转换的设 备。
网关是网络上的一个节点，是连接异型网络的接口 装置。
网关的作用是对双方不同的协议进行翻译和解释， 实现不同网络之间无差错数据通信。
现场总线的特点
节点设备一般比较简单，应用于实时性高的控制或 检测系统，节点功能差别大
可靠性和容错能力强 实时性高 报文长度小，传输延时小 成本低，结构简单 环境适应能力强，可以在恶劣环境下工作 数据传输速度较低
基于现场总线的分布式控制系统
直接控制
计算机
现场设备 现场设备
信号传输介质、网络的拓扑结构和介质访问控制协 议是局域网的三个基本要素。
信号传输介质和网络的拓扑结构是主要技术选择， 在很大程度上决定了局域网的数据传输速度、传输 距离以及节点数等指标。
1 信号传输介质
传输介质指连接网络节点的信息传输载体。 用于局域网的传输介质有：双绞线、同轴电缆、光纤
5. 多路传输（多路复用）
多路复用指多个用户使用一条介质线路时，线路资源 的分配方式。
频分方式（FDM）：不同频率范围在一条线路上传送 信息
码分方式（CDM）：不同的信息编码机制 时分方式（TDM）：分时轮流使用总线 汽车上是单线或双线分时多路传输系统
6. 数据总线
模块间运行数据的通道，即信息高速公路。 数据总线上的信息可以被任何控制单元利用。 数据总线上不同的电平组合（编码方式）用于传输
不同的信息。 数据总线可以是一条导线、两条导线，双线制数据
线常绞在一起，以抗干扰。 各汽车制造商一直在设计自己的数据总线。 ISO标准和SAE标准。
7. 帧
帧是数据传输的最小单元。 一帧通常包括以下内容：
同步信号 控制信息 数据信息 错误检测 帧结束
2.2 局域网的三个基本要素
双绞线、同轴电缆和光纤的主要特性
媒体 数
信号类型 传输速率（Mbit/s) 传输距离 (km)
双绞线 数字
1~2
0.1
几十
同轴电缆 数字/模拟 100~1000
10~50
1~10
节点
双绞线：用于低速传输，成本较低，传输距离近，非 常适合汽车网络的情况，也是汽车网络使用最多的传 输媒体。
同轴电缆：满足较高性能的要求，与双绞线相比，可 以提供较高的吞吐量，连接较多的设备，跨越更大的 距离。
现场设备
分布式控制
通信网络
计算机
计算机
现
现现
现
场
场场
场
设
设设
设
备
备备
备
计算机
现
现
场
场
设
设
备
备
基于现场总线的分布式控制系统 现场总线
智能现场设备 智能现场设备
智能现场设备
分布式控制系统是网络技术和控制技术结合的产物。 车载网络是局域网与现场总线之间的结构。
分布式控制系统的优点
完成同样的功能，使用低高档微控制器构成的分布式 系统要比由一个高档微控制器构成的集中控制系统费 用低。
2）总线型网络拓扑结构
端点匹配
分接头
分接头
分接头
端点匹配
主机
主机
主机
所有入网计算机连接到一条传输信息线上，即一条传 输线。
特点：分时访问总线、信道利用率高、网络长度和节 点数目受限
汽车车载网络多采用这种结构。
3）环型网络拓扑结构
主机
网络接口
网络接口
主机
主机
网络接口
网络接口
主机
入网计算机通过网络接口部件连接到一个环形物理链路中。 特点：点点通信、传输机制简单、实时性好，但是网络可靠性差
，网络扩充困难。 有些汽车在线控技术上采用这种实时性高的网络结构。
3 介质访问控制（MAC）协议
网络节点不是采用物理链路完全连接，而是共享传 输媒体，网络节点获取传输介质使用权的方式。
载波监听多路访问/冲突检测（CMSA/CD）：发 送时首先监听介质上是否有信号在传输；没有则发 送，有则等待。当有冲突发生时，终止发送并进行 处理。
多处理系统可以对多个请求给出即时响应。 被控系统本身就是一个分散系统，分布系统可减少通
信负担。 可以减少线束。
4. 节点（模块）
网络上的节点是网络活动的核心部分，对车载网络 而言，电子装置或控制单元就是网络节点。
智能传感器就是一种最简单的节点。
ECU是车载网络系统中最复杂的模块。
第2章 车载网络通讯协议
2.1 常用基本名词术语 2.2 局域网的三个基本要素 2.3 车载网络的拓扑 2.4 通信协议 2.5 位编码 2.6 汽车对通信协议节点数的要求 2.7 车载网络协议标准
2.1 常用基本术语
1 局域网 在一个有限区域内连接的计算机网络。可以