項(xiàng)目七-汽車CAN總線系統(tǒng)智能節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)課件

1.1汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)概述一、汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的作用：（1）提高控制系統(tǒng)的可靠性。第一節(jié)汽車車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的組成和基本原理

（2）網(wǎng)絡(luò)組成靈活方便。可針對不同需要進(jìn)行組合無須對整車進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。（3）降低生產(chǎn)成本?？梢宰畲蟪潭葘?shí)現(xiàn)硬件和軟件等資源的共享，節(jié)省傳感器、線束及連接器，減少工作量。（4）擴(kuò)充功能方便。在不增加硬件的條件下，修改軟件即可開發(fā)新功能、新的子系統(tǒng)。第一節(jié)汽車車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的組成和基本原理（2）網(wǎng)絡(luò)

二、車網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)汽車網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)常見有星型、總線型和環(huán)型網(wǎng)絡(luò)如圖7-1所示。圖7-1

網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)二、車網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖7-1網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（1）星型拓?fù)湫切屯負(fù)渲?，每個站點(diǎn)通過點(diǎn)一點(diǎn)連接到中央節(jié)點(diǎn)，任何兩站之間的通信都通過中央節(jié)點(diǎn)進(jìn)行。星型拓?fù)洳捎秒娐方粨Q，一個站點(diǎn)的故障只會影響本站，而不會影響到全網(wǎng)。但是在這種結(jié)構(gòu)中，通信極大地依賴中央節(jié)點(diǎn)，對中央節(jié)點(diǎn)的可靠性和容量要求很高；另外每個站點(diǎn)都要同中央節(jié)點(diǎn)連接，耗費(fèi)大量電纜。（1）星型拓?fù)洌?）總線型拓?fù)?/p>

總線型拓?fù)洳捎脝我恍诺雷鳛閭鬏斀橘|(zhì)，所有站點(diǎn)通過相應(yīng)硬件接口接至這個公共信道(總線)上，任何一個站點(diǎn)發(fā)送的信息，所有其他站都能接收。因此，總線型拓?fù)浞Q為多點(diǎn)式或廣播式。信息也是按組發(fā)送，達(dá)到各站點(diǎn)后，經(jīng)過地址識別(濾波)，符合的站點(diǎn)將信息復(fù)制下來。由于所有節(jié)點(diǎn)共享一條公共信道，當(dāng)多點(diǎn)同時發(fā)送信號時，信號會相互碰撞而造成傳輸失敗。這種現(xiàn)象稱為沖突。為了避免沖突，每次只能由一個站點(diǎn)發(fā)送信號，因此，必須有一種仲裁機(jī)制來決定每次由哪個站點(diǎn)使用信道，這是屬于數(shù)據(jù)鏈路層的任務(wù)。總線網(wǎng)中通常采用分布式的控制策略，如CSMA/CD協(xié)議就是常用的規(guī)范?？偩€拓?fù)涞膬?yōu)點(diǎn)是，所需電纜長度短，布線容易?？偩€僅僅是一個傳輸信道，沒有任何處理功能，從硬件的角度看，它屬于無源器件，工作的可靠性較高，增加和減少站點(diǎn)都很方便。缺點(diǎn)是系統(tǒng)范圍受到限制(由于數(shù)據(jù)速率和傳輸距離的相互制約關(guān)系)。一個站點(diǎn)的故障可能影響整個網(wǎng)絡(luò)，故障的檢測需要在各站點(diǎn)上進(jìn)行。（2）總線型拓?fù)洌?）環(huán)型拓?fù)湓诃h(huán)型拓?fù)渲?，站點(diǎn)和連接站點(diǎn)的點(diǎn)一點(diǎn)鏈路組成一個閉合環(huán)路，每個站點(diǎn)從一條鏈路上接收數(shù)據(jù)，然后以同樣的速率從另一條鏈路發(fā)送出去。鏈路大多數(shù)是單方向的，即數(shù)據(jù)沿一個方向在網(wǎng)上環(huán)行。環(huán)型拓?fù)湟餐偩€拓?fù)湟粯?，存在沖突問題，必須采用某種控制機(jī)制來決定每個站點(diǎn)在什么時候可以將數(shù)據(jù)送到環(huán)上。環(huán)型網(wǎng)絡(luò)通常也采用分布式控制策略，這里主要包含一種特殊信息幀——“令牌”。環(huán)型拓?fù)涞膬?yōu)點(diǎn)是，所需介質(zhì)長度較短；它的鏈路都是單方向性的，因而可以用光纖作為傳輸介質(zhì)。環(huán)型拓?fù)涞娜秉c(diǎn)是，一個站點(diǎn)的故障會引起全網(wǎng)的故障。汽車網(wǎng)絡(luò)大多采用總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。（3）環(huán)型拓?fù)淙?、汽車網(wǎng)絡(luò)的類型網(wǎng)絡(luò)分類位傳輸速率應(yīng)用場合A低速，<l0Kbps應(yīng)用于只需傳輸少量數(shù)據(jù)的場合，如控制行李箱開啟和關(guān)閉B中速，10-125Kbps應(yīng)用于一般的信息傳輸場合，例如儀表C高速，125K-1Mbps應(yīng)用于實(shí)時控制的場合，例如動力系統(tǒng)D高速，>1Mbps應(yīng)用于更嚴(yán)格的實(shí)時控制場合及多媒體控制E高速，>5Mbps應(yīng)用于車輛被動安全性領(lǐng)域，例如乘員的安全系統(tǒng)

表7-1SAE的汽車網(wǎng)絡(luò)分類三、汽車網(wǎng)絡(luò)的類型網(wǎng)絡(luò)分類位傳輸速率應(yīng)用場合A低速，<l0K四、汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展趨勢（1）在汽車中應(yīng)用迅速普及，Touran汽車車載局域網(wǎng)（LAN）的構(gòu)成如圖所示。從目前情況看，世界各大汽車公司的車身網(wǎng)絡(luò)控制和動力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)平臺均己基本建立，在新推出的車型中，全面采用網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)己成為可能。四、汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展趨勢（2）高速、實(shí)時、容錯的網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)線控概念(x-by-wire)是一種新的汽車工程概念，目前己有使用線控系統(tǒng)的概念車出現(xiàn)。2002年1月初在底特律舉行的北美國際車展上，展出的跑車Autonomy就首次在汽車中使用了x-by-wire技術(shù)。x-by-wire技術(shù)在未來將是十分重要的技術(shù)，該技術(shù)極大改善了汽車的可操縱性、安全性、設(shè)計(jì)的靈活度及總體結(jié)構(gòu)。駕駛員和方向盤之間將沒有任何機(jī)械部分的連接，使用這種技術(shù)使汽車的操縱系統(tǒng)、制動系統(tǒng)及其它輔助系統(tǒng)能夠通過電子方式進(jìn)行控制，這就是說，像汽車內(nèi)的剛性傳動件將會被基于網(wǎng)絡(luò)控制的各種傳感器、控制器和電液式電動執(zhí)行器所組成的線控系統(tǒng)取而代之。x-by-wire技術(shù)必將促進(jìn)高速、實(shí)時、容錯網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展。（2）高速、實(shí)時、容錯的網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)（3）多媒體、高帶寬的網(wǎng)絡(luò)未來汽車網(wǎng)絡(luò)同時將是一個多媒體、高帶寬的網(wǎng)絡(luò)。它能使車主生活更輕松，并在某種程度上將辦公室移入車內(nèi)。若從長遠(yuǎn)來看，汽車甚至可以成為一個網(wǎng)站，人們可以下載軟件以提高汽車的性能。目前，此類技術(shù)尚處研發(fā)階段，與蜂窩移動電話技術(shù)相結(jié)合，如全球定位系統(tǒng)(GPS)和導(dǎo)航系統(tǒng)等少數(shù)技術(shù)己在高檔汽車得到應(yīng)用。作為最早的汽車電子產(chǎn)品的汽車收音機(jī)，現(xiàn)在不止是一種娛樂工具，還可以適配導(dǎo)航系統(tǒng)等的接口。（3）多媒體、高帶寬的網(wǎng)絡(luò)（4）豐富的軟件設(shè)計(jì)未來汽車將成為軟件產(chǎn)品，此斷言可能是一種幻想，因?yàn)楝F(xiàn)在無法想象除了機(jī)械之外，還有什么能使汽車運(yùn)動、關(guān)閉車窗和天窗、打開氣門或電動機(jī)。然而，這說明在未來的汽車中軟件主導(dǎo)硬件的趨勢是不可避免的，軟件在汽車設(shè)計(jì)中已無處不見，可以說未來汽車市場競爭的熱點(diǎn)之一就是軟件的競爭。這也正是OSEK產(chǎn)生的原因，使用OSEK將大大縮短開發(fā)新型模塊的周期。將來，汽車制造商必須與配件制造商、芯片供應(yīng)商緊密協(xié)作，三方各盡所能以確保汽車工程項(xiàng)目的成功。在汽車設(shè)計(jì)過程中，軟件開發(fā)正變得與發(fā)動機(jī)或者車身設(shè)計(jì)一樣重要。據(jù)估計(jì)，在不久的將來，會出現(xiàn)汽車專用軟件供應(yīng)商，現(xiàn)有零部件供應(yīng)商可能轉(zhuǎn)移研發(fā)的重點(diǎn)和方向。一方面，汽車軟件設(shè)計(jì)的分工會更明細(xì)和模塊化，另一方面，專用軟件的開發(fā)也是一個趨勢。（4）豐富的軟件設(shè)計(jì)（5）統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)協(xié)議目前在汽車行業(yè)中存在許多網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，由于缺乏全世界統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)際上提高了汽車的制造成本。雖然建立一個統(tǒng)一的汽車網(wǎng)絡(luò)協(xié)議體系是一件十分復(fù)雜和困難的工作，但在汽車制造商和供應(yīng)商之間己逐漸對這一問題達(dá)成一致：A類網(wǎng)絡(luò)使用LIN；B類網(wǎng)絡(luò)使用低速CAN；C類網(wǎng)絡(luò)使用高速CAN己作為事實(shí)上的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)；在采用x-by-wire技術(shù)的下一代汽車中，TTP/C或者FlexRay協(xié)議將是一種必然的選擇。此外，大多數(shù)汽車公司和零配件廠商對統(tǒng)一開發(fā)環(huán)境OSEK/VDX非常感興趣。（5）統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)協(xié)議1.2汽車單片機(jī)局域網(wǎng)的基本概念

車載局域網(wǎng)實(shí)際上是一種網(wǎng)絡(luò)的通信協(xié)議以及達(dá)到協(xié)議規(guī)定目的所采取的各種措施和方法。采用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)目的：減少汽車線束，提高通訊速度。

1．多路傳輸

多路傳輸就是在同一通道或線路上同時傳輸多條信息，又叫多路復(fù)用。事實(shí)上數(shù)據(jù)是依次傳輸?shù)?，但速度非常之快，似乎就是同時傳輸?shù)?。許多單個的數(shù)據(jù)都能被一段一段傳輸，這就叫做分時多路傳輸。汽車上用的是單線或雙線制分時多路傳輸系統(tǒng)。1.2汽車單片機(jī)局域網(wǎng)的基本概念常見的多路傳輸技術(shù)有：①分時多路傳輸又叫時分多路復(fù)用(TDM，TimeDivisionMultiplexing)，是多路復(fù)用技術(shù)的一種，是用時間分割信道的方法，使每個控制系統(tǒng)獨(dú)占信道時隙而共享總線的頻率資源。②

頻分多路復(fù)用(FDM，F(xiàn)requentlyDivisionMultiplexing)，頻分多路復(fù)用是用頻率分割信道的方法，使每個控制系統(tǒng)獨(dú)占信道頻道而共享總線的時間資源。③

碼分多路復(fù)用(CDMA，CodeDivisionMultipleAccess)，碼分多路復(fù)用是分配給每個控制系統(tǒng)不同的擴(kuò)頻編碼以區(qū)分不同的信號，就可以同時使用同一頻率進(jìn)行通信。④

波分多路復(fù)用(WDM，WavelengthDivisionMultiplexing)，在全光纖通信中采用。常見的多路傳輸技術(shù)有：常規(guī)線路和多路傳輸線路的對比

常規(guī)線路和多路傳輸線路的對比2．模塊/節(jié)點(diǎn)模塊就是一種電子裝置，簡單一點(diǎn)的如溫度和壓力傳感器，復(fù)雜的如計(jì)算機(jī)(微處理器)。傳感器是一個模塊裝置，根據(jù)溫度和壓力的不同可產(chǎn)生不同的電壓信號。這些電壓信號在計(jì)算機(jī)的輸入接口被模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號。在計(jì)算機(jī)多路傳輸系統(tǒng)中一些簡單的模塊被稱為節(jié)點(diǎn)。2．模塊/節(jié)點(diǎn)3．?dāng)?shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線(BUS)是控制單元之間傳遞數(shù)據(jù)的通道。數(shù)據(jù)總線可以達(dá)到在一條數(shù)據(jù)線上傳遞的信息能被多個系統(tǒng)(控制單元)共享的目的，從而最大限度地提高系統(tǒng)整體效率，充分利用有限的資源。如果系統(tǒng)可以發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，則該數(shù)據(jù)總線稱為雙向數(shù)據(jù)總線。數(shù)據(jù)總線可以單線式或是雙線式。雙線式的其中一條導(dǎo)線不是用作額外的通道，它的作用是一旦數(shù)據(jù)通道出了故障，它讓數(shù)據(jù)換向通過或是在兩條數(shù)據(jù)總線中未發(fā)生故障的部分通過。為了抗電磁干擾，雙線式數(shù)據(jù)總線的兩條線是絞接在一起的(雙絞線)。各汽車制造商一直在設(shè)計(jì)各自的數(shù)據(jù)總線，如果不兼容，就稱為專用數(shù)據(jù)總線。如果是按照某種國際標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的，就是非專用的。為使不同廠家生產(chǎn)的零部件能在同一輛汽車上協(xié)調(diào)工作，必須制定標(biāo)準(zhǔn)。按照ISO有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，CAN的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為總線式，因此也稱為CAN總線(CAN-BUS)。3．?dāng)?shù)據(jù)總線4、網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)是為了實(shí)現(xiàn)信息共享而把多條數(shù)據(jù)總線或者把數(shù)據(jù)總線和模塊當(dāng)作一個系統(tǒng)連在一起。車載網(wǎng)絡(luò)一般采用幾種不同速率的總線協(xié)議構(gòu)成功能各異的網(wǎng)段，并通過網(wǎng)關(guān)連接，達(dá)到信息共享和集中管理控制的目的。如圖所示，其中包括高速主干網(wǎng)IEEE1394b協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)、多媒體網(wǎng)段MOST、高速CAN協(xié)議和低成本的串行通信LIN協(xié)議。汽車電子網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)示意圖4、網(wǎng)絡(luò)汽車電子網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)示意圖5．通信協(xié)議通信協(xié)議是控制通信實(shí)體間有效完成信息交換的一組約定和規(guī)則。要實(shí)現(xiàn)車內(nèi)各ECU之間的通信，必須制定規(guī)則保證通信雙方能相互配合，即通信方法、通信時間、通信內(nèi)容，這是通信雙方同樣能遵守、可接受的一組規(guī)定和規(guī)則。也就是說，要想成功交流信息，通信雙方必須“說同樣的語言”(如相同的語法規(guī)則和語速等)。(1)協(xié)議的三要素1)語法：確定通信雙方之間“如何講”，即通信信息幀的格式。2)語義：確定通信雙方之間“講什么”，即通信信息幀的數(shù)據(jù)和控制信息。3)定時規(guī)則：確定事件傳輸?shù)捻樞蛞约八俣绕ヅ洹?2)協(xié)議的功能1)差錯監(jiān)測和糾正：面向通信傳輸?shù)膮f(xié)議常使用“應(yīng)答一重發(fā)”和通信校驗(yàn)進(jìn)行差錯的檢測和糾正工作。一般來說，協(xié)議中對異常情況的處理說明要占很大的比重。2)分塊和重裝：為符合協(xié)議的格式要求，需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理。分塊操作將大的數(shù)據(jù)劃分成若干小塊，如將報文劃分成幾個子報文組；重裝操作則是將劃分的小塊數(shù)據(jù)重新組合復(fù)原，如將幾個子報文組還原成報文。3)排序：對發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行編號以標(biāo)識它們的順序，通過排序，可以達(dá)到按序傳遞、信息流控制和差錯控制等目的。4)流量控制：通過限制發(fā)送的數(shù)據(jù)量或速率，以防止在信道中出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象。5．通信協(xié)議6．總線速度總線速度是數(shù)據(jù)總線的速度，有波特率(每秒傳輸?shù)拇a元數(shù))和比特率(每秒傳輸?shù)亩M(jìn)制位數(shù))之分，如果一個碼元只攜帶一個比特的信息，則波特率和比特率在數(shù)值上相等。傳輸速度快并不能說明一切。高速數(shù)據(jù)總線及網(wǎng)絡(luò)容易產(chǎn)生電噪聲(電磁干擾)，這種電噪聲會導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸出錯。數(shù)據(jù)總線有多種檢錯方法，如檢測一段特定數(shù)據(jù)的長度。如果出錯，數(shù)據(jù)將重新傳輸，但這就會導(dǎo)致各系統(tǒng)的運(yùn)行速度減慢。解決的方法有：使用價格高、功能更強(qiáng)大、結(jié)構(gòu)更復(fù)雜的模塊；使用屏蔽雙絞線。為了使價格適中，數(shù)據(jù)總線及網(wǎng)絡(luò)必須避免無謂的高速和復(fù)雜。大多數(shù)的設(shè)計(jì)都有3種基本型，即低速型、中速型和高速型。6．總線速度7．總線介質(zhì)訪問控制方式由于各節(jié)點(diǎn)利用總線來傳輸信息，在總線上某一時刻若兩個節(jié)點(diǎn)同時發(fā)送數(shù)據(jù)，則這兩個數(shù)據(jù)將會在總線上發(fā)生“沖突”，造成所發(fā)送的數(shù)據(jù)不能被目的節(jié)點(diǎn)正確接收。為了避免沖突產(chǎn)生，就要有一個解決“爭用”總線的方法，以使各節(jié)點(diǎn)充分利用總線的信道空間和時間來傳送數(shù)據(jù)而不會發(fā)生沖突，這正是介質(zhì)訪問控制方式的管理機(jī)制。CSMA／CD是“載波偵聽多路訪問／沖突檢測”(CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionDetect)的縮寫，是一種總線訪問控制方式。

利用CSMA訪問總線，可對總線上的信號進(jìn)行檢測，只有當(dāng)總線處于空閑狀態(tài)時，才允許發(fā)送數(shù)據(jù)。利用這種方法，可以允許多個節(jié)點(diǎn)掛接到同一網(wǎng)絡(luò)上。當(dāng)檢測到一個沖突位時，所有節(jié)點(diǎn)重新回到“監(jiān)聽”總線狀態(tài)，直到該沖突時間過后，才開始發(fā)送。

7．總線介質(zhì)訪問控制方式1.3汽車網(wǎng)絡(luò)參考模型在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的初期，許多研究機(jī)構(gòu)、計(jì)算機(jī)廠商和公司都大力發(fā)展計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。這些自行發(fā)展的網(wǎng)絡(luò)，在體系結(jié)構(gòu)上差異很大，以至于它們之間互不相容，難以相互聯(lián)接成更大的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。為此，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)在1979年提出了“開放系統(tǒng)互連”模型，簡稱ISO／OSI參考模型。ISO提出七層網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參考模型的目的，就是要在各種終端設(shè)備、微機(jī)、操作系統(tǒng)進(jìn)程之間以及人們互相交換信息的過程中，能夠逐步實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化。ISO／OSI參考模型如圖7-5所示，從第一層到第七層依次為物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會話層、表示層和應(yīng)用層。每個層次都在完成信息交換任務(wù)中擔(dān)當(dāng)一個相對獨(dú)立的特定功能。而中繼開放系統(tǒng)只有下三層。對于每一層OSI都至少制定有服務(wù)定義和協(xié)議規(guī)范兩個標(biāo)準(zhǔn)。對不同的實(shí)用系統(tǒng)，同一個服務(wù)可以由不同協(xié)議提供，因此可能有多個協(xié)議規(guī)范。表7-2中簡單地說明了OSI開放式互連模型的各層功能。1.3汽車網(wǎng)絡(luò)參考模型在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的初期，許多研7應(yīng)用層最高層。用戶、軟件、網(wǎng)絡(luò)終端等之間用來進(jìn)行信息交換。如DeviceNet6表示層將兩個應(yīng)用不同數(shù)據(jù)格式的系統(tǒng)信息轉(zhuǎn)化為能共同理解的格式5會話層依靠低層的通信功能來進(jìn)行數(shù)據(jù)的有效傳遞4傳輸層兩通信節(jié)點(diǎn)之間數(shù)據(jù)傳輸控制。操作如：數(shù)據(jù)重發(fā)，數(shù)據(jù)錯誤修復(fù)3網(wǎng)絡(luò)層規(guī)定了網(wǎng)絡(luò)連接的建立、維持和拆除的協(xié)議。如：路由和尋址2數(shù)據(jù)鏈路層規(guī)定了在介質(zhì)上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)位的排列和組織。如：數(shù)據(jù)校驗(yàn)和幀結(jié)構(gòu)1物理層規(guī)定通信介質(zhì)的物理特性。如：電氣特性和信號交換的解釋表7-2OSI開放系統(tǒng)互連模型7應(yīng)用層最高層。用戶、軟件、網(wǎng)絡(luò)終端等之間用來進(jìn)行信息交換。2.汽車網(wǎng)絡(luò)參考模型汽車網(wǎng)絡(luò)應(yīng)為總線型結(jié)構(gòu)，它應(yīng)簡單但必須滿足現(xiàn)場的需要。在現(xiàn)場總線的通信結(jié)構(gòu)只采用了ISO／OSI的三層模型：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層，如圖7-6所示。

這種結(jié)構(gòu)簡單，層次較少的通信結(jié)構(gòu)主要是針對過程控制的特點(diǎn)，使數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)流動中盡量減少中間環(huán)節(jié)，加快數(shù)據(jù)傳遞速度，提高網(wǎng)絡(luò)通信及數(shù)據(jù)處理的實(shí)時性。圖7-6汽車局域網(wǎng)的參考模型2.汽車網(wǎng)絡(luò)參考模型圖7-6汽車局域網(wǎng)的參考模型3．汽車網(wǎng)絡(luò)參考模型各層的功能（1）物理層直接與物理信道直接相連,起到數(shù)據(jù)鏈路層和傳輸媒體之間的邏輯接口作用。功能：提供建立、維護(hù)和釋放物理連接的方法，實(shí)現(xiàn)在物理信道上進(jìn)行比特流的傳輸。傳送的基本單位：比特(bit)。物理層的內(nèi)容：1)通信接口與傳輸媒體的物理特性；物理層協(xié)議主要規(guī)定了計(jì)算機(jī)或終端DTE與通信設(shè)備DCE之間的接口標(biāo)準(zhǔn)，包括接口的機(jī)械特性、電氣特性、功能特性和規(guī)程特性；

2)物理層的數(shù)據(jù)交換單元為二進(jìn)制比特：對數(shù)據(jù)鏈路層的數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制或編碼，成為傳輸信號(模擬,數(shù)字或光信號)；

3)比特的同步：時鐘的同步,如異步/同步傳輸；

4)線路的連接：點(diǎn)—點(diǎn)(專用鏈路)，多點(diǎn)(共享一條鏈路)；

5)物理拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：星型，環(huán)型，網(wǎng)狀

6)傳輸方式：單工，半雙工，全雙工3．汽車網(wǎng)絡(luò)參考模型各層的功能物理層能夠使用很多物理介質(zhì)，例如雙絞線、光纖等，最常用的就是雙絞線。

雙絞線是有兩根各自封裝在彩色塑料套內(nèi)的銅線纏繞而成的，其結(jié)構(gòu)如圖7-7所示，纏繞在一起的目的是降低它們之間的干擾。多對雙絞線之外再套上一層保護(hù)套就構(gòu)成了雙絞線電纜。圖7-7雙絞線的結(jié)構(gòu)物理層能夠使用很多物理介質(zhì)，例如雙絞線、光纖等，最常用的就是光纖是有線傳輸介質(zhì)中性能最好的一類，其結(jié)構(gòu)如圖7-8所示。它是一種直徑為50～100μm柔軟的傳導(dǎo)光波的介質(zhì)，一般由玻璃纖維和塑料構(gòu)成，在折射率較高的纖芯外面，再用折射率較低的包層包住，再在包層的外面加上一層保護(hù)套，就構(gòu)成了一根單芯光纜。光纖傳輸數(shù)字信號的是利用光脈沖的有無來代表“1”和“0”的。典型的光纖傳輸系統(tǒng)如圖7-9所示。在發(fā)送端，可用發(fā)光二極管(LED)或激光二極管(1D)等光電轉(zhuǎn)換器件把電信號轉(zhuǎn)換成光信號，再耦合到光纖中進(jìn)行傳輸；在接收端，通過光電二極管(PIN)等器件進(jìn)行逆變換，把光纖傳來的光脈沖轉(zhuǎn)換成電信號輸出。圖7-8單芯光纜圖7-9光纖傳輸系統(tǒng)光纖是有線傳輸介質(zhì)中性能最好的一類，其結(jié)構(gòu)如圖7-8所示。它（3）數(shù)據(jù)鏈路層在物理線路上，由于噪聲干擾、信號衰減等多種原因，數(shù)據(jù)傳輸過程中常常出現(xiàn)差錯，而物理層只負(fù)責(zé)透明地傳輸無結(jié)構(gòu)的原始比特流，不可能進(jìn)行任何差錯控制。因此，當(dāng)需要在一條線路上傳送數(shù)據(jù)時，除了必須有一條物理線路(鏈路)外，還必須有一些必要的規(guī)程來控制這些數(shù)據(jù)的傳輸。把實(shí)現(xiàn)這些規(guī)程的硬件和軟件加到鏈路上，就構(gòu)成了數(shù)據(jù)鏈路層(DataLinkLayer)。數(shù)據(jù)鏈路層最重要的作用就是通過一些數(shù)據(jù)鏈路層的協(xié)議，在不可靠的物理鏈路上實(shí)現(xiàn)可靠的數(shù)據(jù)傳輸。為此，通常將原始數(shù)據(jù)分割成一定長度的數(shù)據(jù)單元(幀)，一幀內(nèi)應(yīng)包含同步信號(例如幀的開始與結(jié)束)、差錯控制(各類檢錯碼或糾錯碼，大多數(shù)采用檢錯重發(fā)的方式)、流量控制(協(xié)調(diào)發(fā)送方和接收方的速率)、控制信息、數(shù)據(jù)信息、地址信息(在信道共享的情況下，保證每一幀都能到達(dá)正確的目的節(jié)點(diǎn)，收方也能知道信息來自何處)等。（3）數(shù)據(jù)鏈路層（3）應(yīng)用層應(yīng)用層協(xié)議是基于低層協(xié)議的上層協(xié)議，目前主流的協(xié)議有用于轎車的OSEK和用于大客車和載重車的SAEJ1939，另外，還有一些大的汽車制造商制定自己的應(yīng)用層協(xié)議。OSEK/VDX是開放式標(biāo)準(zhǔn)化的系統(tǒng)，規(guī)范了及時的作業(yè)系統(tǒng)、軟件界面、以及網(wǎng)絡(luò)管理和通信功能，它包括三個基本的部分:操作系統(tǒng)規(guī)范(OSEKOS)、網(wǎng)絡(luò)通信管理(OSEKCOM)以及網(wǎng)絡(luò)管理規(guī)范(OSEKNM)，另外還包括一些輔助標(biāo)準(zhǔn)。目前，OSEK/VDX組織正在開發(fā)OSEK/VDX調(diào)試規(guī)范。SAEJ1939標(biāo)準(zhǔn)是美國汽車工程師協(xié)會發(fā)布的以CAN2.0B為核心的車輛網(wǎng)絡(luò)串行通信和控制協(xié)議。并由SAE負(fù)責(zé)組織維護(hù)和推廣它是按照ISO的開放式數(shù)據(jù)互聯(lián)模型的七層基準(zhǔn)參考模型制定的。其中包括物理層，數(shù)據(jù)鏈路層，網(wǎng)絡(luò)管理層和應(yīng)用層。通信速率為250Kbit/S，是目前在大型汽車和貨車上應(yīng)用最廣泛的應(yīng)用層協(xié)議。（3）應(yīng)用層第二節(jié)CAN總線

2．1CAN-BUS概述1．CAN-BUS的由來(a)傳統(tǒng)方式數(shù)據(jù)傳送示意圖(b)CAN數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)傳送示意圖圖7-10汽車數(shù)據(jù)傳送方式第二節(jié)CAN總線(a)傳統(tǒng)方式數(shù)據(jù)傳送示意圖(b)圖7-11CAN-bus數(shù)據(jù)傳送實(shí)物簡圖圖7-11CAN-bus數(shù)據(jù)傳送實(shí)物簡圖2．CAN-BUS系統(tǒng)組成（如圖7-12所示）圖7-12CAN-BUS系統(tǒng)組成2．CAN-BUS系統(tǒng)組成（如圖7-12所示）圖7-12（1）CAN控制器接受在控制單元中的微處理器中的數(shù)據(jù)。處理數(shù)據(jù)并傳給CAN收器：接受在控制單元中的微處理器中的數(shù)據(jù)。處理數(shù)據(jù)并傳給CAN收發(fā)器。同時控制器接受收發(fā)器的數(shù)據(jù)，處理并傳給微處理器。（2）CAN收發(fā)器安裝在控制器內(nèi)部，同時兼具接受和發(fā)送的功能，將控制器傳來的數(shù)據(jù)化為電信號并將其送入數(shù)據(jù)傳輸線。（3）數(shù)據(jù)傳輸終端數(shù)據(jù)傳輸終端是一個電阻，防止數(shù)據(jù)在線端被反射，以回聲的形式返回，影響數(shù)據(jù)的傳輸。（1）CAN控制器（4）數(shù)據(jù)傳輸線雙向數(shù)據(jù)線，由高低雙絞線組成，分為CAN高線（CAN-HIGH）和CAN低線（CAN-LOW）。CAN-BUS采用雙絞線自身校驗(yàn)的結(jié)構(gòu)，既可以防止電磁干擾對傳輸信息的影響，也可以防止本身對外界的干擾。系統(tǒng)中采用高低電平兩根數(shù)據(jù)線，控制器輸出的信號同時向兩根通訊線發(fā)送，高低電平互為鏡像。并且每一個控制器都增加了終端電阻，已減少數(shù)據(jù)傳送時的過調(diào)效應(yīng)（如圖7-13所示）。圖7-13雙絞線的結(jié)構(gòu)（4）數(shù)據(jù)傳輸線圖7-13雙絞線的結(jié)構(gòu)（5）網(wǎng)關(guān)把不同速度的網(wǎng)絡(luò)連接起來，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。實(shí)現(xiàn)方式有硬件方式和軟件方式。由于不同區(qū)域CAN-BUS總線的速率和識別代號不同，因此一個信號要從一個總線進(jìn)入到另一個總線區(qū)域，必須把它的識別信號和速率進(jìn)行改變，能夠讓另一個系統(tǒng)接受，這個任務(wù)由網(wǎng)關(guān)(Gateway)來完成。另外，網(wǎng)關(guān)還具有改變信息優(yōu)先級的功能。如車輛發(fā)生相撞事故，氣囊控制單元會發(fā)出負(fù)加速度傳感器的信號，這個信號的優(yōu)先級在驅(qū)動系統(tǒng)是非常高，但轉(zhuǎn)到舒適系統(tǒng)后，網(wǎng)關(guān)調(diào)低了它的優(yōu)先級，因?yàn)樗谑孢m系統(tǒng)功能只是打開門和燈。（5）網(wǎng)關(guān)（6）診斷總線診斷總線是用于診斷儀器和相應(yīng)控制單元之間的信息交換（如圖7-14所示），它被用來代替原來的K線或者L線的功能（廢氣處理控制器除外）。診斷總線大眾公司目前只能在VAS5051和VAS5052下工作，而不能適用于原來的診斷工具，如1552等。診斷總線通過網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)接到相應(yīng)的CAN-BUS上，然后再連接相應(yīng)的控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。隨著診斷總線的使用，大眾集團(tuán)將逐步淘汰控制器上的K線存儲器，而采用CAN線作為診斷儀器和控制器之間的信息連接線，我們稱之為虛擬K線。圖7-14診斷總線的結(jié)構(gòu)（6）診斷總線圖7-14診斷總線的結(jié)構(gòu)由于汽車不同控制器對CAN總線的性能要求不同，因此最新版本的CAN總線系統(tǒng)人為設(shè)定為5個不同的區(qū)域，分別為驅(qū)動系統(tǒng)、舒適系統(tǒng)、信息系統(tǒng)、多功能儀表、診斷總線等5個局域網(wǎng)（如圖7-16所示）。其速率分別為(Kbit/s)：驅(qū)動系統(tǒng)（由15號線激活）：500；

舒適系統(tǒng)（由30號線激活）：100信息系統(tǒng)（由30號線激活）：100；

診斷系統(tǒng)（由30號線激活）：500儀表系統(tǒng)（由15號線激活）：100；Lin總線：20最大承載：1000圖7-16CAN控制區(qū)域圖由于汽車不同控制器對CAN總線的性能要求不同，因此最新版本的2.2CAN總線的特點(diǎn)(1)CAN是到目前為止惟一具有國際標(biāo)準(zhǔn)且成本較低的現(xiàn)場總線。(2)CAN為多主方式工作。網(wǎng)絡(luò)上任一節(jié)點(diǎn)均可在任意時刻主動地向網(wǎng)絡(luò)上其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，而不分主從，有極高的總線利用率。(3)在報文標(biāo)識符上，CAN上的節(jié)點(diǎn)分成不同的優(yōu)先級，可滿足不同的實(shí)時要求，優(yōu)先級高的數(shù)據(jù)最多可在134μs內(nèi)得到傳輸。(4)CAN采用非破壞總線仲裁技術(shù)。當(dāng)多個節(jié)點(diǎn)同時向總線發(fā)送信息出現(xiàn)沖突時，優(yōu)先級低的節(jié)點(diǎn)會主動退出發(fā)送，而最高優(yōu)先級的節(jié)點(diǎn)可不受影響地繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)，從而大大節(jié)省了總線沖突仲裁時間。尤其是在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載很重的情況下，也不會出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)癱瘓的情況。(5)CAN節(jié)點(diǎn)只需通過報文的標(biāo)識符濾波即可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)、一點(diǎn)對多點(diǎn)及全局廣播等幾種方式傳送／接收數(shù)據(jù)。(6)CAN的直接通信距離最遠(yuǎn)可達(dá)10km(速率5kb/s以下)；通信速率最高可達(dá)1Mb/s(此時通信距離最長為40m)。2.2CAN總線的特點(diǎn)(5)CAN節(jié)點(diǎn)只需通過報文(7)CAN上的節(jié)點(diǎn)數(shù)主要取決于總線驅(qū)動電路，目前可達(dá)110個。在CAN2.0A標(biāo)準(zhǔn)幀報文中標(biāo)識符有11位，而在CAN2.0B擴(kuò)展幀報文中標(biāo)識符有29位，使節(jié)點(diǎn)的個數(shù)幾乎不受限制。(8)報文采用短幀結(jié)構(gòu)，傳輸時間短，受干擾概率低，使數(shù)據(jù)的出錯率降低。(9)CAN的每幀信息都有CRC校驗(yàn)及其他檢錯措施，具有極好的檢錯效果。(10)CAN的通信介質(zhì)可選擇雙絞線、同軸電纜或光纖。選擇十分靈活。(11)CAN節(jié)點(diǎn)在錯誤嚴(yán)重的情況下，具有自動關(guān)閉輸出的功能，以使總線上其他節(jié)點(diǎn)的操作不受影響。而且發(fā)送的信息遭到破壞后，可以自動重發(fā)。(7)CAN上的節(jié)點(diǎn)數(shù)主要取決于總線驅(qū)動電路，目前可達(dá)112．3CAN協(xié)議1．CAN的分層結(jié)構(gòu)圖7-17CAN的分層結(jié)構(gòu)和功能2．3CAN協(xié)議圖7-17CAN的分層結(jié)構(gòu)和功2．報文傳送和幀結(jié)構(gòu)

在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送時，發(fā)出報文的單元稱為該報文的發(fā)送器。該單元在總線空閑或丟失仲裁前恒為發(fā)送器。如果一個單元不是報文發(fā)送器，并且總線不處于空閑狀態(tài)，則該單元為接收器。對于報文發(fā)送器和接收器，報文的實(shí)際有效時刻是不同的。對于發(fā)送器而言，如果直到幀結(jié)束末尾一直未出錯，則對于發(fā)送器報文有效。如果報文受損，將允許按照優(yōu)先權(quán)順序自動重發(fā)。為了能同其他報文進(jìn)行總線訪問競爭，總線一旦空閑，重發(fā)送立即開始。對于接收器而言，如果直到幀結(jié)束的最后一位一直未出錯，則對于接收器報文有效。構(gòu)成一幀的幀起始、仲裁場、控制場、數(shù)據(jù)場和CRC序列均借助位填充規(guī)則進(jìn)行編碼。當(dāng)發(fā)送器在發(fā)送的位流中檢測到5位連續(xù)的相同數(shù)值時，將自動地在實(shí)際發(fā)送的位流中插入一個補(bǔ)碼位。數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀的其余位場采用固定格式，不進(jìn)行填充，錯誤幀和超載幀同樣是固定格式，也不進(jìn)行位填充。位填充方法如表7-5所示。2．報文傳送和幀結(jié)構(gòu)未填充位流100000xyz011111xyz填充位流1000001xyz0111110xyz表7-5位填充方法其中：xyz∈{0,1}報文中的位流按照非歸零(NRZ)碼方法編碼，這意味著一個完整位的位電平要么是顯性，要么是隱性。報文傳送由4種不同類型的幀表示和控制：數(shù)據(jù)幀攜帶數(shù)據(jù)由發(fā)送器至接收器；遠(yuǎn)程幀通過總線單元發(fā)送，以請求發(fā)送具有相同標(biāo)識符的數(shù)據(jù)幀；出錯幀由檢測出總線錯誤的任何單元發(fā)送；超載幀用于提供當(dāng)前的和后續(xù)的數(shù)據(jù)幀的附加延遲。數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀借助幀間空間與當(dāng)前幀分開。表7-5位填充方法其中：xyz∈{0,1}報文中(1)數(shù)據(jù)幀數(shù)據(jù)幀由7個不同的位場組成，即幀起始、仲裁場、控制場、數(shù)據(jù)場、CRC場、應(yīng)答場和幀結(jié)束。在CAN2.0B中存在兩種不同的幀格式，其主要區(qū)別在于標(biāo)識符的長度，具有11位標(biāo)識符的幀稱為標(biāo)準(zhǔn)幀，而包括29位標(biāo)識符的幀稱為擴(kuò)展幀。(2)遠(yuǎn)程幀激活為數(shù)據(jù)接收器的站可以借助于傳送一個遠(yuǎn)程幀初始化各自源節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的發(fā)送。遠(yuǎn)程幀由6個不同分位場組成：幀起始、仲裁場、控制場、CRC場、應(yīng)答場和幀結(jié)束。同數(shù)據(jù)幀相反，遠(yuǎn)程幀的RTR位是隱性位。遠(yuǎn)程幀不存在數(shù)據(jù)場。DLC的數(shù)據(jù)值是沒有意義的，它可以是0～8中的任何數(shù)值。(3)錯誤幀錯誤幀由兩個不同場組成，第一個場由來自各幀的錯誤標(biāo)志疊加得到，后隨的第二個場是錯誤界定符。(4)過載幀過載幀包括兩個位場：超載標(biāo)志和過載界定符。(5)幀間空間數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀同前面的幀相同，不管是何種幀均以稱之為幀間空間的位場分開。相反，在超載幀和出錯幀前面沒有幀間空間，并且多個超載幀前面也不被幀間空間分隔。(1)數(shù)據(jù)幀3．CAN協(xié)議的特點(diǎn)（1）具有錯誤檢測、通告和還原功能（2）具有錯誤界定與處理功能。3．CAN協(xié)議的特點(diǎn)2．4CAN控制器局域網(wǎng)1．控制器局域網(wǎng)的連接CAN總線與CPU之間的接口電路2．4CAN控制器局域網(wǎng)1．控制器局域網(wǎng)的連接CAN2．控制器局域網(wǎng)通信速率的設(shè)定控制器局域網(wǎng)的種類繁多，網(wǎng)絡(luò)種類不同，其形式、功能和通信速率也不相同。（1）汽車動力與傳動系統(tǒng)通信速率的設(shè)定汽車動力與傳動系統(tǒng)的控制器包括發(fā)動機(jī)電子控制系統(tǒng)（EEC），電子控制自動變速器（ECT）、防抱死制動系統(tǒng)（ABS）、電子調(diào)節(jié)懸架系統(tǒng)（EMS）、車輪防滑轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)（ASR）、電子控制制動力分配系統(tǒng)（EBD）、電子控制制動輔助系統(tǒng)（EBA）、動態(tài)穩(wěn)定控制系統(tǒng)（DSC）和巡航控制系統(tǒng)（CCS）等。由于汽車動力與傳動系統(tǒng)控制的對象與汽車行駛或發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速直接相關(guān)，要求有很好的實(shí)時性，其控制器局域網(wǎng)采用C類網(wǎng)絡(luò)。（2）汽車車身控制系統(tǒng)通信速率的設(shè)定汽車車身控制系統(tǒng)包括座椅安裝位置調(diào)節(jié)系統(tǒng)（SPC）、中央門鎖控制系統(tǒng)（CLC）、自動空調(diào)系統(tǒng)（ACS）和天窗控制系統(tǒng)（TWC）等，這些系統(tǒng)一般以低速率進(jìn)行通信，可選用B類總線。（3）CAN總線用于汽車車身控制系統(tǒng)的連接時，一般采用容錯式總線，即總線內(nèi)置容錯功能。汽車內(nèi)部CAN總線是由兩根線（CANH、CANL）構(gòu)成，采用雙線串行通信方式傳輸數(shù)據(jù)，當(dāng)2條總線中的1條出現(xiàn)斷路或短接而搭鐵時，網(wǎng)絡(luò)可切換到1線工作方式。CAN要求通信協(xié)議從2線切換至1線工作期間不丟失數(shù)據(jù)位，為此其物理層芯片比動力傳動系統(tǒng)更復(fù)雜，數(shù)據(jù)傳輸速度較低（125kb/s）,此類總線由于成本較高逐漸被低成本的LIN代替。2．控制器局域網(wǎng)通信速率的設(shè)定2．5CAN芯片1．CAN控制器SJA1000①SJA1000的基本特性SJA1000具有以下基本特性：1)引腳與獨(dú)立CAN控制器PCA82C200兼容。2)電氣指標(biāo)兼容PCA82C200。3)具有與PCA82C200兼容的軟件模式。4)擴(kuò)展了的接收緩沖器(64字節(jié)的FIFO)。5)支持CAN2.0B標(biāo)準(zhǔn)。6)支持11位標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)識符格式和29位擴(kuò)展的標(biāo)識符格式。7)傳輸速度可達(dá)1Mbps。8)PeliCAN模式功能擴(kuò)展：

——可以讀寫故障計(jì)數(shù)器

——可編程設(shè)置故障報警錯誤計(jì)數(shù)上限

——最新故障碼登記

——每一個CAN總線錯誤都可觸發(fā)中斷

——具有位置描述(在哪一位上喪失仲裁)的仲裁喪失中斷

——具有非重發(fā)發(fā)送方式——具有只聽模式(ListenMode，只監(jiān)聽總線，不作響應(yīng))——支持熱接插(軟件驅(qū)動的位速率檢測)功能

——擴(kuò)展的接收過濾(4字節(jié)編碼，4字節(jié)屏蔽碼)——具有接收自身發(fā)送的信息功能9)24MHz時鐘頻率。10)支持多種微控制器接口模式。11)CAN輸出驅(qū)動配置可編程。12)適應(yīng)汽車使用環(huán)境溫度：-40～125℃。2．5CAN芯片1．CAN控制器SJA1000②SJA1000的硬件結(jié)構(gòu)圖7-21SJAl000硬件結(jié)構(gòu)如圖7-21所示，SJA1000由接口管理邏輯、發(fā)送緩沖寄存器、接收緩沖寄存器、接收過濾器、位流處理器、位定時邏輯和錯誤處理邏輯七個主要功能模塊和復(fù)位、時鐘電路構(gòu)成②SJA1000的硬件結(jié)構(gòu)圖7-21SJAl000③SJA1000的封裝與引腳引腳功能定義見表7-6。SJA1000的封裝如圖7-22所示。符號引腳功能AD7～AD01，2，24～28地址／數(shù)據(jù)復(fù)用線ALE／AS3ALE—Intel模式時的地址鎖存信號；AS—Motorola模式的地址有效信號CS4SJA1000的片選信號，低電平有效RD／E5RD—Intel模式時的CPU讀信號；E—Motorola模式的使能信號WR6Intel模式時的CPU寫信號，Motorola模式的讀／寫信號CLKOUT7由SJA1000發(fā)出的時鐘輸出信號Vss18邏輯電路地XTALl9振蕩器放大器輸入，外部振蕩器信號輸入XTAL210振蕩器放大器輸出，當(dāng)使用外部時鐘時必須開路MODE11模式選擇：0—Motorola模式；1一Intel模式VDD312輸出驅(qū)動的5V電源TX013CAN驅(qū)動器輸出端0TXl14CAN驅(qū)動器輸出端1VSS315輸出驅(qū)動電路地INT16中斷請求輸出。當(dāng)內(nèi)部中斷寄存器的任何一個位置位時，INT變低，發(fā)出中斷請求；OC門輸出；當(dāng)外部電位位為低時，喚醒SJA1000RST17復(fù)位輸入。低電平有效，使用RC上電復(fù)位電路時，R可以取50Ω，C取1μFVDD218輸入比較器的5V電源RX0，RX119，20SJA1000總線輸入端O和1。如果SJA1000在休眠狀態(tài)，輸入顯性狀態(tài)信號將喚醒SJA1000；如果RX1高于RX0，為顯性狀態(tài)；相反，如果RX0高于RX1，為隱性狀態(tài)；當(dāng)只有RX0有效時，其高表示為隱性狀態(tài)，低為顯性狀態(tài)VSS221輸入比較器的地VDD122邏輯電路的5V電源③SJA1000的封裝與引腳符號引腳功能AD7～AD01，圖7-22SJA1000引腳排列與名稱圖7-22SJA1000引腳排列與名稱2．CAN總線驅(qū)動器TJA1050①總述TJA1050的主要特征如下：?

與ISO11898標(biāo)準(zhǔn)完全兼容?

速度高（最高可達(dá)1M波特）?

低電磁輻射（EME）?

具帶有寬輸入范圍的差動接收器，可抗電磁干擾（EMI）?

沒有上電的節(jié)點(diǎn)不會對總線造成干擾?

發(fā)送數(shù)據(jù)（TXD）控制超時功能?

發(fā)送禁能時的靜音模式?

在暫態(tài)時自動對總線引腳進(jìn)行保護(hù)?

輸入級與3.3V裝置兼容?

熱保護(hù)?

對電源和地的防短路功能?

可以連接至少110個節(jié)點(diǎn)2．CAN總線驅(qū)動器TJA1050①總述②TJA1050功能框圖TJA1050的功能框圖如圖7-23所示，其各引腳功能如表7-7所示。TJA1050的引腳排列與名稱如圖7-24。圖7-23TJA1050的功能框圖圖7-24TJA1050的引腳排列與名稱②TJA1050功能框圖圖7-23TJA1050的功能名稱引腳功能描述TXD1發(fā)送數(shù)據(jù)輸入GND2接地VCC3電源RXD4接收數(shù)據(jù)輸入Vref5參考電壓輸出CANL6低電平CAN總線CANH7高電平CAN總線S8選擇進(jìn)入高速模式還是靜音模式表7-7TJA1050的引腳功能表圖7-25CAN節(jié)點(diǎn)與總線互連結(jié)構(gòu)圖

名稱引腳功能描述TXD1發(fā)送數(shù)據(jù)輸入GND2接地VCC3電源第三節(jié)CAN總線的維修與檢測3．1

故障類型及檢測診斷方法1．故障類型（1）汽車電源系統(tǒng)故障引起的汽車多路信息傳輸系統(tǒng)故障（2）節(jié)點(diǎn)故障（3）鏈路故障第三節(jié)CAN總線的維修與檢測3．1故障類型及檢2．診斷步驟通過對三種汽車多路信息傳輸系統(tǒng)故障的分析，可以總結(jié)出該系統(tǒng)診斷步驟一般為：（1）了解該車型的汽車多路傳輸系統(tǒng)特點(diǎn)（包括：傳輸介質(zhì)、幾種子網(wǎng)及汽車多路信息傳輸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式等）。（2）汽車多路信息傳輸系統(tǒng)的功能，如：有無喚醒功能和休眠功能等。（3）檢查汽車電源系統(tǒng)是否存在故障，如：交流發(fā)電機(jī)的輸出波形是否正常（若不正常將導(dǎo)致信號干擾等故障）等。（4）檢查汽車多路信息傳輸系統(tǒng)的鏈路是否存在故障，采用替換法或采用跨線法進(jìn)行檢測。（5）如果是節(jié)點(diǎn)故障，只能采用替換法進(jìn)行檢測。2．診斷步驟3．CAN雙線式總線系統(tǒng)的檢測方法（1）兩個控制單元組成的雙線式數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)的檢測圖7-26兩個控制單元組成的雙線式數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)3．CAN雙線式總線系統(tǒng)的檢測方法（1）兩個控制單元組成的雙(2)三個或更多控制單元組成的雙線式數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)的檢測圖7-27三個控制單元組成的雙線式總線系統(tǒng)(2)三個或更多控制單元組成的雙線式數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)的檢測圖73．2故障實(shí)例分析

1．故障實(shí)例一（1）故障現(xiàn)象一輛上海別克轎車，在車輛行駛過程中，時常出現(xiàn)轉(zhuǎn)速表、里程表、燃油表和水溫表指示為零的現(xiàn)象。

（2）故障檢測過程用TECH2掃描工具（微機(jī)故障診斷儀）讀取故障代碼，發(fā)現(xiàn)各個電控模塊均沒有當(dāng)前故障代碼，而在歷史故障代碼中出現(xiàn)多個故障代碼。其中：SDM（安全氣囊控制模塊）中出現(xiàn)U1040——失去與ABS控制模塊的對話，U1000——二級功能失效，U1064——失去多重對話，U1016——失去與PCM的對話；IPC（儀表控制模塊）中出現(xiàn)U1016——失去與PCM的對話；BCM（車身控制模塊）中出現(xiàn)U1000——二級功能失效。

3．2故障實(shí)例分析（3）故障分析和排除圖7-28儀表控制、座椅安全帶開關(guān)、鉸接組件、安全氣囊控制模塊、ABS控制模塊/ABS與牽引力控制模塊電路圖（3）故障分析和排除圖7-28儀表控制、座椅安全帶開關(guān)、鉸為OBD-Ⅱ規(guī)定U字頭的故障代碼為汽車多路信息傳輸系統(tǒng)的故障代碼。通過查閱上海別可轎車的電源系統(tǒng)的電路圖（如圖7-28所示）可以知道，上面的電控模塊共用一根電源線，并且通過前圍板。由于故障代碼為間歇性的，一次斷定可能是這根電源線發(fā)生間歇性斷路故障。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，此根電源先由于磨損導(dǎo)致接觸不良，經(jīng)過處理后故障排除。為OBD-Ⅱ規(guī)定U字頭的故障代碼為汽車多路信息傳輸系統(tǒng)的故障第四節(jié)新數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)

4．1LIN總線1.LIN總線簡介圖7-31單線總線數(shù)據(jù)傳送LIN實(shí)例第四節(jié)新數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)

4．1LIN總線圖7-32.LIN總線與CAN總線的關(guān)系圖7-32LIN總線與CAN總線的連接關(guān)系圖7-32LIN總線與CAN總線的連接關(guān)系2.LIN總線與CAN總線的關(guān)系圖7-32LIN圖7-33LIN總線與CAN總線的連接實(shí)例圖7-33LIN總線與CAN總線的連接實(shí)例3.LIN協(xié)議的特點(diǎn)LIN(LocalInterconnectNetwork)是一種低成本的串行通訊網(wǎng)絡(luò)，用于實(shí)現(xiàn)汽車中的分布式電子系統(tǒng)控制。LIN的目標(biāo)是為現(xiàn)有汽車網(wǎng)絡(luò)提供一種低速總線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，它能滿足CAN總線所不要求的帶寬和功能，比如傳感器和執(zhí)行器的通訊，使用LIN總線可大大節(jié)省成本。在使用LIN總線的網(wǎng)絡(luò)中，電控單元的集成是將汽車上分布的智能ECU連成一個局部網(wǎng)絡(luò)，如將門上的電動窗、集控門鎖、電動后視鏡連成一個局部網(wǎng)絡(luò)，然后再通過網(wǎng)關(guān)將這個網(wǎng)絡(luò)掛接到車輛的主體網(wǎng)絡(luò)中去，LIN總線和CAN總線可以通過網(wǎng)關(guān)來完成信息交換。LIN的標(biāo)準(zhǔn)簡化了現(xiàn)有的基于多路解決方案的低端SCI，同時降低了汽車電子裝置的開發(fā)、生產(chǎn)和服務(wù)費(fèi)用。LIN的開發(fā)應(yīng)用速度很快，這是由于其開發(fā)環(huán)境簡單，可以利用C或者C++進(jìn)行編程，系統(tǒng)連接也不繁瑣，且網(wǎng)絡(luò)性能優(yōu)良，穩(wěn)定性好。LIN技術(shù)規(guī)范中，除定義了基本協(xié)議和物理層外，還定義了開發(fā)工具和應(yīng)用軟件接口。因此，從硬件、軟件以及電磁兼容性方面來看，LIN保證了網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的互換性。這極大地提高了開發(fā)速度，同時保證了網(wǎng)絡(luò)的可靠性。LIN采用低成本的單線連接，傳輸速度最高可達(dá)20Kb/s，對于低端的大多數(shù)應(yīng)用對象來說，這個速度是可以接受的。LIN通訊是基于SCI(DART)數(shù)據(jù)格式，它的媒體訪問采用單主控制器/多從設(shè)備的模式，不需要進(jìn)行仲裁，同時在從節(jié)點(diǎn)中不需要晶體振蕩器而能進(jìn)行自同步，這極大地降低了硬件平臺的成本。3.LIN協(xié)議的特點(diǎn)4.LIN總線的診斷如表7-8所示，對LIN總線系統(tǒng)的診斷是通過LIN主控制單元的地址字進(jìn)行的。所有LIN從屬控制單元都可以執(zhí)行自診斷功能。LIN總線將診斷數(shù)據(jù)從LIN從屬控制單元傳送到LIN主控制單元。故障位置故障內(nèi)容存儲故障的原因LIN從屬控制單元無信號/不通訊在LIN主控制單元軟件規(guī)定的時間內(nèi)，LIN從屬控制單元沒有傳送數(shù)據(jù)。導(dǎo)線開路或短路LIN從屬控制單元的電源有故障LIN從屬控制器或llN主控制部件選擇錯誤LIN從屬控制單元發(fā)生故障LIN從屬控制單元不可信的信號校驗(yàn)和錯誤傳送的信息不完整LIN導(dǎo)線上有電磁干擾LlN導(dǎo)線的電容和電阻值改變(例如插頭殼體受潮，有污垢)軟件問題(部件選擇錯誤)表7-8LIN總線系統(tǒng)的診斷4.LIN總線的診斷故障位置故障內(nèi)容存儲故障的原因LIN5.LIN接口器件LIN協(xié)議推出后，Motorola與Philips生產(chǎn)了支持LIN協(xié)議的芯片：LIN主節(jié)點(diǎn)的微控制器（MCU,MicroControllerUnit）,Motorola的MC33399，Philips的TJA1020。5.LIN接口器件4．2MOST總線

1.簡介除了使用人們熟悉的CAN總線之外，AudiA803年車中首次使用了光學(xué)總線系統(tǒng)。該數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)起源于“面向媒體的系統(tǒng)傳送(MOST)合作組織”。這是一個由各種汽車制造廠，他們的供貨商和軟件公司組成的協(xié)會，其目的是要開發(fā)出一個標(biāo)準(zhǔn)的高速數(shù)據(jù)傳送系統(tǒng)。術(shù)語“面向媒體的系統(tǒng)傳送”代表一個以媒體為本的數(shù)據(jù)傳送網(wǎng)絡(luò)，這意味著與CAN數(shù)據(jù)總線相反，以地址為本的信息被傳送到特定的接收機(jī)。這一技術(shù)被用在Audi汽車上來傳送文娛新聞的系統(tǒng)數(shù)據(jù)。文娛新聞系統(tǒng)提供如下描述的各種各樣現(xiàn)代的信息和娛樂媒介（如圖7-34所示）。圖7-34M0ST總線在文娛新聞系統(tǒng)中的應(yīng)用4．2MOST總線圖7-34M0ST總線在文娛新2.控制單元的結(jié)構(gòu)MOST總線中控制單元的部件如圖7-35所示。圖7-35M0ST總線中控制單元的結(jié)構(gòu)2.控制單元的結(jié)構(gòu)圖7-35M0ST總線中控制單元3.MOST總線的環(huán)形結(jié)構(gòu)如圖7-36所示，MOST總線系統(tǒng)的顯著特點(diǎn)系統(tǒng)就是它的環(huán)形結(jié)構(gòu)。控制單元單方向通過一根光導(dǎo)纖維把數(shù)據(jù)傳送至環(huán)形結(jié)構(gòu)的下一個控制單元。這個過程一直持續(xù)到數(shù)據(jù)返回至原先傳送它們的那個控制單元。MOST總線系統(tǒng)的診斷是借助于數(shù)據(jù)總線的診斷接口和診斷CAN進(jìn)行的。圖7-36MOST總線的環(huán)形結(jié)構(gòu)3.MOST總線的環(huán)形結(jié)構(gòu)圖7-36MOST總線的4.MOST協(xié)議的特點(diǎn)（1）令使用光纖作通訊媒質(zhì)MOST是用塑料光纖作為媒質(zhì)，傳輸速率可達(dá)24.8Mbps，可支持最多15路未經(jīng)壓縮的CD品質(zhì)的音頻信號?；蛘咦疃?5路MPEG1音頻/視頻信號，或幾路MPEG2音頻/視頻信號(取決于MPEG2的具體實(shí)現(xiàn)方式)，除了這些同步源數(shù)據(jù)外，MOST還為控制、通訊和異步應(yīng)用保留了部分帶寬。（2）帶旁路模式的環(huán)形拓?fù)銶OST要求在網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)一個物理環(huán)路和一個邏輯環(huán)路。網(wǎng)絡(luò)上的第N個設(shè)備通過輸入端口從第N-1個設(shè)備收到信號，并將收到的信號在它的輸出端口發(fā)送到第N+1個設(shè)備。傳統(tǒng)的環(huán)狀結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)存在一個固有的問題:環(huán)上一個節(jié)點(diǎn)出問題，就會因?yàn)閭鬟f中斷而導(dǎo)致整個網(wǎng)絡(luò)無法工作。MOST通過在每個節(jié)點(diǎn)上實(shí)現(xiàn)即使掉電時也可工作的“旁路模式”(BypassMode)解決了這一問題。（3）使用同步方式，無需緩存在MOST網(wǎng)絡(luò)中，多媒體信號都是同步傳輸?shù)?，這就意味著MOST網(wǎng)絡(luò)支持即使是最簡單的多媒體設(shè)備。如它支持麥克風(fēng)之類的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器和音箱之類的數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器，這類設(shè)備內(nèi)部一般都沒有緩存機(jī)構(gòu)。不需要使用緩存機(jī)構(gòu)是MOST網(wǎng)絡(luò)一個最為重要的特性。（4）電路交換MOST使用的是一種電路交換技術(shù)，提供了兩個部件之間的直接連接，這和早期的電話網(wǎng)比較類似。其優(yōu)點(diǎn)是整體的數(shù)據(jù)吞吐效率高，實(shí)現(xiàn)簡單，而其缺點(diǎn)則是無法提供對數(shù)據(jù)傳輸?shù)目刂?，錯誤檢測、流控制都必須由用戶在應(yīng)用層完成。4.MOST協(xié)議的特點(diǎn)1.1汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)概述一、汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的作用：（1）提高控制系統(tǒng)的可靠性。第一節(jié)汽車車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的組成和基本原理

（2）網(wǎng)絡(luò)組成靈活方便?？舍槍Σ煌枰M(jìn)行組合無須對整車進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。（3）降低生產(chǎn)成本。可以最大程度實(shí)現(xiàn)硬件和軟件等資源的共享，節(jié)省傳感器、線束及連接器，減少工作量。（4）擴(kuò)充功能方便。在不增加硬件的條件下，修改軟件即可開發(fā)新功能、新的子系統(tǒng)。第一節(jié)汽車車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的組成和基本原理（2）網(wǎng)絡(luò)

二、車網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)汽車網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)常見有星型、總線型和環(huán)型網(wǎng)絡(luò)如圖7-1所示。圖7-1

網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)二、車網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖7-1網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（1）星型拓?fù)湫切屯負(fù)渲?，每個站點(diǎn)通過點(diǎn)一點(diǎn)連接到中央節(jié)點(diǎn)，任何兩站之間的通信都通過中央節(jié)點(diǎn)進(jìn)行。星型拓?fù)洳捎秒娐方粨Q，一個站點(diǎn)的故障只會影響本站，而不會影響到全網(wǎng)。但是在這種結(jié)構(gòu)中，通信極大地依賴中央節(jié)點(diǎn)，對中央節(jié)點(diǎn)的可靠性和容量要求很高；另外每個站點(diǎn)都要同中央節(jié)點(diǎn)連接，耗費(fèi)大量電纜。（1）星型拓?fù)洌?）總線型拓?fù)?/p>

總線型拓?fù)洳捎脝我恍诺雷鳛閭鬏斀橘|(zhì)，所有站點(diǎn)通過相應(yīng)硬件接口接至這個公共信道(總線)上，任何一個站點(diǎn)發(fā)送的信息，所有其他站都能接收。因此，總線型拓?fù)浞Q為多點(diǎn)式或廣播式。信息也是按組發(fā)送，達(dá)到各站點(diǎn)后，經(jīng)過地址識別(濾波)，符合的站點(diǎn)將信息復(fù)制下來。由于所有節(jié)點(diǎn)共享一條公共信道，當(dāng)多點(diǎn)同時發(fā)送信號時，信號會相互碰撞而造成傳輸失敗。這種現(xiàn)象稱為沖突。為了避免沖突，每次只能由一個站點(diǎn)發(fā)送信號，因此，必須有一種仲裁機(jī)制來決定每次由哪個站點(diǎn)使用信道，這是屬于數(shù)據(jù)鏈路層的任務(wù)?？偩€網(wǎng)中通常采用分布式的控制策略，如CSMA/CD協(xié)議就是常用的規(guī)范?？偩€拓?fù)涞膬?yōu)點(diǎn)是，所需電纜長度短，布線容易。總線僅僅是一個傳輸信道，沒有任何處理功能，從硬件的角度看，它屬于無源器件，工作的可靠性較高，增加和減少站點(diǎn)都很方便。缺點(diǎn)是系統(tǒng)范圍受到限制(由于數(shù)據(jù)速率和傳輸距離的相互制約關(guān)系)。一個站點(diǎn)的故障可能影響整個網(wǎng)絡(luò)，故障的檢測需要在各站點(diǎn)上進(jìn)行。（2）總線型拓?fù)洌?）環(huán)型拓?fù)湓诃h(huán)型拓?fù)渲?，站點(diǎn)和連接站點(diǎn)的點(diǎn)一點(diǎn)鏈路組成一個閉合環(huán)路，每個站點(diǎn)從一條鏈路上接收數(shù)據(jù)，然后以同樣的速率從另一條鏈路發(fā)送出去。鏈路大多數(shù)是單方向的，即數(shù)據(jù)沿一個方向在網(wǎng)上環(huán)行。環(huán)型拓?fù)湟餐偩€拓?fù)湟粯?，存在沖突問題，必須采用某種控制機(jī)制來決定每個站點(diǎn)在什么時候可以將數(shù)據(jù)送到環(huán)上。環(huán)型網(wǎng)絡(luò)通常也采用分布式控制策略，這里主要包含一種特殊信息幀——“令牌”。環(huán)型拓?fù)涞膬?yōu)點(diǎn)是，所需介質(zhì)長度較短；它的鏈路都是單方向性的，因而可以用光纖作為傳輸介質(zhì)。環(huán)型拓?fù)涞娜秉c(diǎn)是，一個站點(diǎn)的故障會引起全網(wǎng)的故障。汽車網(wǎng)絡(luò)大多采用總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。（3）環(huán)型拓?fù)淙?、汽車網(wǎng)絡(luò)的類型網(wǎng)絡(luò)分類位傳輸速率應(yīng)用場合A低速，<l0Kbps應(yīng)用于只需傳輸少量數(shù)據(jù)的場合，如控制行李箱開啟和關(guān)閉B中速，10-125Kbps應(yīng)用于一般的信息傳輸場合，例如儀表C高速，125K-1Mbps應(yīng)用于實(shí)時控制的場合，例如動力系統(tǒng)D高速，>1Mbps應(yīng)用于更嚴(yán)格的實(shí)時控制場合及多媒體控制E高速，>5Mbps應(yīng)用于車輛被動安全性領(lǐng)域，例如乘員的安全系統(tǒng)

表7-1SAE的汽車網(wǎng)絡(luò)分類三、汽車網(wǎng)絡(luò)的類型網(wǎng)絡(luò)分類位傳輸速率應(yīng)用場合A低速，<l0K四、汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展趨勢（1）在汽車中應(yīng)用迅速普及，Touran汽車車載局域網(wǎng)（LAN）的構(gòu)成如圖所示。從目前情況看，世界各大汽車公司的車身網(wǎng)絡(luò)控制和動力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)平臺均己基本建立，在新推出的車型中，全面采用網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)己成為可能。四、汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展趨勢（2）高速、實(shí)時、容錯的網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)線控概念(x-by-wire)是一種新的汽車工程概念，目前己有使用線控系統(tǒng)的概念車出現(xiàn)。2002年1月初在底特律舉行的北美國際車展上，展出的跑車Autonomy就首次在汽車中使用了x-by-wire技術(shù)。x-by-wire技術(shù)在未來將是十分重要的技術(shù)，該技術(shù)極大改善了汽車的可操縱性、安全性、設(shè)計(jì)的靈活度及總體結(jié)構(gòu)。駕駛員和方向盤之間將沒有任何機(jī)械部分的連接，使用這種技術(shù)使汽車的操縱系統(tǒng)、制動系統(tǒng)及其它輔助系統(tǒng)能夠通過電子方式進(jìn)行控制，這就是說，像汽車內(nèi)的剛性傳動件將會被基于網(wǎng)絡(luò)控制的各種傳感器、控制器和電液式電動執(zhí)行器所組成的線控系統(tǒng)取而代之。x-by-wire技術(shù)必將促進(jìn)高速、實(shí)時、容錯網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展。（2）高速、實(shí)時、容錯的網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)（3）多媒體、高帶寬的網(wǎng)絡(luò)未來汽車網(wǎng)絡(luò)同時將是一個多媒體、高帶寬的網(wǎng)絡(luò)。它能使車主生活更輕松，并在某種程度上將辦公室移入車內(nèi)。若從長遠(yuǎn)來看，汽車甚至可以成為一個網(wǎng)站，人們可以下載軟件以提高汽車的性能。目前，此類技術(shù)尚處研發(fā)階段，與蜂窩移動電話技術(shù)相結(jié)合，如全球定位系統(tǒng)(GPS)和導(dǎo)航系統(tǒng)等少數(shù)技術(shù)己在高檔汽車得到應(yīng)用。作為最早的汽車電子產(chǎn)品的汽車收音機(jī)，現(xiàn)在不止是一種娛樂工具，還可以適配導(dǎo)航系統(tǒng)等的接口。（3）多媒體、高帶寬的網(wǎng)絡(luò)（4）豐富的軟件設(shè)計(jì)未來汽車將成為軟件產(chǎn)品，此斷言可能是一種幻想，因?yàn)楝F(xiàn)在無法想象除了機(jī)械之外，還有什么能使汽車運(yùn)動、關(guān)閉車窗和天窗、打開氣門或電動機(jī)。然而，這說明在未來的汽車中軟件主導(dǎo)硬件的趨勢是不可避免的，軟件在汽車設(shè)計(jì)中已無處不見，可以說未來汽車市場競爭的熱點(diǎn)之一就是軟件的競爭。這也正是OSEK產(chǎn)生的原因，使用OSEK將大大縮短開發(fā)新型模塊的周期。將來，汽車制造商必須與配件制造商、芯片供應(yīng)商緊密協(xié)作，三方各盡所能以確保汽車工程項(xiàng)目的成功。在汽車設(shè)計(jì)過程中，軟件開發(fā)正變得與發(fā)動機(jī)或者車身設(shè)計(jì)一樣重要。據(jù)估計(jì)，在不久的將來，會出現(xiàn)汽車專用軟件供應(yīng)商，現(xiàn)有零部件供應(yīng)商可能轉(zhuǎn)移研發(fā)的重點(diǎn)和方向。一方面，汽車軟件設(shè)計(jì)的分工會更明細(xì)和模塊化，另一方面，專用軟件的開發(fā)也是一個趨勢。（4）豐富的軟件設(shè)計(jì)（5）統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)協(xié)議目前在汽車行業(yè)中存在許多網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，由于缺乏全世界統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)際上提高了汽車的制造成本。雖然建立一個統(tǒng)一的汽車網(wǎng)絡(luò)協(xié)議體系是一件十分復(fù)雜和困難的工作，但在汽車制造商和供應(yīng)商之間己逐漸對這一問題達(dá)成一致：A類網(wǎng)絡(luò)使用LIN；B類網(wǎng)絡(luò)使用低速CAN；C類網(wǎng)絡(luò)使用高速CAN己作為事實(shí)上的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)；在采用x-by-wire技術(shù)的下一代汽車中，TTP/C或者FlexRay協(xié)議將是一種必然的選擇。此外，大多數(shù)汽車公司和零配件廠商對統(tǒng)一開發(fā)環(huán)境OSEK/VDX非常感興趣。（5）統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)協(xié)議1.2汽車單片機(jī)局域網(wǎng)的基本概念

車載局域網(wǎng)實(shí)際上是一種網(wǎng)絡(luò)的通信協(xié)議以及達(dá)到協(xié)議規(guī)定目的所采取的各種措施和方法。采用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)目的：減少汽車線束，提高通訊速度。

1．多路傳輸

多路傳輸就是在同一通道或線路上同時傳輸多條信息，又叫多路復(fù)用。事實(shí)上數(shù)據(jù)是依次傳輸?shù)?，但速度非常之快，似乎就是同時傳輸?shù)?。許多單個的數(shù)據(jù)都能被一段一段傳輸，這就叫做分時多路傳輸。汽車上用的是單線或雙線制分時多路傳輸系統(tǒng)。1.2汽車單片機(jī)局域網(wǎng)的基本概念常見的多路傳輸技術(shù)有：①分時多路傳輸又叫時分多路復(fù)用(TDM，TimeDivisionMultiplexing)，是多路復(fù)用技術(shù)的一種，是用時間分割信道的方法，使每個控制系統(tǒng)獨(dú)占信道時隙而共享總線的頻率資源。②

頻分多路復(fù)用(FDM，F(xiàn)requentlyDivisionMultiplexing)，頻分多路復(fù)用是用頻率分割信道的方法，使每個控制系統(tǒng)獨(dú)占信道頻道而共享總線的時間資源。③

碼分多路復(fù)用(CDMA，CodeDivisionMultipleAccess)，碼分多路復(fù)用是分配給每個控制系統(tǒng)不同的擴(kuò)頻編碼以區(qū)分不同的信號，就可以同時使用同一頻率進(jìn)行通信。④

波分多路復(fù)用(WDM，WavelengthDivisionMultiplexing)，在全光纖通信中采用。常見的多路傳輸技術(shù)有：常規(guī)線路和多路傳輸線路的對比

常規(guī)線路和多路傳輸線路的對比2．模塊/節(jié)點(diǎn)模塊就是一種電子裝置，簡單一點(diǎn)的如溫度和壓力傳感器，復(fù)雜的如計(jì)算機(jī)(微處理器)。傳感器是一個模塊裝置，根據(jù)溫度和壓力的不同可產(chǎn)生不同的電壓信號。這些電壓信號在計(jì)算機(jī)的輸入接口被模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號。在計(jì)算機(jī)多路傳輸系統(tǒng)中一些簡單的模塊被稱為節(jié)點(diǎn)。2．模塊/節(jié)點(diǎn)3．?dāng)?shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線(BUS)是控制單元之間傳遞數(shù)據(jù)的通道。數(shù)據(jù)總線可以達(dá)到在一條數(shù)據(jù)線上傳遞的信息能被多個系統(tǒng)(控制單元)共享的目的，從而最大限度地提高系統(tǒng)整體效率，充分利用有限的資源。如果系統(tǒng)可以發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，則該數(shù)據(jù)總線稱為雙向數(shù)據(jù)總線。數(shù)據(jù)總線可以單線式或是雙線式。雙線式的其中一條導(dǎo)線不是用作額外的通道，它的作用是一旦數(shù)據(jù)通道出了故障，它讓數(shù)據(jù)換向通過或是在兩條數(shù)據(jù)總線中未發(fā)生故障的部分通過。為了抗電磁干擾，雙線式數(shù)據(jù)總線的兩條線是絞接在一起的(雙絞線)。各汽車制造商一直在設(shè)計(jì)各自的數(shù)據(jù)總線，如果不兼容，就稱為專用數(shù)據(jù)總線。如果是按照某種國際標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的，就是非專用的。為使不同廠家生產(chǎn)的零部件能在同一輛汽車上協(xié)調(diào)工作，必須制定標(biāo)準(zhǔn)。按照ISO有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，CAN的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為總線式，因此也稱為CAN總線(CAN-BUS)。3．?dāng)?shù)據(jù)總線4、網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)是為了實(shí)現(xiàn)信息共享而把多條數(shù)據(jù)總線或者把數(shù)據(jù)總線和模塊當(dāng)作一個系統(tǒng)連在一起。車載網(wǎng)絡(luò)一般采用幾種不同速率的總線協(xié)議構(gòu)成功能各異的網(wǎng)段，并通過網(wǎng)關(guān)連接，達(dá)到信息共享和集中管理控制的目的。如圖所示，其中包括高速主干網(wǎng)IEEE1394b協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)、多媒體網(wǎng)段MOST、高速CAN協(xié)議和低成本的串行通信LIN協(xié)議。汽車電子網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)示意圖4、網(wǎng)絡(luò)汽車電子網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)示意圖5．通信協(xié)議通信協(xié)議是控制通信實(shí)體間有效完成信息交換的一組約定和規(guī)則。要實(shí)現(xiàn)車內(nèi)各ECU之間的通信，必須制定規(guī)則保證通信雙方能相互配合，即通信方法、通信時間、通信內(nèi)容，這是通信雙方同樣能遵守、可接受的一組規(guī)定和規(guī)則。也就是說，要想成功交流信息，通信雙方必須“說同樣的語言”(如相同的語法規(guī)則和語速等)。(1)協(xié)議的三要素1)語法：確定通信雙方之間“如何講”，即通信信息幀的格式。2)語義：確定通信雙方之間“講什么”，即通信信息幀的數(shù)據(jù)和控制信息。3)定時規(guī)則：確定事件傳輸?shù)捻樞蛞约八俣绕ヅ洹?2)協(xié)議的功能1)差錯監(jiān)測和糾正：面向通信傳輸?shù)膮f(xié)議常使用“應(yīng)答一重發(fā)”和通信校驗(yàn)進(jìn)行差錯的檢測和糾正工作。一般來說，協(xié)議中對異常情況的處理說明要占很大的比重。2)分塊和重裝：為符合協(xié)議的格式要求，需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理。分塊操作將大的數(shù)據(jù)劃分成若干小塊，如將報文劃分成幾個子報文組；重裝操作則是將劃分的小塊數(shù)據(jù)重新組合復(fù)原，如將幾個子報文組還原成報文。3)排序：對發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行編號以標(biāo)識它們的順序，通過排序，可以達(dá)到按序傳遞、信息流控制和差錯控制等目的。4)流量控制：通過限制發(fā)送的數(shù)據(jù)量或速率，以防止在信道中出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象。5．通信協(xié)議6．總線速度總線速度是數(shù)據(jù)總線的速度，有波特率(每秒傳輸?shù)拇a元數(shù))和比特率(每秒傳輸?shù)亩M(jìn)制位數(shù))之分，如果一個碼元只攜帶一個比特的信息，則波特率和比特率在數(shù)值上相等。傳輸速度快并不能說明一切。高速數(shù)據(jù)總線及網(wǎng)絡(luò)容易產(chǎn)生電噪聲(電磁干擾)，這種電噪聲會導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸出錯。數(shù)據(jù)總線有多種檢錯方法，如檢測一段特定數(shù)據(jù)的長度。如果出錯，數(shù)據(jù)將重新傳輸，但這就會導(dǎo)致各系統(tǒng)的運(yùn)行速度減慢。解決的方法有：使用價格高、功能更強(qiáng)大、結(jié)構(gòu)更復(fù)雜的模塊；使用屏蔽雙絞線。為了使價格適中，數(shù)據(jù)總線及網(wǎng)絡(luò)必須避免無謂的高速和復(fù)雜。大多數(shù)的設(shè)計(jì)都有3種基本型，即低速型、中速型和高速型。6．總線速度7．總線介質(zhì)訪問控制方式由于各節(jié)點(diǎn)利用總線來傳輸信息，在總線上某一時刻若兩個節(jié)點(diǎn)同時發(fā)送數(shù)據(jù)，則這兩個數(shù)據(jù)將會在總線上發(fā)生“沖突”，造成所發(fā)送的數(shù)據(jù)不能被目的節(jié)點(diǎn)正確接收。為了避免沖突產(chǎn)生，就要有一個解決“爭用”總線的方法，以使各節(jié)點(diǎn)充分利用總線的信道空間和時間來傳送數(shù)據(jù)而不會發(fā)生沖突，這正是介質(zhì)訪問控制方式的管理機(jī)制。CSMA／CD是“載波偵聽多路訪問／沖突檢測”(CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionDetect)的縮寫，是一種總線訪問控制方式。

利用CSMA訪問總線，可對總線上的信號進(jìn)行檢測，只有當(dāng)總線處于空閑狀態(tài)時，才允許發(fā)送數(shù)據(jù)。利用這種方法，可以允許多個節(jié)點(diǎn)掛接到同一網(wǎng)絡(luò)上。當(dāng)檢測到一個沖突位時，所有節(jié)點(diǎn)重新回到“監(jiān)聽”總線狀態(tài)，直到該沖突時間過后，才開始發(fā)送。

7．總線介質(zhì)訪問控制方式1.3汽車網(wǎng)絡(luò)參考模型在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的初期，許多研究機(jī)構(gòu)、計(jì)算機(jī)廠商和公司都大力發(fā)展計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。這些自行發(fā)展的網(wǎng)絡(luò)，在體系結(jié)構(gòu)上差異很大，以至于它們之間互不相容，難以相互聯(lián)接成更大的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。為此，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)在1979年提出了“開放系統(tǒng)互連”模型，簡稱ISO／OSI參考模型。ISO提出七層網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參考模型的目的，就是要在各種終端設(shè)備、微機(jī)、操作系統(tǒng)進(jìn)程之間以及人們互相交換信息的過程中，能夠逐步實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化。ISO／OSI參考模型如圖7-5所示，從第一層到第七層依次為物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會話層、表示層和應(yīng)用層。每個層次都在完成信息交換任務(wù)中擔(dān)當(dāng)一個相對獨(dú)立的特定功能。而中繼開放系統(tǒng)只有下三層。對于每一層OSI都至少制定有服務(wù)定義和協(xié)議規(guī)范兩個標(biāo)準(zhǔn)。對不同的實(shí)用系統(tǒng)，同一個服務(wù)可以由不同協(xié)議提供，因此可能有多個協(xié)議規(guī)范。表7-2中簡單地說明了OSI開放式互連模型的各層功能。1.3汽車網(wǎng)絡(luò)參考模型在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的初期，許多研7應(yīng)用層最高層。用戶、軟件、網(wǎng)絡(luò)終端等之間用來進(jìn)行信息交換。如DeviceNet6表示層將兩個應(yīng)用不同數(shù)據(jù)格式的系統(tǒng)信息轉(zhuǎn)化為能共同理解的格式5會話層依靠低層的通信功能來進(jìn)行數(shù)據(jù)的有效傳遞4傳輸層兩通信節(jié)點(diǎn)之間數(shù)據(jù)傳輸控制。操作如：數(shù)據(jù)重發(fā)，數(shù)據(jù)錯誤修復(fù)3網(wǎng)絡(luò)層規(guī)定了網(wǎng)絡(luò)連接的建立、維持和拆除的協(xié)議。如：路由和尋址2數(shù)據(jù)鏈路層規(guī)定了在介質(zhì)上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)位的排列和組織。如：數(shù)據(jù)校驗(yàn)和幀結(jié)構(gòu)1物理層規(guī)定通信介質(zhì)的物理特性。如：電氣特性和信號交換的解釋表7-2OSI開放系統(tǒng)互連模型7應(yīng)用層最高層。用戶、軟件、網(wǎng)絡(luò)終端等之間用來進(jìn)行信息交換。2.汽車網(wǎng)絡(luò)參考模型汽車網(wǎng)絡(luò)應(yīng)為總線型結(jié)構(gòu)，它應(yīng)簡單但必須滿足現(xiàn)場的需要。在現(xiàn)場總線的通信結(jié)構(gòu)只采用了ISO／OSI的三層模型：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層，如圖7-6所示。

這種結(jié)構(gòu)簡單，層次較少的通信結(jié)構(gòu)主要是針對過程控制的特點(diǎn)，使數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)流動中盡量減少中間環(huán)節(jié)，加快數(shù)據(jù)傳遞速度，提高網(wǎng)絡(luò)通信及數(shù)據(jù)處理的實(shí)時性。圖7-6汽車局域網(wǎng)的參考模型2.汽車網(wǎng)絡(luò)參考模型圖7-6汽車局域網(wǎng)的參考模型3．汽車網(wǎng)絡(luò)參考模型各層的功能（1）物理層直接與物理信道直接相連,起到數(shù)據(jù)鏈路層和傳輸媒體之間的邏輯接口作用。功能：提供建立、維護(hù)和釋放物理連接的方法，實(shí)現(xiàn)在物理信道上進(jìn)行比特流的傳輸。傳送的基本單位：比特(bit)。物理層的內(nèi)容：1)通信接口與傳輸媒體的物理特性；物理層協(xié)議主要規(guī)定了計(jì)算機(jī)或終端DTE與通信設(shè)備DCE之間的接口標(biāo)準(zhǔn)，包括接口的機(jī)械特性、電氣特性、功能特性和規(guī)程特性；

2)物理層的數(shù)據(jù)交換單元為二進(jìn)制比特：對數(shù)據(jù)鏈路層的數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制或編碼，成為傳輸信號(模擬,數(shù)字或光信號)；

3)比特的同步：時鐘的同步,如異步/同步傳輸；

4)線路的連接：點(diǎn)—點(diǎn)(專用鏈路)，多點(diǎn)(共享一條鏈路)；

5)物理拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：星型，環(huán)型，網(wǎng)狀

6)傳輸方式：單工，半雙工，全雙工3．汽車網(wǎng)絡(luò)參考模型各層的功能物理層能夠使用很多物理介質(zhì)，例如雙絞線、光纖等，最常用的就是雙絞線。

雙絞線是有兩根各自封裝在彩色塑料套內(nèi)的銅線纏繞而成的，其結(jié)構(gòu)如圖7-7所示，纏繞在一起的目的是降低它們之間的干擾。多對雙絞線之外再套上一層保護(hù)套就構(gòu)成了雙絞線電纜。圖7-7雙絞線的結(jié)構(gòu)物理層能夠使用很多物理介質(zhì)，例如雙絞線、光纖等，最常用的就是光纖是有線傳輸介質(zhì)中性能最好的一類，其結(jié)構(gòu)如圖7-8所示。它是一種直徑為50～100μm柔軟的傳導(dǎo)光波的介質(zhì)，一般由玻璃纖維和塑料構(gòu)成，在折射率較高的纖芯外面，再用折射率較低的包層包住，再在包層的外面加上一層保護(hù)套，就構(gòu)成了一根單芯光纜。光纖傳輸數(shù)字信號的是利用光脈沖的有無來代表“1”和“0”的。典型的光纖傳輸系統(tǒng)如圖7-9所示。在發(fā)送端，可用發(fā)光二極管(LED)或激光二極管(1D)等光電轉(zhuǎn)換器件把電信號轉(zhuǎn)換成光信號，再耦合到光纖中進(jìn)行傳輸；在接收端，通過光電二極管(PIN)等器件進(jìn)行逆變換，把光纖傳來的光脈沖轉(zhuǎn)換成電信號輸出。圖7-8單芯光纜圖7-9光纖傳輸系統(tǒng)光纖是有線傳輸介質(zhì)中性能最好的一類，其結(jié)構(gòu)如圖7-8所示。它（3）數(shù)據(jù)鏈路層在物理線路上，由于噪聲干擾、信號衰減等多種原因，數(shù)據(jù)傳輸過程中常常出現(xiàn)差錯，而物理層只負(fù)責(zé)透明地傳輸無結(jié)構(gòu)的原始比特流，不可能進(jìn)行任何差錯控制。因此，當(dāng)需要在一條線路上傳送數(shù)據(jù)時，除了必須有一條物理線路(鏈路)外，還必須有一些必要的規(guī)程來控制這些數(shù)據(jù)的傳輸。把實(shí)現(xiàn)這些規(guī)程的硬件和軟件加到鏈路上，就構(gòu)成了數(shù)據(jù)鏈路層(DataLinkLayer)。數(shù)據(jù)鏈路層最重要的作用就是通過一些數(shù)據(jù)鏈路層的協(xié)議，在不可