汽车单片机与车载网络技术(第二版) 第4章
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按用途分类的控制用 LAN 协议，能够兼容多种网络 拓扑，容错能力更强
音频系统通信协议，将 D2B 作为音频系统总线采用 光通信，飞利浦主导开发
10 M 5M 5.6 M
信息系统通信协议，以欧洲为中心
22.5 M
4.1.2 车载网络的常用术语 1．模块/节点 模块是一种电子装置，在计算机多路传输系统中的控制
第4章 车载网络系统简介
4.1 概述 4.2 汽车对通信网络的要求及通信网络的应用
4.1 概 述
4.1.1 车载网络的发展史 随着车用电气设备越来越多，从发动机控制到传动系统
控制，从行驶、制动、转向系统控制到安全保证系统及仪表 报警系统控制，使汽车电气系统形成一个复杂的系统，并且 都集中在驾驶室控制，汽车新技术的发展应用与汽车线束急 剧增加的矛盾越来越突出。为解决以上问题，车载网络(也 称数据传输总线)应运而生，且使得汽车电控系统发生了巨 大的变化。
表 4-1 主要车载网络的基本情况
概要 车身/动力传动系统控制用 LAN 协议，可能成为世界 标准 车身系统控制用 LAN 协议，以法国为中心 车身系统控制用 LAN 协议，以美国为中心
通信速度/(b/s) 1M 1M 41.6 k
车身系统控制用 LAN 协议，低端子系统专用
20 k
按用途分类的控制用 LAN 协议，通过时分多路复用， 由 BMW 联合 Motorola 等公司开发，应用在安全气囊系 统，采用塑料光纤
汽车上传统的信息传递方式采用的是并行数据传输方式， 每项信息需独立的数据线来完成，即有几个信号就要有几条 信号传输线。例如，宝来轿车发动机的电控单元J220与自动 变速器的电控单元J217之间就需要5条信号传输线，如图4-2 所示。如果传递的信号项目越多，则需要的信号传输线越多。 采用传输总线后，只需要1根或2根传输线即可，如图4-3所 示。
• 2000年后，随着车载网络的进一步细分，低端LIN网 络产生。
一些厂家和公司也对汽车多路总线传输制订了进一步的 标准，各大公司还在不断推出新的总线形式及相关标准，具 体如表4-1所示。几种网络的成本比例及通信速度如图4-5所 示。
图4-5 几种网络的成本比例及通信速度
车载网络的名称 CAN(Controller Area
图4-2 传统的信号传递方式
图4-3 数字总线的信号传递方式
数据总线系统上并联有多个元件，这就要求整个系统应 满足以下要求：
(1) 可靠性高：传输故障(无论是由内部还是外部引起的) 应能准确识别出来。Βιβλιοθήκη Baidu
(2) 使用方便：如果某一控制单元出现故障，其余系统 应尽可能保持原有功能，以便进行信息交换。
图4-4 线束对比
2. 国内外多路总线传输系统的发展简史 • 早在1968年，艾塞库斯就提出了利用单线多路传输信 号的构想。 • 在1983年，丰田公司在世纪牌汽车上采用了应用光缆 的车门控制系统。 • 从1986年起，在车身系统上装用了铜线传输媒介的网 络，并在日产和通用公司汽车的控制系统中得到应用。 • 20世纪80年代末，博世公司和英特尔公司研制了专门 用于汽车电气系统的总线——控制器局域网(Controller Area Network)规范，简称CAN。接着，美国汽车工程师学会 (SAE)提出了J1850通信协议规范。
车载电控系统经历了中央电脑集中控制、多电脑分散控 制和网络控制三个阶段，如图4-1所示。
图4-1 汽车电控系统的发展
1. 汽车数据传输总线的简介 所谓数据传输总线，就是指在一条数据线上传递的信号 可以被多个系统共享，从而最大限度地提高系统的整体效率， 充分利用有限的资源。例如，常见的电脑键盘有104位键， 可以发出一百多个不同的指令，但键盘与主机之间的数据连 接线却只有7根，键盘正是依靠这7根数据连接线上不同的数 字电压信号组合(编码信号)来传递按键信息的。如果把这种 方式应用在汽车电气系统上，就可以大大简化汽车电路。可 以使用不同的编码信号来表示不同的开关动作，信号解码后， 根据指令接通或断开对应的用电设备。这样，就能将过去一 线一用的专线制改为一线多用制，从而大大减少汽车上电线 的数目，缩小线束的直径，同时加速汽车智能化的发展。
单元被称为模块或节点。一般来说，普通传感器是不能作为 多路传输系统的节点的。如果传感器要想成为一个模块/节 点，则该传感器必须具备支持多路传输功能的电控单元，例 如大众车系的转角传感器。
2．局域网的拓扑结构 所谓拓扑结构就是网络的物理连接方式。局域网的常用 拓扑结构有三种：星型、环型、总线型。 (1) 星型网络结构。星型网络即以一台称之为中央处理 机的电控单元为主组成的网络，各入网机均与该中央处理器 由物理链路直接相连，因此，所有的网上传输信息均需通过 该主机转发，其结构如图4-6所示。
• 20世纪90年代，由于集成电路技术和电子器件制造技 术的迅速发展，用廉价的单片机作为总线的接口端、采用总 线技术布线也逐渐进入了实用化阶段。
• 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(Time Triggered Protocol)。
• 随着汽车信息系统对网络传输信息量要求的不断提高， 先后提出了D2B协议和MOST协议。
(3) 数据密度大：所有控制单元在任一瞬时的信息状态 均相同，这样可使得两控制单元之间不会有数据偏差。如果 系统的某一处有故障，那么总线上所有连接的元件都会得到 通知。
(4) 数据传输快：连成网络的各元件之间的数据传输速 率必须很快，这样才能满足实时要求。
采用总线传输(多路传输)的优点如下： (1) 简化线束：减少重量，减少成本，减少尺寸，减少 连接器的数量。如图4-4所示，同一款车在同等配置下，采 用车载网络可以大大简化汽车线束。 (2) 可以进行设备之间的通信，丰富了控制功能。 (3) 通过信息共享以减少传感器信号的重复数量。
Network) VAN(Vehicle Area Network) J1850 LIN(Local Interconnect
Network)
Byteflight
FlexRay
D2B(Domestic Digital Bus)/Optical
MOST(Media Oriented System Transport)
音频系统通信协议，将 D2B 作为音频系统总线采用 光通信，飞利浦主导开发
10 M 5M 5.6 M
信息系统通信协议，以欧洲为中心
22.5 M
4.1.2 车载网络的常用术语 1．模块/节点 模块是一种电子装置，在计算机多路传输系统中的控制
第4章 车载网络系统简介
4.1 概述 4.2 汽车对通信网络的要求及通信网络的应用
4.1 概 述
4.1.1 车载网络的发展史 随着车用电气设备越来越多，从发动机控制到传动系统
控制，从行驶、制动、转向系统控制到安全保证系统及仪表 报警系统控制，使汽车电气系统形成一个复杂的系统，并且 都集中在驾驶室控制，汽车新技术的发展应用与汽车线束急 剧增加的矛盾越来越突出。为解决以上问题，车载网络(也 称数据传输总线)应运而生，且使得汽车电控系统发生了巨 大的变化。
表 4-1 主要车载网络的基本情况
概要 车身/动力传动系统控制用 LAN 协议，可能成为世界 标准 车身系统控制用 LAN 协议，以法国为中心 车身系统控制用 LAN 协议，以美国为中心
通信速度/(b/s) 1M 1M 41.6 k
车身系统控制用 LAN 协议，低端子系统专用
20 k
按用途分类的控制用 LAN 协议，通过时分多路复用， 由 BMW 联合 Motorola 等公司开发，应用在安全气囊系 统，采用塑料光纤
汽车上传统的信息传递方式采用的是并行数据传输方式， 每项信息需独立的数据线来完成，即有几个信号就要有几条 信号传输线。例如，宝来轿车发动机的电控单元J220与自动 变速器的电控单元J217之间就需要5条信号传输线，如图4-2 所示。如果传递的信号项目越多，则需要的信号传输线越多。 采用传输总线后，只需要1根或2根传输线即可，如图4-3所 示。
• 2000年后，随着车载网络的进一步细分，低端LIN网 络产生。
一些厂家和公司也对汽车多路总线传输制订了进一步的 标准，各大公司还在不断推出新的总线形式及相关标准，具 体如表4-1所示。几种网络的成本比例及通信速度如图4-5所 示。
图4-5 几种网络的成本比例及通信速度
车载网络的名称 CAN(Controller Area
图4-2 传统的信号传递方式
图4-3 数字总线的信号传递方式
数据总线系统上并联有多个元件，这就要求整个系统应 满足以下要求：
(1) 可靠性高：传输故障(无论是由内部还是外部引起的) 应能准确识别出来。Βιβλιοθήκη Baidu
(2) 使用方便：如果某一控制单元出现故障，其余系统 应尽可能保持原有功能，以便进行信息交换。
图4-4 线束对比
2. 国内外多路总线传输系统的发展简史 • 早在1968年，艾塞库斯就提出了利用单线多路传输信 号的构想。 • 在1983年，丰田公司在世纪牌汽车上采用了应用光缆 的车门控制系统。 • 从1986年起，在车身系统上装用了铜线传输媒介的网 络，并在日产和通用公司汽车的控制系统中得到应用。 • 20世纪80年代末，博世公司和英特尔公司研制了专门 用于汽车电气系统的总线——控制器局域网(Controller Area Network)规范，简称CAN。接着，美国汽车工程师学会 (SAE)提出了J1850通信协议规范。
车载电控系统经历了中央电脑集中控制、多电脑分散控 制和网络控制三个阶段，如图4-1所示。
图4-1 汽车电控系统的发展
1. 汽车数据传输总线的简介 所谓数据传输总线，就是指在一条数据线上传递的信号 可以被多个系统共享，从而最大限度地提高系统的整体效率， 充分利用有限的资源。例如，常见的电脑键盘有104位键， 可以发出一百多个不同的指令，但键盘与主机之间的数据连 接线却只有7根，键盘正是依靠这7根数据连接线上不同的数 字电压信号组合(编码信号)来传递按键信息的。如果把这种 方式应用在汽车电气系统上，就可以大大简化汽车电路。可 以使用不同的编码信号来表示不同的开关动作，信号解码后， 根据指令接通或断开对应的用电设备。这样，就能将过去一 线一用的专线制改为一线多用制，从而大大减少汽车上电线 的数目，缩小线束的直径，同时加速汽车智能化的发展。
单元被称为模块或节点。一般来说，普通传感器是不能作为 多路传输系统的节点的。如果传感器要想成为一个模块/节 点，则该传感器必须具备支持多路传输功能的电控单元，例 如大众车系的转角传感器。
2．局域网的拓扑结构 所谓拓扑结构就是网络的物理连接方式。局域网的常用 拓扑结构有三种：星型、环型、总线型。 (1) 星型网络结构。星型网络即以一台称之为中央处理 机的电控单元为主组成的网络，各入网机均与该中央处理器 由物理链路直接相连，因此，所有的网上传输信息均需通过 该主机转发，其结构如图4-6所示。
• 20世纪90年代，由于集成电路技术和电子器件制造技 术的迅速发展，用廉价的单片机作为总线的接口端、采用总 线技术布线也逐渐进入了实用化阶段。
• 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(Time Triggered Protocol)。
• 随着汽车信息系统对网络传输信息量要求的不断提高， 先后提出了D2B协议和MOST协议。
(3) 数据密度大：所有控制单元在任一瞬时的信息状态 均相同，这样可使得两控制单元之间不会有数据偏差。如果 系统的某一处有故障，那么总线上所有连接的元件都会得到 通知。
(4) 数据传输快：连成网络的各元件之间的数据传输速 率必须很快，这样才能满足实时要求。
采用总线传输(多路传输)的优点如下： (1) 简化线束：减少重量，减少成本，减少尺寸，减少 连接器的数量。如图4-4所示，同一款车在同等配置下，采 用车载网络可以大大简化汽车线束。 (2) 可以进行设备之间的通信，丰富了控制功能。 (3) 通过信息共享以减少传感器信号的重复数量。
Network) VAN(Vehicle Area Network) J1850 LIN(Local Interconnect
Network)
Byteflight
FlexRay
D2B(Domestic Digital Bus)/Optical
MOST(Media Oriented System Transport)