第2章車載網(wǎng)絡通訊協(xié)議第一講

1、第第2章章 車載網(wǎng)絡通訊協(xié)議車載網(wǎng)絡通訊協(xié)議n2.1 常用基本名詞術語常用基本名詞術語n2.2 局域網(wǎng)的三個基本要素局域網(wǎng)的三個基本要素n2.3 車載網(wǎng)絡的拓撲車載網(wǎng)絡的拓撲 n2.4 通信協(xié)議通信協(xié)議 n2.5 位編碼位編碼n2.6 汽車對通信協(xié)議節(jié)點數(shù)的要求汽車對通信協(xié)議節(jié)點數(shù)的要求 n2.7 車載網(wǎng)絡協(xié)議標準車載網(wǎng)絡協(xié)議標準 2.1 常用基本術語常用基本術語n1 局域網(wǎng)局域網(wǎng) 在一個有限區(qū)域內(nèi)連接的計算機網(wǎng)絡?？梢詫崿F(xiàn)在一個有限區(qū)域內(nèi)連接的計算機網(wǎng)絡?？梢詫崿F(xiàn)這個系統(tǒng)內(nèi)的資源共享和信息通訊。連接到網(wǎng)絡上的這個系統(tǒng)內(nèi)的資源共享和信息通訊。連接到網(wǎng)絡上的可以是計算機、基于微控制器的應用系統(tǒng)或

2、智能裝置?？梢允怯嬎銠C、基于微控制器的應用系統(tǒng)或智能裝置。 汽車上的網(wǎng)絡是多個局部網(wǎng)絡的互聯(lián)結(jié)構(gòu)。汽車上的網(wǎng)絡是多個局部網(wǎng)絡的互聯(lián)結(jié)構(gòu)。2. 網(wǎng)關網(wǎng)關n網(wǎng)關是連接不同網(wǎng)絡能實現(xiàn)不同網(wǎng)絡協(xié)議轉(zhuǎn)換的設備。網(wǎng)關是連接不同網(wǎng)絡能實現(xiàn)不同網(wǎng)絡協(xié)議轉(zhuǎn)換的設備。n網(wǎng)關是網(wǎng)絡上的一個節(jié)點，是連接異型網(wǎng)絡的接口裝網(wǎng)關是網(wǎng)絡上的一個節(jié)點，是連接異型網(wǎng)絡的接口裝置。置。n網(wǎng)關的作用是對雙方不同的協(xié)議進行翻譯和解釋，實網(wǎng)關的作用是對雙方不同的協(xié)議進行翻譯和解釋，實現(xiàn)不同網(wǎng)絡之間無差錯數(shù)據(jù)通信?，F(xiàn)不同網(wǎng)絡之間無差錯數(shù)據(jù)通信。n汽車上針對通用協(xié)議的汽車上針對通用協(xié)議的obd系統(tǒng)，系統(tǒng)，obd故障掃描故障掃描就是網(wǎng)關。就是

3、網(wǎng)關。3. 現(xiàn)場總線（現(xiàn)場總線（field bus）n現(xiàn)場總線是在工業(yè)過程控制和生產(chǎn)自動化領域發(fā)展起現(xiàn)場總線是在工業(yè)過程控制和生產(chǎn)自動化領域發(fā)展起來的一種網(wǎng)絡體系。來的一種網(wǎng)絡體系。n應用的裝置：執(zhí)行器、傳感器和調(diào)節(jié)器等。應用的裝置：執(zhí)行器、傳感器和調(diào)節(jié)器等。n現(xiàn)場總線定義為是將現(xiàn)場設備或儀表互聯(lián)所形成的串現(xiàn)場總線定義為是將現(xiàn)場設備或儀表互聯(lián)所形成的串行數(shù)字通信鏈路，是現(xiàn)場通信網(wǎng)絡與行數(shù)字通信鏈路，是現(xiàn)場通信網(wǎng)絡與控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)的集成。的集成。ncan（controller area network）是廣泛應用的現(xiàn)）是廣泛應用的現(xiàn)場總線之一。場總線之一?，F(xiàn)場總線的特點現(xiàn)場總線的特點n節(jié)點設備

4、一般比較簡單，應用于實時性高的控制或檢節(jié)點設備一般比較簡單，應用于實時性高的控制或檢測系統(tǒng)，節(jié)點功能差別大測系統(tǒng)，節(jié)點功能差別大n可靠性和容錯能力強可靠性和容錯能力強n實時性高實時性高n報文長度小，傳輸延時小報文長度小，傳輸延時小n成本低，結(jié)構(gòu)簡單成本低，結(jié)構(gòu)簡單n環(huán)境適應能力強，可以在惡劣環(huán)境下工作環(huán)境適應能力強，可以在惡劣環(huán)境下工作n數(shù)據(jù)傳輸速度較低數(shù)據(jù)傳輸速度較低 基于現(xiàn)場總線的分布式控制系統(tǒng)基于現(xiàn)場總線的分布式控制系統(tǒng)n直接控制直接控制計算機計算機現(xiàn)場設備現(xiàn)場設備現(xiàn)場設備現(xiàn)場設備現(xiàn)場設備現(xiàn)場設備分布式控制分布式控制計算機計算機現(xiàn)現(xiàn)場場設設備備現(xiàn)現(xiàn)場場設設備備計算機計算機現(xiàn)現(xiàn)場場設設備備

5、現(xiàn)現(xiàn)場場設設備備計算機計算機現(xiàn)現(xiàn)場場設設備備現(xiàn)現(xiàn)場場設設備備通信網(wǎng)絡通信網(wǎng)絡n基于現(xiàn)場總線的分布式控制系統(tǒng)基于現(xiàn)場總線的分布式控制系統(tǒng)智能現(xiàn)場設備智能現(xiàn)場設備智能現(xiàn)場設備智能現(xiàn)場設備智能現(xiàn)場設備智能現(xiàn)場設備現(xiàn)場總線現(xiàn)場總線分布式控制系統(tǒng)是網(wǎng)絡技術和控制技術結(jié)合的產(chǎn)物。分布式控制系統(tǒng)是網(wǎng)絡技術和控制技術結(jié)合的產(chǎn)物。車載網(wǎng)絡是局域網(wǎng)與現(xiàn)場總線之間的結(jié)構(gòu)。車載網(wǎng)絡是局域網(wǎng)與現(xiàn)場總線之間的結(jié)構(gòu)。分布式控制系統(tǒng)的優(yōu)點分布式控制系統(tǒng)的優(yōu)點n完成同樣的功能，使用低高檔微控制器構(gòu)成的分布式完成同樣的功能，使用低高檔微控制器構(gòu)成的分布式系統(tǒng)要比由一個高檔微控制器構(gòu)成的集中控制系統(tǒng)費系統(tǒng)要比由一個高檔微控制器構(gòu)成

6、的集中控制系統(tǒng)費用低。用低。n多處理系統(tǒng)可以對多個請求給出即時響應。多處理系統(tǒng)可以對多個請求給出即時響應。n被控系統(tǒng)本身就是一個分散系統(tǒng)，分布系統(tǒng)可減少通被控系統(tǒng)本身就是一個分散系統(tǒng)，分布系統(tǒng)可減少通信負擔。信負擔。n可以減少線束?？梢詼p少線束。4. 節(jié)點（模塊）節(jié)點（模塊）n網(wǎng)絡上的節(jié)點是網(wǎng)絡活動的核心部分，對車載網(wǎng)絡而網(wǎng)絡上的節(jié)點是網(wǎng)絡活動的核心部分，對車載網(wǎng)絡而言，電子裝置或控制單元就是網(wǎng)絡節(jié)點。言，電子裝置或控制單元就是網(wǎng)絡節(jié)點。n智能傳感器就是一種最簡單的節(jié)點。智能傳感器就是一種最簡單的節(jié)點。necu是車載網(wǎng)絡系統(tǒng)中最復雜的模塊。是車載網(wǎng)絡系統(tǒng)中最復雜的模塊。5. 多路傳輸（多路復用

7、）多路傳輸（多路復用）n多路復用指多個用戶使用一條介質(zhì)線路時，線路資源多路復用指多個用戶使用一條介質(zhì)線路時，線路資源的分配方式。的分配方式。n頻分方式（頻分方式（fdm）：不同頻率范圍在一條線路上傳送）：不同頻率范圍在一條線路上傳送信息信息n碼分方式（碼分方式（cdm）：不同的信息編碼機制）：不同的信息編碼機制n時分方式（時分方式（tdm）：分時輪流使用總線）：分時輪流使用總線n汽車上是單線或雙線分時多路傳輸系統(tǒng)汽車上是單線或雙線分時多路傳輸系統(tǒng)6. 數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線n模塊間運行數(shù)據(jù)的通道，即信息高速公路。模塊間運行數(shù)據(jù)的通道，即信息高速公路。n數(shù)據(jù)總線上的信息可以被任何控制單元利用。數(shù)據(jù)總線

8、上的信息可以被任何控制單元利用。n數(shù)據(jù)總線上不同的電平組合（編碼方式）用于傳輸不數(shù)據(jù)總線上不同的電平組合（編碼方式）用于傳輸不同的信息。同的信息。n數(shù)據(jù)總線可以是一條導線、兩條導線，雙線制數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)總線可以是一條導線、兩條導線，雙線制數(shù)據(jù)線常絞在一起，以抗干擾。常絞在一起，以抗干擾。n各汽車制造商一直在設計自己的數(shù)據(jù)總線。各汽車制造商一直在設計自己的數(shù)據(jù)總線。niso標準和標準和sae標準。標準。7. 幀幀n幀是數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖钚卧菙?shù)據(jù)傳輸?shù)淖钚卧?。n一幀通常包括以下內(nèi)容：一幀通常包括以下內(nèi)容： 同步信號同步信號 控制信息控制信息 數(shù)據(jù)信息數(shù)據(jù)信息 錯誤檢測錯誤檢測 幀結(jié)束幀結(jié)束2.2

9、局域網(wǎng)的三個基本要素局域網(wǎng)的三個基本要素 n信號傳輸介質(zhì)、網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構(gòu)和介質(zhì)訪問控制協(xié)議信號傳輸介質(zhì)、網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構(gòu)和介質(zhì)訪問控制協(xié)議是局域網(wǎng)的三個基本要素。是局域網(wǎng)的三個基本要素。n信號傳輸介質(zhì)和網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構(gòu)是主要技術選擇，在信號傳輸介質(zhì)和網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構(gòu)是主要技術選擇，在很大程度上決定了局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸速度、傳輸距離很大程度上決定了局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸速度、傳輸距離以及節(jié)點數(shù)等指標。以及節(jié)點數(shù)等指標。1 信號傳輸介質(zhì)信號傳輸介質(zhì)n傳輸介質(zhì)指連接網(wǎng)絡節(jié)點的信息傳輸載體。傳輸介質(zhì)指連接網(wǎng)絡節(jié)點的信息傳輸載體。n用于局域網(wǎng)的傳輸介質(zhì)有：雙絞線、同軸電纜、光纖用于局域網(wǎng)的傳輸介質(zhì)有：雙絞線、同軸電纜

10、、光纖雙絞線、同軸電纜和光纖的主要特性雙絞線、同軸電纜和光纖的主要特性媒體媒體 信號類型信號類型 傳輸速率（傳輸速率（mbit/s) 傳輸距離傳輸距離 (km) 節(jié)點數(shù)節(jié)點數(shù)雙絞線雙絞線 數(shù)字數(shù)字 12 0.1 幾十幾十同軸電纜同軸電纜 數(shù)字數(shù)字/模擬模擬 1050 110 1001000光纖光纖 模擬模擬 100 1 幾十幾十n雙絞線：用于低速傳輸，成本較低，傳輸距離近，非雙絞線：用于低速傳輸，成本較低，傳輸距離近，非常適合汽車網(wǎng)絡的情況，也是汽車網(wǎng)絡使用最多的傳常適合汽車網(wǎng)絡的情況，也是汽車網(wǎng)絡使用最多的傳輸媒體。輸媒體。n同軸電纜：滿足較高性能的要求，與雙絞線相比，可同軸電纜：滿足較高性

11、能的要求，與雙絞線相比，可以提供較高的吞吐量，連接較多的設備，跨越更大的以提供較高的吞吐量，連接較多的設備，跨越更大的距離。距離。n光纖：受到成本和技術的限制，目前應用不多。光纖：受到成本和技術的限制，目前應用不多。2 網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)1）星型網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)）星型網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)主主機機集線器集線器終端終端集線器集線器集線器集線器終端終端終端終端終端終端終端終端終端終端終端終端終端終端終端終端n以一臺中心處理機為主組成的網(wǎng)絡，各種類型的入以一臺中心處理機為主組成的網(wǎng)絡，各種類型的入網(wǎng)機均與該主機有物理鏈路直接相連。網(wǎng)機均與該主機有物理鏈路直接相連。n特點：主機負載大，擴充困難，但通信簡單。特

12、點：主機負載大，擴充困難，但通信簡單。n此結(jié)構(gòu)不能成為整車網(wǎng)絡的結(jié)構(gòu)，可以在一個部件此結(jié)構(gòu)不能成為整車網(wǎng)絡的結(jié)構(gòu)，可以在一個部件或總成上使用。或總成上使用。2）總線型網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)）總線型網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu) n所有入網(wǎng)計算機連接到一條傳輸信息線上，即一條傳所有入網(wǎng)計算機連接到一條傳輸信息線上，即一條傳輸線。輸線。n特點：分時訪問總線、信道利用率高、網(wǎng)絡長度和節(jié)特點：分時訪問總線、信道利用率高、網(wǎng)絡長度和節(jié)點數(shù)目受限點數(shù)目受限n汽車車載網(wǎng)絡多采用這種結(jié)構(gòu)。汽車車載網(wǎng)絡多采用這種結(jié)構(gòu)。分接頭分接頭主機主機分接頭分接頭主機主機分接頭分接頭主機主機端點匹配端點匹配端點匹配端點匹配3）環(huán)型網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)）環(huán)型網(wǎng)絡

13、拓撲結(jié)構(gòu)n入網(wǎng)計算機通過網(wǎng)絡接口部件連接到一個環(huán)形物理鏈路中。入網(wǎng)計算機通過網(wǎng)絡接口部件連接到一個環(huán)形物理鏈路中。n特點：點點通信、傳輸機制簡單、實時性好，但是網(wǎng)絡可靠性差，特點：點點通信、傳輸機制簡單、實時性好，但是網(wǎng)絡可靠性差，網(wǎng)絡擴充困難。網(wǎng)絡擴充困難。n有些汽車在線控技術上采用這種實時性高的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。有些汽車在線控技術上采用這種實時性高的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。主機主機主機主機主機主機主機主機網(wǎng)絡接口網(wǎng)絡接口網(wǎng)絡接口網(wǎng)絡接口網(wǎng)絡接口網(wǎng)絡接口網(wǎng)絡接口網(wǎng)絡接口3 介質(zhì)訪問控制（介質(zhì)訪問控制（mac）協(xié)議）協(xié)議n網(wǎng)絡節(jié)點不是采用物理鏈路完全連接，而是共享傳輸網(wǎng)絡節(jié)點不是采用物理鏈路完全連接，而是共享傳輸媒

14、體，網(wǎng)絡節(jié)點獲取傳輸介質(zhì)使用權(quán)的方式。媒體，網(wǎng)絡節(jié)點獲取傳輸介質(zhì)使用權(quán)的方式。n載波監(jiān)聽多路訪問載波監(jiān)聽多路訪問/沖突檢測（沖突檢測（cmsa/cd）：發(fā)送時）：發(fā)送時首先監(jiān)聽介質(zhì)上是否有信號在傳輸；沒有則發(fā)送，有首先監(jiān)聽介質(zhì)上是否有信號在傳輸；沒有則發(fā)送，有則等待。當有沖突發(fā)生時，終止發(fā)送并進行處理。則等待。當有沖突發(fā)生時，終止發(fā)送并進行處理。4 網(wǎng)絡訪問的觸發(fā)方式網(wǎng)絡訪問的觸發(fā)方式n時間觸發(fā)協(xié)議（時間觸發(fā)協(xié)議（ttpttp，time triggered protocoltime triggered protocol）：）：按一定規(guī)則安排每個節(jié)點發(fā)送信息的時刻和信息發(fā)送按一定規(guī)則安排每個節(jié)點

15、發(fā)送信息的時刻和信息發(fā)送的延續(xù)時間。信息傳輸延時小的延續(xù)時間。信息傳輸延時小, ,實時性好，網(wǎng)絡時間發(fā)實時性好，網(wǎng)絡時間發(fā)生的時間可以預知，比較適合車上控制網(wǎng)絡系統(tǒng)。生的時間可以預知，比較適合車上控制網(wǎng)絡系統(tǒng)。n事件觸發(fā)協(xié)議（事件觸發(fā)協(xié)議（etpetp，event triggered protocolevent triggered protocol）：）：節(jié)點在需要發(fā)送信息或請求發(fā)送信息時才啟動網(wǎng)絡訪節(jié)點在需要發(fā)送信息或請求發(fā)送信息時才啟動網(wǎng)絡訪問過程問過程, ,否則處于接收狀態(tài)。一個節(jié)點要發(fā)送信息時，否則處于接收狀態(tài)。一個節(jié)點要發(fā)送信息時，可能有信息占有總線，信息傳輸延時不確定，實時性可能有信息占有總線，信息傳輸延時不確定，實時性差。差。2.3 車載網(wǎng)絡的拓撲