1、第第2 2章章 汽车车载网络技术分析汽车车载网络技术分析2.1 2.1 汽车车载网络的组成汽车车载网络的组成2.1.1 汽车电控单元的结构与原理 目前，汽车大多采用电控单元ECU为控制中心的高度自动化控制系统，该系统随着汽车功能的不断增加而且渐完善和复杂，并在解决汽车所面临的安全、能源和污染三大问题上起着重要的作用。汽车电控单元ECU控制装置主要有以下几种。(1)发动机电控装置(2)汽车传动电控装置(3)汽车传向和行驶电控装置(4)保证行车安全的电控装置(5)满足驾驶员与乘员舒适性和娱乐性的电控装置(6)汽车工程监视及信息管理系统第第2 2章章 汽车车载网络技术分析汽车车载网络技术分析 汽车电
2、控单元（又称为ECU或电脑）作为控制系统的核心，按照预定程序和数据自动地对各种传感器和开关的输入信号进行运算、分析、判断、处理，并根据信号处理的结果输出控制信号指令给执行器，控制执行器工作，从而控制汽车运行的电子设备。 它由硬件和软件组成。在硬件结构上一般可分为外部传感器、汽车电控单元ECU和执行机构三部分。汽车电控单元ECU主要由输入接口、微处理器（MCU）和输入接口等组成。第第2 2章章 汽车车载网络技术分析汽车车载网络技术分析1.1.汽车电控单元汽车电控单元ECUECU控制系统的组成及分类控制系统的组成及分类图图2-1 2-1 汽车电控单元汽车电控单元(ECU)(ECU)系统基本组成框图
3、系统基本组成框图第第2 2章章 汽车车载网络技术分析汽车车载网络技术分析 汽车在运行时，各传感器不断检测汽车进行工况信息，并将这些信息实时地通过输入接口传送到ECU。ECU接收到这些信息时，根据内部预先存储的数据和编写好的控制程序，通过数字计算和逻辑判断，进行相应的决策和处理，确定出适应发动机工况的点火提前角、喷油时间等参数，并将这些数据转变为电信号，通过输出接口输出控制信号给相应的执行器。执行器接收到控制信号后，执行相应的动作，实现某种预定的功能。 ECU除了具有控制功能外，还具有故障自诊断功能。第第2 2章章 汽车车载网络技术分析汽车车载网络技术分析（1）汽车电控单元ECU硬件 ECU的硬
4、件结构分为壳体、接口、电路板和电路等几部分。 ECU的电路可分为输入接口电路、微处理器、输出接口电路和总线等。第第2 2章章 汽车车载网络技术分析汽车车载网络技术分析图图2-2 ECU2-2 ECU组成原理图组成原理图第第2 2章章 汽车车载网络技术分析汽车车载网络技术分析 1）输入接口电路。由它完成外部传感器与微处理器之间的信息传递。其主要功能是对传感器输入信号进行预处理，使输入信号变成微处理器可以接受的信号。 2）微处理器。包括CPU、存储器、输入输出端口（I/O接口）、总线等。输入信号通过输出端口进入CPU，经过CPU的数据处理后，把运算结果送到输出端口，并同时使执行器进行工作。第第2
5、2章章 汽车车载网络技术分析汽车车载网络技术分析（2）汽车电控单元ECU软件 ECU的软件结构可分为程序和数据两部分。数据是通过大量试验获得的，是满足微机控制汽车的各种性能的最重要的保证。程序的结构取决于ECU的功能，数据与程序的特定部分相联系，并在控制系统自检时保持一定。 1）程序部分。汽车ECU的程序一般都是用汇编语言编写的，为了编程、调试、修改和使用方便，一般采用模块化结构。 2）数据部分。数据可分为系统固定特性相关的固定数据和与系统可变特性相关的校正数据两类。第第2 2章章 汽车车载网络技术分析汽车车载网络技术分析2.电控单元ECU控制系统的特点 1）具有高度可靠性和对环境的耐久性。
6、2）具有足够的智能化，具有自诊断和检测能力，能及时发现系统中存在的故障，并存储故障码，告知维修人员故障可能存在的部位，以便于维修。 3）除少数电控单元ECU外，所有汽车电控单元ECU都使用5V电源驱动其传感器。 4）具有良好的抗震性。 5）能在温度大范围变化的情况下正常工作。 6）具有抗强电磁干扰的能力。 7）能在电压波动较大的情况下正常工作。 8）具有较强的抗腐蚀、抗污染的能力。第第2 2章章 汽车车载网络技术分析汽车车载网络技术分析 目前比较普遍的汽车电控单元控制系统主要有发动机电子控制、底盘电子控制、车身电子控制、信息传递等几个大部分。 （1）发动机ECU控制系统 发动机ECU控制系统主
7、要包括电控汽油喷射系统、电控汽油点火系统、发动机怠速控制系统、废气再循环控制系统、汽油机迸气控制系统、汽缸变排量控制系统、可变压缩比系统，柴油机电控系统等。 （2）汽车底盘电控系统 底盘电控系统包括防抱死制动系统(ABS)、电子防滑系统(ASR)、悬架系统控制、电子控制动力转向、四轮转向控制、巡航控制系统等。 （3）汽车车身电控系统 汽车车身电控系统包括车用空调控制、车辆信息显示、挡风玻璃的刮水器控制、灯光控制、汽车门锁控制、汽车车窗控制、电动座椅控制、安全气囊与安全带控制、防撞与防盗安全系统等。 （4）汽车信息传递 汽车信息传递系统通常包括多路信息传递、汽车导航和蜂窝式移动电话三部分。第第2
8、 2章章 汽车车载网络技术分析汽车车载网络技术分析3.ECU3.ECU控制系统的分类控制系统的分类4.发动机电控单元核心逻辑电路的工作原理发动机电控单元核心逻辑电路的工作原理第第2 2章章 汽车车载网络技术分析汽车车载网络技术分析（1）CPU 该电控单元的CPU使用的是MC68HCIIF1。MC68HCIIFI是MOTOROLA公司生产的高性能8位单片机，其内部资源如图2-7所示。主要特征如下：两种省电模式：停止和等待。1024字节的片上RAMRAM数据在待机时保留。512字节的片上EEPROM，带区域数据保护功能。异步非归零码(NRZ)，串行通信接口SCI。同步外围设备接口(SPI)。8通道
9、8位A/D转换器。增强的16位定时器系统。它包括三个输入捕获通道IC，四个输出比较通道OC，个附加通道，可选择作为第四输入或第五输出通道。8位脉冲累加器。实时中断电路。COP看门狗系统。38个通用输入输出脚(1/0)。两种封装形式：它包括68引脚PLCC及80引脚TQFP封装。第第2 2章章 汽车车载网络技术分析汽车车载网络技术分析1）引脚功能该电控单元ECU中采用的是68引脚PLCC封装， VDD和Vss电源供给端电源通过这两个引脚加到MCU上，VDD电源正，Vss接地，单5V供电。 RESET复位信号端这是一个双向控制引脚，当输入低电平时可使CPU复位。当COP看门狗、内部时钟监视失效而触
10、发内部复位时RESET输出低电平。 XTAL和EXTAL晶振驱动和外部时钟输入 由这两个引脚提供晶振或CMOS兼容时钟输入，以驱动内部时钟生成电路，加这两个引脚的时钟信号频率为总线时钟(E引脚的时钟)的4倍。 可屏蔽中断请求输入端该引脚是CPU的异步、可屏敝中断的输入脚，低电平有效。 X1RQ不可屏蔽中断输入端该引脚是CPU的不可屏蔽中断输入端（当CPU条件代码寄存器的X置0后有效）。 MODA/LTR、MODB/VSTB工作模式选择复位期间MODA、MODB引脚的逻辑电平，可使CPU选择下列四种模式之一作为工作模式： VRL. VRH参考电压引脚这两个引脚为A/D转换电路提供参考电压第第2
11、2章章 汽车车载网络技术分析汽车车载网络技术分析2）端口信号。 端口A 端口A是一个8位常规的带有一个数据寄存器(PORTA)和一个数据方向寄存器(DDRA)的I/O口PA7:0，复位后16位的定时系统复用端口A的引脚。 端口 B端口B是一个8位的输出口。在单片模式下，端口B是常规的输出口PB7:0；在扩展模式下，端口B为高8位地址总线ADDR 15:8。 端口 C端口C是一个8位常规的带有一个数据寄存器(PORTC)和一个数据方向寄存器(DDRC)的UO口。在单片模式下，端口C是常规的输出口PC 7:0；在扩展模式上，端口C为高8位数据总线DATA 7:0。 第第2 2章章 汽车车载网络技术
12、分析汽车车载网络技术分析 端口D 端口D是一个6位常规的带有一个数据寄存器(PORTD)和一个数据方向寄存器(DDRD)的1/0口。端口D的6个引脚可用作常规的I/O口，也可作为串行通信接口(SCI)或串行设备接口(SPI)的子系统使用。 端口E 端口E是一个8位的输人口，也用作A/D变换器的模拟信号输入口。 端口F 端口F是一个8位的输出口。在单片模式下，端口F是常规的输出口PF 7:0；在扩展模式下，端口F为低B位地址总线ADDR7: 00 端口G 端口G是一个8位的常规I/O口，使用后PG7:4可作为4个片选信号使用。第第2 2章章 汽车车载网络技术分析汽车车载网络技术分析 3）COP系
13、统（计算机运行正常监视） CPU包含COP系统，用以检测软件运行过程中出现的故障，当COP设为允许状态，看门狗定时器将用于检测系统的运行状态，一旦偏离设计意图，如出现死循环或其他不可预料的现象，看门狗在预定的时间内无法收到触发信号，即看门狗定时器溢出，系统将被复位。 4）SPI串行外围接口 SPI串行外围接口是一个独立的串行通信子系统，可实现CPU同外围设备间同步通信。第第2 2章章 汽车车载网络技术分析汽车车载网络技术分析 （2）74HC2A4 带使能端的三态总线驱动器，内部框图和引脚功能如图2-9所示，在该电路中用作空调、油泵、EVAP电磁阀、怠速电动机等设备的状态输入开关，输出端直接与数
14、据总线相连。 （3）74HC273 带复位端的8路上升沿有效D触发器，内部框图和引脚功能如图2-10所示，在该电路中用作怠速电动机、主继电器、故障指示灯、空调继电器等驱动信号的输出开关。输入端直接与数据总线相连。 （4）27C512 512K8位只读存储器，引脚功能如图2-11所示，在本电路中用来存储电控单元ECU的主程序及各种数据表格。第第2 2章章 汽车车载网络技术分析汽车车载网络技术分析1.多路传输系统（SWS）的技术特征 1）模块已成为以微处理器为核心的数字化设备，彼此通过传输媒体（双绞线、同轴电缆或光纤）以总线拓扑相连，多路传输系统总线控制器可对总线上的多个操作站、传感器及执行机构等
15、进行数据存取。 2）具有可靠性高、稳定性好、抗干扰能力强、通信速率快、系统安全、造价低廉、维护成本低等优点。 3）数据总线的传输速率通常用此特率表示，比特率是每秒千位( Kbit/s)或兆位( Mbit/s)。 4）互操作性。 5）开放式互连结构，既可与同层网络相连，也可通过网络互连设备与控制级网络或管理信息级网络相连。第第2 2章章 汽车车载网络技术分析汽车车载网络技术分析2.1.2 汽车车载网络多路传输系统结构与原理多路传输系统技术特征示意图多路传输系统技术特征示意图第第2 2章章 汽车车载网络技术分析汽车车载网络技术分析 多路传输系统主要由模块、数据总线、网络、架构、通信协议、网关等组成
16、。 （1）模块 模块是一种电子装置。简单一点的如温度和压力传感器，复杂的如计算机（微处理器）。传感器是一个模块装置，根据温度和压力的不同产生不同的电压信号。这些电压信号在计算机（一种数字装置）的输入接口被转变成数字信号。在计算机多路传输系统中一些简单的模块也被称为节点， （2）数据总线 数据总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字、双向传输、多分支结构的通信网络，是模块间运行数据的通道，它的关键标志是能支持双向多节点、总线式的全数字通信，如果模块可以发送和接收数据，则这样的数据总线就称为双向数据总线。 （3）网络 网络是为了实现信息共享而把多条数据总线连在一起，或者把数据总线和模块当作一个系统
17、。 (4)架构 架构是信息高速公路的配置，其输入和输出端规定了什么信息能进和什么信息能出，就在模块的输入输出端。第第2 2章章 汽车车载网络技术分析汽车车载网络技术分析2.2.多路传输系统的组成多路传输系统的组成 （5）通信协议 通信协议规定信号在数据总线上的通信规则。网络上节点要实现成功通信，必须接受相互识别、相互接受的约定和规则，建立通用的标准用于各之间通信。 1）语法规定通信双方“如何讲”。即确定数据格式、数据码型、信号电平等。 2）语义规定通信双方“讲什么”，即确定协议元素的类型，如规定通信双方要发出什么控制信息、执行什么动作和返回什么应答等。 3）定时规则则规定事件执行的顺序，即确定
18、链路通信过程中通信状态的变化，如规定正确的应答关系、速度匹配等。第第2 2章章 汽车车载网络技术分析汽车车载网络技术分析 （6）网关 通常一辆车上配置了多种总线和网络，所以必须用一种方法使它们达到共享和不产生协议间的冲突。新型汽车网络控制系统中“网关”的作用是： 它可以把局域网上的数据转变成可以识别的OBDII诊断数据语言，方便诊断。 它可以实现低速网络和高速网络的信息共享。 与计算机中的网关作用是一样的，负责接收和发送信息。 激活和监控局域网络工作状态。 实现车辆数据的同步性。 对信息标识符作翻译。第第2 2章章 汽车车载网络技术分析汽车车载网络技术分析 汽车车载网络多路传输技术可以实现在同
19、一个信道上同时传输多路信号，为了在接收端能够将不同路的信号区分开来而互不干扰，必须使不同路的信号具有不同的特征。最常用的多路传输方式是频分多址复用（FDMA）、时分多址复用（TDMA）等。 （1）频分多址复用技术 频分复用就是在发送端利用不同频率的载波将多路信号的频谱调制到不同的频段，以实现多路复用。 (2)时分多址复用技术 时分复用是建立在抽样定理基础上的。时分复用就是利用各路信号的抽样值在时间上占据不同的时隙，来达到在同一信道中传输多路信号而互不干扰的一种方法。 （3）载波监听多路访问冲突检测技术 载波监听多路访问冲突检测技术（CSMACD）是一种争用型的介质访问控制协议。它的工作原理是：
20、发送数据前先监听信道是否空闲，若空闲则立即发送数据，在发送数据时，边发送边继续监听，若监听到冲突，则立即停止发送数据，等待一段随机时间，再重新尝试。第第2 2章章 汽车车载网络技术分析汽车车载网络技术分析3.3.多路传输原理多路传输原理 较早的有SAE推出的用于重型车的基于串行总线的标准，如SAEJ1708、SAEJ1587、SAEJ1922，串行协议传输速率低、代码定义麻烦，除在诊断系统有一些应用外，基本被取代。迄今为止，汽车应用的多种网络标准，较典型的有LIN、CAN、J1850、MOST、TTCAN、TTP、FlexRay、J2284等。拓扑结构主要为总线式，如LIN、CAN、J1850
21、、TTCAN。第第2 2章章 汽车车载网络技术分析汽车车载网络技术分析4.4.多路传输系统的通信协议标准多路传输系统的通信协议标准车载网络的名称概要通信速度组织推动公司CAN车身动力传动系统控制用lAN协议，最有可能成为世界标准的车用lAN协议1Mbit/sBobertBosch公司（开发）ISOVAN车身系统控制用LAN协议，以法国为中心1Mbit/sISOJ1850车身系统控制用LAN协议，以美国为中心10.4 kbit/s 41.6kbit/sFordMotor公司LIN车身系统控制用LAN协议，液压组件专用20 kbit/sLIN协会IDB-C以CAN为基础的控制用LAN协议250 k
22、bit/sIDM论坛TTP/C重视安全、按用途分类的控制用LAN协议，时分多路复用（TDMA)2 Mbit/s25 Mbit/sTTT算机技术公司TTCAN重视安全、按用途分类的控制用LAN协议，时间同步的CAN1 Mbit/sBobertBosch公司CIBytefligh重视安全、按用途分类的控制用LAN协议，通用时分多路复用（FTDMA）10 Mbit/sBMW公司Flexrav重视安全、按用途分类的控制用LAN协议5 Mbit/sBMW、Daimlerchrysler公司 拓扑结构拓扑结构(Topology Structure)(Topology Structure)：网络中各个站点相
23、互连接的形：网络中各个站点相互连接的形式。是建设计算机网络的第一步，是实现各种网络协议的基础，它对式。是建设计算机网络的第一步，是实现各种网络协议的基础，它对网络的性能、系统的可靠性与通信费用都有重大影响。网络的性能、系统的可靠性与通信费用都有重大影响。 一般分为一般分为星形网络拓扑星形网络拓扑、环形网络拓扑环形网络拓扑、总线型网络拓扑总线型网络拓扑结构。结构。第第2 2章章 汽车车载网络技术分析汽车车载网络技术分析5.典型汽车车载网络结构星形网络拓扑星形网络拓扑 星形网络结构：星形网络结构：是以中央节点控制数据传输的网络方式，即以一台中心处理机为主组是以中央节点控制数据传输的网络方式，即以一
24、台中心处理机为主组成的网络，中心处理机接收从各个节点来的数据，并进行处理，再向各节点发出指令。成的网络，中心处理机接收从各个节点来的数据，并进行处理，再向各节点发出指令。第第2 2章章 汽车车载网络技术分析汽车车载网络技术分析总线型网络拓扑 总线形网络结构：总线形网络结构：在两根总在两根总线上多个节点并列连接，从其中一个线上多个节点并列连接，从其中一个节点能同时向所有节点进行传送呼叫。节点能同时向所有节点进行传送呼叫。它的所有节点都通过相应硬件接口连它的所有节点都通过相应硬件接口连接到两条公共总线上，任何一个节点接到两条公共总线上，任何一个节点发出的信息都可沿着总线传输，并被发出的信息都可沿着
25、总线传输，并被总线上其他任何一个节点接收。总线上其他任何一个节点接收。第第2 2章章 汽车车载网络技术分析汽车车载网络技术分析环型网络拓扑环型网络拓扑 环形网络结构：环形网络结构：是将节点连接成环形，顺次进行数据传输，将被传送的信息数据进行是将节点连接成环形，顺次进行数据传输，将被传送的信息数据进行中转，以到达需要的节点为止。中转，以到达需要的节点为止。第第2 2章章 汽车车载网络技术分析汽车车载网络技术分析 2.2 CAN总线系统技术分析 2.2.1 CAN 2.2.1 CAN总线系统的技术特征总线系统的技术特征 1.CAN总线的定义 2.CAN总线的特点第第2 2章章 汽车车载网络技术分析
26、汽车车载网络技术分析 CAN数据总线由一个控制器，一个收发器，两个数据传输终端以及两条数据传输线组成。除了数据传输线，其他元件都置于控制单元内部，控制单元功能不变。第第2 2章章 汽车车载网络技术分析汽车车载网络技术分析 CANCAN数据总线传输系统组成数据总线传输系统组成2.2.2 CAN2.2.2 CAN总线系统的结构总线系统的结构 CAN控制器是接收控制单元中的微电脑传来的数据，对这些数据进行处理并将其传往CAN收发器。同样，CAN控制器也接收由CAN收发器传来的数据，对这些数据进行处理并将其传往控制单元中的微电脑。第第2 2章章 汽车车载网络技术分析汽车车载网络技术分析1.CAN1.C
27、AN控制器控制器 CAN收发器是一个发送器和接收器的组合，安装在控制器内部，它将CAN控制器提供的数据转化成电信号并通过数据总线发送出去，同时，它也接收CAN总线数据，并将数据传到CAN控制器。第第2 2章章 汽车车载网络技术分析汽车车载网络技术分析2.CAN2.CAN收发器收发器 实际是一个电阻器，作用是避免数据传输终了反射回来，产生反射波而使数据遭到破坏。 在高速CAN-BUS中，只有两个数据传递终端，它装在CAN高位（CAN-high）和低位（CAN-low）数据线之间，总电阻为5070，将点火开关断开后，可以用万用表测量CAN高位线与CAN低位线之间的电阻值。第第2 2章章 汽车车载网
28、络技术分析汽车车载网络技术分析3.3.数据传输终端数据传输终端 它是双向的，对数据进行传输。两条线分别被称为CAN高位（CAN-high）和低位（CAN-low）数据线，数据传输线种类如表2-4所示。第第2 2章章 汽车车载网络技术分析汽车车载网络技术分析驱动驱动 CANCANHigh or/bk（橙/黑）Low or/br（橙/棕）舒适舒适 CANCANHigh or/gn（橙/绿）Low or/br（橙/棕）信息娱乐信息娱乐 CANCANHigh or/vio（橙/紫）Low or/br（橙/棕）表表2-4 2-4 数据传输线种类数据传输线种类4.4.数据传输线数据传输线 CAN数据总线的
29、数据传输像一个电话会议，如图2-44所示。一个电话用户（控制单元）将数据“讲入”网络中，其他用户通过网络“接听”这个数据，对于这个数据感兴趣的控制单元就会利用数据，而其他控制单元则选择忽略。在该网络中，任一控制单元都既可发送数据，又可接收数据。第第2 2章章 汽车车载网络技术分析汽车车载网络技术分析2.2.3 CAN2.2.3 CAN总线系统的数据传输原理总线系统的数据传输原理1.CAN1.CAN总线的数据传输总线的数据传输每条数据的传递包括以下5个过程：（1）提供数据 控制单元向CAN控制器提供数据用于传输。（2）发出数据 CAN收发器从CAN控制器处接收数据，将其转化为电信号发出。这些数据
30、以数据列的形式进行传输，数据列是由一长串二进制（高电平与低电平）数字组成（像0110100100111011）。（3）接收数据 所有与CAN数据总线一起构成网络的控制单元成为接收器。（4）检验数据 控制单元对接收到的数据进行检测，看是否是其功能所需。 （5）认可数据 如果所接收的数据是重要的，它将被认可及处理，反之将其忽略。第第2 2章章 汽车车载网络技术分析汽车车载网络技术分析2.CAN2.CAN总线的数据传输过程总线的数据传输过程例如：发动机电脑向某电脑CAN收发器发送数据，该电脑CAN收发器接收到由发动机电脑传来的数据，转换信号并发给本电脑的控制器。CAN数据传输系统的其他电脑收发器均接
31、收到此数据，但是要判断此数据是否是所需要的数据，如果不是将忽略掉。第第2 2章章 汽车车载网络技术分析汽车车载网络技术分析 （1）电信号的传送 如图2-46所示，CAN收发器收到CAN控制器送来的信号后控制三极管导通或截止，CAN收发器就象一个开关，根据CAN控制器送来的数据不断在导通和截止之间变化，使总线上的电平也不断跟随变化。第第2 2章章 汽车车载网络技术分析汽车车载网络技术分析3.3.数据传递原理数据传递原理 （2）高速CAN-BUS的数据传递 1）数据的发送。图2-49为高速CAN-BUS发射器电路简图。连接在总线上所有节点都没有往外发送数据时，所有的节点的发射器都处于截止状态，两条
32、数据总线也都处于无源状态。上面作用着相同的预先设定值，该值称为隐性电平。对于高速CAN-BUS来说，这个值大约为2.5V。隐性电平也称为隐性状态，与其相连接的所有控制单元均可修改它。 当其中有一个节点往外发送数据时，总线处于显性状态，CAN-High线上的电压值会升高一个预定值（这个值至少为1 V），而CAN-Low线上的电压值会降低一个同样值(这个值至少为1 V)。于是在动力CAN数据总线上，CAN-High线就处于有源状态，其电压不低于3.5 V(2.5V+lV=3.5V)，而CAN-Low线上的电压值最多可降至1.5V(2.5V-1V=1.5V)。第第2 2章章 汽车车载网络技术分析汽车
33、车载网络技术分析第第2 2章章 汽车车载网络技术分析汽车车载网络技术分析 在收发器内有一个接收器，该接收器就是安装在接收一侧的差动信号放大器。 差动信号放大器用于处理来自CAN-High线和CAN-Low线的电平信号，除此以外还负责将转换后的信号传至控制单元的CAN接收区。这个转换后的信号称为差动信号放大器的输出电压。差动信号放大器内的信号处理见图2-53。 CAN-High线和CAN-Low线上传递的电平信号是相反的，差动信号放大器用CAN-High线上的电压(UCAN-High)减去CAN-Low线上的电压(UCAN-Low)，就得出了输出电压，用这种方法可以消除静电平（对于动力CAN数据
34、总线来说是2.5V）或其他任何重叠的电压（如干扰）。第第2 2章章 汽车车载网络技术分析汽车车载网络技术分析2）数据的接收第第2 2章章 汽车车载网络技术分析汽车车载网络技术分析第第2 2章章 汽车车载网络技术分析汽车车载网络技术分析4.高速CAN总线的信号第第2 2章章 汽车车载网络技术分析汽车车载网络技术分析第第2 2章章 汽车车载网络技术分析汽车车载网络技术分析第第2 2章章 汽车车载网络技术分析汽车车载网络技术分析 CAN的信息帧类型有：数据帧（Date Frame）、远程帧（Remoto Frame）、错误帧（Error Frame）和超载帧（Overlead Frame）。 1）数
35、据帧：携带数据由发送器至接收器。数据帧有7个不同的位域，7个位域依次是：起始域、仲裁域、控制域、数据域、CRC（循环冗余）校验码域、应答（ACK）域和帧结束。第第2 2章章 汽车车载网络技术分析汽车车载网络技术分析5.CAN总线的信息帧类型第第2 2章章 汽车车载网络技术分析汽车车载网络技术分析区域名称区域名称区区 域域 功功 能能开始域开始域标志数据开始。标志数据帧和远程帧的起始，它由单个“显性”位构成。只有当总线空闲状态时，才允许节点开始发送，所有节点必须同步于首先开始发送节点帧起始引起的上升沿状态域状态域仲裁域由标识符和RTR位构成。不同的CAN版标识域长度有所区别。标准CAN格式为11
36、位，ID28ID18；扩展CAN格式为29位，ID28ID0RTR为远程传送位，数据帧中为显性，远程帧中为隐性，它是区别数据与远程帧的标志检查域检查域显示数据域所包含的信息项目，在这里允许任何接收器检查是否已接收到所有信息。检查域有6位数据域数据域数据域给出要传送的数据；CAN标准格式中，一个帧中数据为08个字节安全域安全域检测传输数据中的错误。安全域有16位。CRC循环冗余检验是数据通信中应用最广的一种检验差错方法。方法是在发送端用数学方法产生一个循环码，叫做循环冗余检验码。在信息码位之后随信息一起发出。在接收端也用同样方法产生一个循环冗余校验码。将这两个校验码进行比较，如果一致就证明所传信
37、息无误；如果不一致就表明传输中有差错，并要求发送端再传输确认域确认域在确认域中，接收器信号通知发送器，接收器已经正确接收到数据。如果检查到错误，接收器立刻通知发送器，发送器然后再发送一次数据。确认域有2位结束域结束域帧结束域是任何数据帧和远程帧之后连续的7个隐性位，它是一帧的结束标志，标志着数据报告结束。在这里是显示错误并重复发送数据最后一次机会 因为CAN-BUS采用多主串行数据传递方式，如果有多个控制器同时需要发出信号，那么在总线上一定会发生数据冲突。为了避免出现数据冲突，当出现多个控制器同时发送信号的情况时，系统就必须决定哪个控制单元首先进行发送哪个控制单元等待发送。CAN总线采取的措施
38、是：每个控制单元在发送信号时，通过数据帧前列的状态域来识别数据优先权，具有最高优先权的数据，首先发送。 在信息数据列中有11位的状态区，这11位二进制中前7位既是发送信息的控制器标识符，同时又表示了它的优先级。仲裁规则如下，标识符中的号码越小，即从前往后数，前面零越多，优先级越高。而后4位则是这个控制器发送不同信息的编号，如发动机控制单元既要发送转速信号，又要发送水温等信号，则后4位就有所不同。 基于安全考虑，由ABS/EDL控制单元提供的数据（驾驶安全）比自动变速器控制单元提供的数据（驾驶舒适）更重要，因此具有更高的优先权。第第2 2章章 汽车车载网络技术分析汽车车载网络技术分析6.数据报告
39、优先权第第2 2章章 汽车车载网络技术分析汽车车载网络技术分析 CAN数据传输系统中每块电脑的内部增加了一个CAN控制器，一个CAN收发器；两条数据传输线形成总线链路和数据传递终端共同组成。如图所示。 CAN系统组成图一、CAN总线的组成结构1.1.组成结构组成结构与CAN总线连接的唯一部件就是控制设备。其他部件，如传动装置、传感器、照明灯泡、电动机等通过传统布线与这些控制设备相连。一、CAN总线的组成结构 CAN CAN总线系统布线图总线系统布线图1.1.组成结构组成结构2.2.各部件功能各部件功能 CANCAN控制器。控制器。作用是接收控制单元中微处理器发出的数据，处理数据并传送给CAN收
40、发器。同时CAN控制器也接收收发器收到的数据，处理数据并传给微处理器（电脑内部数据的接收、处理及传送）。一、CAN总线的组成结构 CANCAN收发器。收发器。是一个发送器和接收器的组合（如图5所示），它将CAN控制器提供的数据转化成电信号并通过数据总线发送出去，同时，它也接收总线数据，并将数据传到CAN控制器。发送器和接收器结构示意图一、CAN总线的组成结构数据传递终端。实际是一个电阻器（如图6所示），作用是避免数据传输终了反射回来产生反射波而使数据遭到破坏。 终端电阻布置图一、CAN总线的组成结构 动力传动系统中动力传动系统中CAN-HighCAN-High和和CAN-LowCAN-Low线
41、之间的总电阻为线之间的总电阻为50-7050-70欧。欧。断开点火开关断开点火开关( (断开断开1515号线号线) )，可以测量，可以测量CAN-HighCAN-High和和CAN-LowCAN-Low之间的电阻。之间的电阻。大众车型中设置有两种终端电阻，包括大众车型中设置有两种终端电阻，包括6666、2.6 k2.6 k，见图。，见图。 一、CAN总线的组成结构大众车系终端电阻布置大众车系终端电阻布置奇瑞奇瑞A3 CANA3 CAN总线结构图总线结构图 一、CAN总线的组成结构CAN数据总线。用于传输数据的双向数据线。分别叫CAN-High线和CAN-Low线。两条扭绞在一起的导线称为双绞线
42、。一、CAN总线的组成结构控制单元之间的数据交换就是通过这两条导线来完成的，这些数据控制单元之间的数据交换就是通过这两条导线来完成的，这些数据可能是发动机转速、油箱油面高度及车速等。可能是发动机转速、油箱油面高度及车速等。注注意意数据总线不决定总线上发送信息的接收者。数据被发数据总线不决定总线上发送信息的接收者。数据被发送给数据总线上的所有控制设备，这些设备接收数据，送给数据总线上的所有控制设备，这些设备接收数据，然后评估数据是否与其功能相关然后评估数据是否与其功能相关。 High or/bk（橙/黑） Low or/br （橙/棕） High or/gn（橙/绿） Low or/br （橙/
43、棕） High or/vio（橙/紫） Low or/br （橙/棕）CAN CAN 数据总线颜色数据总线颜色一、CAN总线的组成结构CANCAN导线的基色为橙色，在基色的基础加上各种相应颜色导线的基色为橙色，在基色的基础加上各种相应颜色v 动力动力CANCAN数据总线的数据总线的CAN-HighCAN-High线是橙线是橙/ /黑色。黑色。v 舒适总线舒适总线CAN-HighCAN-High线是橙线是橙/ /绿色。绿色。v 信息总线信息总线CAN-HighCAN-High线是橙线是橙/ /紫色。紫色。v 诊断总线诊断总线CAN-HighCAN-High线是橙线是橙/ /红色。红色。v 仪表总
44、线仪表总线CAN-HighCAN-High线是橙线是橙/ /蓝色。蓝色。v 所有的所有的CAN-LowCAN-Low线都是橙线都是橙/ /棕色。棕色。v LINLIN总线是紫总线是紫/ /蓝色。蓝色。一、CAN总线的组成结构提供数据：提供数据：控制单元向CAN控制器提供需要发送的数据发送数据：发送数据：CAN收发器接收由CAN控制器传来的数据，转为电信号并发送接收数据：接收数据：CAN系统中，其他所有控制单元转为接收器，并接收数据检查数据：检查数据：控制单元检查判断所接收的数据是否为所需要的数据接受数据：接受数据：如接收的数据重要，它将被接受并进行处理，否则忽略。二、二、CANCAN总线的数据
45、传递过程总线的数据传递过程图图9 CAN9 CAN总线的数据传递过程总线的数据传递过程二、二、CANCAN总线的数据传递过程总线的数据传递过程CANCAN总线的数据发送过程总线的数据发送过程二、二、CANCAN总线的数据传递过程总线的数据传递过程CANCAN总线的数据接收过程总线的数据接收过程微处理器微处理器CANCAN控制器控制器CANCAN收发器收发器TXTXRXRX三、动力三、动力CAN总线的信号总线的信号CANCAN总线的数据传递总线的数据传递1.CAN总线信号波形三、动力CAN总线的信号CANCAN总线信号波形总线信号波形CAN-highCAN-high线线CAN-lowCAN-lo
46、w线线差动信号放大器差动信号放大器1 1差动信号放大器差动信号放大器2 2差动信号放大器内的信号处理差动信号放大器内的信号处理三、动力CAN总线的信号 2.CAN2.CAN总线电平总线电平 CAN总线分为CAN高位（CAN-high）和低位（CAN-low）数据线，对地电压分别用VCAN-H和VCAN-L表示，它们之间的差值称为差分电压Vdiff，即Vdiff=VCAN-H-VCAN-L。满足条件0.9VVdiff5.0V时，代表逻辑数字“0”，当前传送的数据位被称为“显性”位；当-0.1VVdiff0.5V时，代表逻辑数字“1”，当前传送的数据位被称为“隐性”位，电压波形与逻辑电平定义如下图
47、所示。电压波形与逻辑电平定义 控制单元在某一时间段只能进行发送或接收一项功能 三、动力CAN总线的信号3.差动信号放大器内的干扰过滤差动信号放大器内干扰的过滤 如图所示，控制单元I将发动机转速值信号先转换成二进制信号（00010101），然后由发送器转换成一串电平信号发送出去。 控制单元IIIII的接收器先读取电平信号，转换成二进信号（00010101），然后再解码成发动机转速值。转速信号传输示意图三、动力CAN总线的信号 车用网络大致可以分为四个系统：动力传动系统、车身系统、安车用网络大致可以分为四个系统：动力传动系统、车身系统、安全系统、信息（媒体娱乐）系统。如图所示为奥迪全系统、信息（媒
48、体娱乐）系统。如图所示为奥迪A6LA6L车载网络结构图。车载网络结构图。这里说说动力传动系统。这里说说动力传动系统。 奥迪奥迪A6LA6L车载网络结构图车载网络结构图第第2 2章章 汽车车载网络技术分析汽车车载网络技术分析 2.2.5 CAN2.2.5 CAN总线系统的应用总线系统的应用 动力动力CANCAN数据总线连接数据总线连接3 3块电脑，它们是发动机、块电脑，它们是发动机、ABSABS及自动变速器及自动变速器电脑（动力电脑（动力CANCAN数据总线实际可以连接安全气囊、四轮驱动与组合仪表数据总线实际可以连接安全气囊、四轮驱动与组合仪表等电脑），等电脑）， 如图如图2 2所示为奥迪所示为
49、奥迪A6LA6L动力动力CANCAN总线组成图。总线可以同时总线组成图。总线可以同时传递传递1010组数据，发动机电脑组数据，发动机电脑5 5组、组、ABSABS电脑电脑3 3组和自动变速器电脑组和自动变速器电脑2 2组。组。数据总线以数据总线以500Kbit500Kbits s速率传递数据，每一数据组传递大约需要速率传递数据，每一数据组传递大约需要0.25ms0.25ms，每一电控单元，每一电控单元7 720ms20ms发送一次数据。优先权顺序为发送一次数据。优先权顺序为ABSABS电控电控单元单元发动机电控单元发动机电控单元自动变速器电控单元。自动变速器电控单元。 图2 奥迪A6L动力CA
50、N总线组成图 上海大众汽车有限公司生产的帕萨特轿车，融合了许多高新技术，上海大众汽车有限公司生产的帕萨特轿车，融合了许多高新技术，其中包括在其动力传动系统和舒适系统中装用了两套数据传输系统，如其中包括在其动力传动系统和舒适系统中装用了两套数据传输系统，如图图2-772-77所示。动力传动系统的所示。动力传动系统的CANCAN数据总线将发动机控制单元数据总线将发动机控制单元J220J220、自、自动变速器控制单元动变速器控制单元J217J217和和J104J104连为一体，形成一个完整系统。舒适系统连为一体，形成一个完整系统。舒适系统的的CANCAN数据总线将数据总线将1 1个中央控制单元和个中
