网络技术复习要点

汽车网络技术复习

第1章绪论

所谓数据总线DB（Data Bus），简单地说，就是指一种能在一条（或几条）数据线上，同时（或分时）传输大量的按照一定规律进行编码的数据（信号）的技术，其所传输的数据（信号）可以被多个系统共享，从而最大限度地提高系统的信息传输效率，充分利用有限的资源。现场总线（Field bus）是一种工业数据通信总线，主要用于过程自动化控制（如钢铁冶金、啤酒酿造）、制造自动化控制（如机械加工）、楼宇自动化控制等领域，以解决工业现场的智能化仪器仪表、控制器、执行机构等现场设备间的数字通信以及这些现场控制设备和高级控制系统之间的信息传递问题。

目前，汽车电子系统控制中应用最广泛的是CAN总线。

在总线系统中节点包括控制单元和总线辅助设备，控制单元由控制器、滤波器、收发器、两个数据传输终端组成。

在现场总线系统中，传统意义上的传感器、执行器称为总线辅助装置。

节点工作原理

现场总线是一个网络系统，每一个节点都可以向网络发送信息，同时也可以接收网络信息，节点可以根据这些信息决定控制策略，向执行器发送指令。各节点之间的关系是平等的，节点的信息（包括所有传感器信息和控制信息）是共享的。

网络拓扑结构分类

汽车网络的拓扑结构主要有线形结构、星形结构、环形结构等几种。

按信息传输速度分

美国汽车工程师学会（SAE）的汽车网络委员会按照系统的复杂程度、传输流量、传输速度、传输可靠性、动作响应时间等参量，将汽车数据传输网络划分为A、B、C、D、E五类。汽车网络标准与协议

A类网络通信大部分采用通用异步接收/发送标准UART 。

A类网络通信目前首选的标准是局域互联网LIN（Local Interconnect Network）。

A类网络通信目前首选的标准是局域互联网LIN（Local Interconnect Network）。

LIN是用于汽车分布式电控系统的一种低成本串行通信系统，它是一种基于UART的数据格式、主从结构的单线12V的总线通信系统，主要用于智能传感器和执行器的串行通信。LIN总线采用低成本的单线连接，传输速度最高可达20kbit/s，对于低端的大多数应用对象（如中央门锁控制、空调系统控制等）来说，这个速度是完全可以满足要求的。

LIN总线的媒体访问采用单主/多从的机制，不需要进行仲裁，在从节点中不需要晶体振荡器而能进行自同步，这极大地减少了硬件平台的成本，大大降低了汽车电子装置的开发、生产和服务费用。

B类网络通信中使用最广泛的标准是CAN总线。CAN总线是德国BOSCH公司开发的一种串行数据通信协议，它是一种多主总线，通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光导纤维。通信速率可达1Mbit/s。B类网络通信的国际标准是ISO11898，其传输速率在100kbit/s左右。在C类标准中，欧洲的汽车制造商大多采用CAN总线标准ISO11898。ISO11898主要面向乘用车电子控制单元之间的通信，信息传输速率大于125kbit/s，最高可达1Mbit/s。

安全总线主要是用于安全气囊系统，以连接碰撞强度传感器（减速度传感器）、碰撞安全传感器等装置，为汽车的被动安全提供保障。byteflight主要以BMW公司为中心制订。数据传输速率为10Mbit/s，光纤可长达43m。byteflight不仅可以用于安全气囊系统的网络通信，还可用于X-by-Wire系统的通信和控制。

现今，在汽车上使用的故障自诊断系统主要有OBD-Ⅱ（On-Board Diagnostics-Ⅱ）、OBD-Ⅲ和E-OBD（European On-Board Diagnostics）标准。

汽车多媒体网络和协议属于D类总线系统，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，其传输速率在250~100Mbit/s之间。

第2章CAN总线

2.2 CAN总线的工作原理

CAN是Controller Area Network（控制器局域网）的缩写，是国际标准化的串行通信协议。目前，CAN总线是汽车网络系统中应用最多、也最为普遍的一种总线技术。

3.CAN总线的传输速率

目前，CAN总线系统中的信号是采用数字方式经铜导线传输的，其最大稳定传输速率可达1000Kbit/s （1Mbit/s）。

大众和奥迪公司将最大标准传输速率规定为500Kbit/s，并将CAN总线系统分为三个专门的系统：①驱动CAN总线（高速），亦称动力CAN总线，其标准传输速率为500Kbit/s，可基本满足实时要求，主要用于发动机、变速器、ABS、转向助力等汽车动力系统的数据传输。

②舒适CAN总线（低速），其标准传输速率为100 Kbit/s，主要用于空调系统、中央门锁（车门）系统、座椅调节系统的数据传输。

③信息CAN总线（低速），其标准传输速率为100Kbit/s，主要用于对时间要求不高的领域，如导航系统、组合音响系统、CD转换控制等。

2.CAN总线的数据结构

CAN总线所传递的每条完整信息由7个区构成，信息最大长度为108 bit。在两条CAN导线上，所传输的数据内容是相同的，但是两条导线的电压状态相反。

5.冲突仲裁

如果多个控制单元同时发送信息，那么数据总线上就必然会发生数据冲突。为了避免发生这种情况，CAN总线具有冲突仲裁机制。

按照信息的重要程度分配优先权，确保优先权高的信息能够优先发送。

4.舒适/信息CAN总线的单线工作模式

舒适/信息CAN总线具有单线工作能力。如果因断路、短路或与蓄电池电压相连而导致两条CAN导线中的一条不工作了，那么舒适/信息CAN总线就会切换到单线工作模式。

第3章光学总线

2.光学传输的优点:导线少且重量轻；传输速度快；不会产生电磁干扰，同时对电磁干扰也不敏感。

3.2 MOST总线

MOST是Media Oriented Systems Transport的缩写。顾名思义，MOST是一种用于多媒体数据传输的网络系统。

MOST系统可连接汽车音响系统、视频导航系统、车载电视、高保真音频放大器、车载电话、多碟CD播放器等模块，其数据传输速率最高可达22.5Mbit/s，而且没有电磁干扰。

3.2.2 MOST的组成与系统状态

MOST总线系统采用环形拓扑结构。控制单元通过光导纤维沿环形方向将数据发送到下一个控制单元。这个过程一直在持续进行，直至首先发出数据的控制单元又接收到这些数据为止。可以通过数据总线自诊断接口和诊断CAN总线来对MOST系统进行故障诊断。

3.3 byteflight总线

byteflight 系统是由BMW 与Motorola、Elmos、Infineon 合作开发的，主要用于传输时间上要求特别紧迫的安全气囊系统数据。

byteflight系统的数据传输速率为10Mbit/s，可以满足对数据传输的实时性要求非常高的汽车安全气囊系统的要求，且可在强电磁干扰条件下可靠地传输数据。

byteflight在ISIS（智能安全集成系统）和ASE （高级安全电子设备）中使用。这两个安全系统负责控制安全气囊、安全带拉紧装置和断开安全蓄电池接线柱。

3.4 光导纤维的使用与维修

为了表征光波在传输过程中的损失程度，引入了光波信号衰减这一概念。如果在传输过程中，由于历经多次转发，光波的功率降低了，就称之为发生了光波信号衰减。

光波信号的衰减程度用衰减常数来表示，其单位为分贝（dB）。衰减常数的定义为：

对于衰减常数为3dB的光波传输系统而言，光波信号会衰减一半。

在光学总线系统中，一般将3dB作为光波传输系统衰减常数的极限值，超出极限值即认为光波传输系统的信号衰减幅度过大，必须予以维修或更换。

第4章子总线系统

4.1 LIN总线

LIN是Local Interconnect Network的缩写，意为局域互联网。LIN总线所控制的控制单元一般都分布在距离较近的空间内（如车顶、仪表台、车门等处），所以LIN也被称为“局域子系统”。