汽车车载网络技术分析课件.ppt

1、课题二汽车车载网络技术分析课题二汽车车载网络技术分析 任务一掌握汽车多路传输系统结构与原理任务一掌握汽车多路传输系统结构与原理 任务二掌握汽车车载网络系统结构与原理任务二掌握汽车车载网络系统结构与原理 任务一掌握汽车多路传输系统结构任务一掌握汽车多路传输系统结构与原理与原理一、任务工作页一、任务工作页 先由学生熟悉如下工作页，了解本任务内容。在学习该任务先由学生熟悉如下工作页，了解本任务内容。在学习该任务所涉及的知识后，在老师的指导下完成本任务，同时完成工作页所涉及的知识后，在老师的指导下完成本任务，同时完成工作页内容的填写内容的填写二、任务所涉及的知识二、任务所涉及的知识(一一)多路传输系统

2、多路传输系统(SWS)的技术特征的技术特征 1)模块已成为以中央处理器为核心的数字化设备，彼此通过传输媒模块已成为以中央处理器为核心的数字化设备，彼此通过传输媒体体(双绞线、同轴电缆或光纤双绞线、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进行数据控制器可对总线上的多个操作站、传感器及执行机构等进行数据存取。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，如图全、造价低廉、维护成本低等优点，如图2-1一一1

3、所示。所示。下一页返回 任务一掌握汽车多路传输系统结构任务一掌握汽车多路传输系统结构与原理与原理 3)数据总线的传输速率通常用比特率表示，比特率是每秒千位数据总线的传输速率通常用比特率表示，比特率是每秒千位(bit/e)或每秒兆位或每秒兆位(Mbit/s)。数据传输速率受幅宽影响，。数据传输速率受幅宽影响，32位的数据传输位的数据传输量要比量要比8位快位快4倍倍 4)互操作性。在遵守同一通信协议的前提下，可将不同厂家的现场互操作性。在遵守同一通信协议的前提下，可将不同厂家的现场设备产品统一组态，构成所需要的网络设备产品统一组态，构成所需要的网络 5)开放式互联结构，既可与同层网络相连，也可通过

4、网络互联设备开放式互联结构，既可与同层网络相连，也可通过网络互联设备与控制级网络或管理信息级网络相连。与控制级网络或管理信息级网络相连。(二二)多路传输系统的组成多路传输系统的组成 多路传输系统主要由模块、数据总线、网络、架构、通信协多路传输系统主要由模块、数据总线、网络、架构、通信协议、网关等组成议、网关等组成(图图2一一1一一2)。上一页下一页返回 任务一掌握汽车多路传输系统结构任务一掌握汽车多路传输系统结构与原理与原理 1.模块模块 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，复杂的如计算机杂的如计算机(中央处理器中央处理器)。传

5、感器是一个模块装置，根据温度和。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(一种数字一种数字装置装置)的输入接口被转变成数字信号。的输入接口被转变成数字信号。2.数据总线数据总线 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

6、和接收数据，则这样的数据总线就称为双向数据总线。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。上一页下一页返回 任务一掌握汽车多路传输系统结构任务一掌握汽车多路传输系统结构与原理与原理 3.网络网络 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。把数据总线和模块当作一个系统。4.架构架构 架构是信息高速公路的配置，其输入和输出端规定了了架构是信息高速公路的配置，其输入和输出端规定了了1么么信息能进和什么信息能出，如图信息能进和什么信息能出，如图2-1-9所示。架构通常包括一或两所示。架构通常包括一或

7、两条线路，采用双线时数据的传输是基于两条线的电压差。当其中条线路，采用双线时数据的传输是基于两条线的电压差。当其中的一条线传输数据时，它对地有一个参考电压。架构要有特定的的一条线传输数据时，它对地有一个参考电压。架构要有特定的通信协议。通信协议。上一页下一页返回 任务一掌握汽车多路传输系统结构任务一掌握汽车多路传输系统结构与原理与原理衡量数据总线及网络架构优劣的其他重要特征包括衡量数据总线及网络架构优劣的其他重要特征包括:1)能一起工作的模块数量。能一起工作的模块数量。2)可扩展性可扩展性3)互交信息的种类互交信息的种类4)数据传输速度。数据传输速度。5)可靠性或容错性可靠性或容错性抗故障性及

8、数据交换的稳定与准确性。抗故障性及数据交换的稳定与准确性。6)经济性经济性上一页下一页返回 任务一掌握汽车多路传输系统结构任务一掌握汽车多路传输系统结构与原理与原理 5.通信协议通信协议 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立通用的标准用于各ECU之间通信。之间通信。通信协议的分类如下。通信协议的分类如下。1)直接型直接型:点对点的链路直接通信，无须经中间信息处理的协议点对点的链路直接通信，无须经中

9、间信息处理的协议 2)间接型间接型:通过转接式通信网络或两个以上的网络进行信息交换的通通过转接式通信网络或两个以上的网络进行信息交换的通信协议信协议 3)结构优化型协议结构优化型协议:按需要分成不同的层次，较低级别的功能在较低按需要分成不同的层次，较低级别的功能在较低层次实现，同时它们又向较高层次的实体提供服务。它是各层次层次实现，同时它们又向较高层次的实体提供服务。它是各层次协议的复合协议的复合上一页下一页返回 任务一掌握汽车多路传输系统结构任务一掌握汽车多路传输系统结构与原理与原理 6.网关网关 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通常一辆车上配置了多种总线和网络，所以必须

10、用一种方法使它们达到共享和不产生协议间的冲突。例如，车门打开时发动使它们达到共享和不产生协议间的冲突。例如，车门打开时发动机控制模块也需要被唤醒为了使不同协议及速度的数据总线间实机控制模块也需要被唤醒为了使不同协议及速度的数据总线间实现无差错数据传输，必须要使用一种特殊功能的计算机，这种计现无差错数据传输，必须要使用一种特殊功能的计算机，这种计算机就叫做网关。算机就叫做网关。上一页下一页返回 任务一掌握汽车多路传输系统结构任务一掌握汽车多路传输系统结构与原理与原理(1)网关的作用网关的作用 1)它可以把局域网上的数据转变成可以识别的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，

11、诊断数据语言，方便诊断方便诊断 2)它可以实现低速网络和高速网络的信息共享它可以实现低速网络和高速网络的信息共享 3)与计算机中的网关作用是一样的，负责接收和发送信息与计算机中的网关作用是一样的，负责接收和发送信息 4)激活和监控局域网络工作状态激活和监控局域网络工作状态 5)实现车辆数据的同步性实现车辆数据的同步性 6)对信息标识符作翻泽。对信息标识符作翻泽。上一页下一页返回 任务一掌握汽车多路传输系统结构任务一掌握汽车多路传输系统结构与原理与原理(2)网关的布置网关的布置 如果两个如果两个CAN网络执行器是两片独立的芯片网络执行器是两片独立的芯片(图图2-1-11)，中央，中央控制器控制器

12、(单片微型计算机单片微型计算机)作为网关，那么，作为网关，那么，CAN芯片就像灵巧的随芯片就像灵巧的随机存储器被网关读写。一旦接收到信息，网关就执行接收机存储器被网关读写。一旦接收到信息，网关就执行接收CAN芯芯片的外部读操作，接着执行转换信息的逻辑指令，然后执行外部片的外部读操作，接着执行转换信息的逻辑指令，然后执行外部写操作，对第二个网络的写操作，对第二个网络的CAN芯片作传输编程。芯片作传输编程。(3)常见的几种网关常见的几种网关 1)Bosch公司公司CAN1.2与与CAN2.0之间的网关之间的网关 标准的标准的CAN1.2版本支持标准的版本支持标准的11位信息标识符，而位信息标识符，

13、而CAN2.0版本增加了信息标识符，也就是说，版本增加了信息标识符，也就是说，CAN2.0既支持标准的既支持标准的11位，位，也支持扩展后的也支持扩展后的29位信息标识。位信息标识。上一页下一页返回 任务一掌握汽车多路传输系统结构任务一掌握汽车多路传输系统结构与原理与原理 2)SAE-J1939与与J1980网络协议之间的网关网络协议之间的网关 SAE汽车选用汽车选用CAN2.0协议作为协议作为“C级级”串行控制和通信网络串行控制和通信网络的推荐实施标准，又称为的推荐实施标准，又称为SAEJ1939规范。规范。CAN2.0的数据可达的数据可达1 Mbit/s。也就是说，。也就是说，CAN2.0

14、执行相当于执行相当于SAE-C级的高速数据速率。级的高速数据速率。3)SAE-J1850B级通信速率的小客车，发动机、自动变速器、级通信速率的小客车，发动机、自动变速器、ABS等等系统的数据速率偏低，为了提高通信速率以改善车辆的控制性能，系统的数据速率偏低，为了提高通信速率以改善车辆的控制性能，又不让车辆成本增加太多，就将原实施又不让车辆成本增加太多，就将原实施J1850的车辆增加一个网关的车辆增加一个网关(图图2-1-14)，并将网关前方的总线修改为，并将网关前方的总线修改为CAN总线。总线。上一页下一页返回 任务一掌握汽车多路传输系统结构任务一掌握汽车多路传输系统结构与原理与原理(三三)多

15、路传输原理多路传输原理 汽车车载网络多路传输技术可以实现在同一个信道上同时传汽车车载网络多路传输技术可以实现在同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方式是频分多址复用(FDMA)、时分多址复用、时分多址复用(TDMA)等。等。1.频分多址复用技术频分多址复用技术 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

16、不同的频段，以实现多路复用。频分复用的多路信号在频调制到不同的频段，以实现多路复用。频分复用的多路信号在频率上不会重叠，合并在一起通过一条信道传输，到达接收端后可率上不会重叠，合并在一起通过一条信道传输，到达接收端后可以通过中心频率不同的带通滤波器彼此分离开来，如图以通过中心频率不同的带通滤波器彼此分离开来，如图2-1-15所示。所示。上一页下一页返回 任务一掌握汽车多路传输系统结构任务一掌握汽车多路传输系统结构与原理与原理 2.时分多址复用技术时分多址复用技术 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

17、同的时隙，来达到在同一信道中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，如图传输多路信号而互不干扰的一种方法，如图2-1一一16所示。所示。3.载波监听多路访问载波监听多路访问/冲突检测技术冲突检测技术 载波监听多路访问载波监听多路访问/冲突检测技术冲突检测技术(CSMA/CD)是一种争用型的是一种争用型的介质访问控制协议。它的工作原理是介质访问控制协议。它的工作原理是:发送数据前先监听信道是否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

18、立即停止发送数据，等待一段随机时间，听，若监听到冲突，则立即停止发送数据，等待一段随机时间，再重新尝试再重新尝试 CSMA/CD控制规程的核心问题控制规程的核心问题:解决在公共通道上以广播方解决在公共通道上以广播方式传送数据中可能出现的问题式传送数据中可能出现的问题(主要是数据碰撞问题主要是数据碰撞问题)，控制过程包，控制过程包含四个处理内容，即侦听、发送、检测、冲突处理含四个处理内容，即侦听、发送、检测、冲突处理(见图见图2-1一一17和和图图2-1一一18)。上一页下一页返回 任务一掌握汽车多路传输系统结构任务一掌握汽车多路传输系统结构与原理与原理(四四)多路传输系统的通信协议标准多路传输

19、系统的通信协议标准 通信协议要解决系统优先权问题、灵活性问题、可扩展性问通信协议要解决系统优先权问题、灵活性问题、可扩展性问题、诊断接口问题、独立性问题、数据共享问题等，十几年来，题、诊断接口问题、独立性问题、数据共享问题等，十几年来，已发展了几代通信协议，较早的有已发展了几代通信协议，较早的有SAE推出的用于重型车的基于推出的用于重型车的基于串行总线的标准，如串行总线的标准，如SAE J1708,SAE J1587,SAE J1922，串行协，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

20、种网络标准，较典型的有本被取代。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,Flex Ray,J2284等。等。上一页返回任务二掌握汽车车载网络系统任务二掌握汽车车载网络系统结构与原理结构与原理一、任务工作页一、任务工作页 先由学生熟悉如下工作页，了解本任务内容。在学习该任务先由学生熟悉如下工作页，了解本任务内容。在学习该任务所涉及的知识后，在老师的指导下完成本任务，同时完成工作页所涉及的知识后，在老师的指导下完成本任务，同时完成工作页内容的填写。内容的填写。二、任务所涉及的知识二、任务所涉及的知识 (一一)CAN总线多路传输系统总线多

21、路传输系统 1.CAN总线简介总线简介 CAN总线是德国总线是德国Bosch公司为解决现代汽车中众多的控制与测公司为解决现代汽车中众多的控制与测试仪器之间的数据交换而开发的一种串行数据通信协议。它是一试仪器之间的数据交换而开发的一种串行数据通信协议。它是一种多主总线，是一种双线串行数据通信总线，通信介质可以是双种多主总线，是一种双线串行数据通信总线，通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光导纤维，通信速率可达绞线、同轴电缆或光导纤维，通信速率可达1 Mbit/s,下一页返回任务二掌握汽车车载网络系统任务二掌握汽车车载网络系统结构与原理结构与原理 2.CAN总线技术在汽车中的应用优势总线技术在汽车中的

22、应用优势 (1)信息共享信息共享 采用采用CAN总线技术可以实现各总线技术可以实现各ECU之间的信息共享，减少不之间的信息共享，减少不必要的线束和传感器。例如，具有必要的线束和传感器。例如，具有CAN总线接口的电喷发动机，总线接口的电喷发动机，其他电器可共享其提供的转速、水温、机油压力、机油温度、油其他电器可共享其提供的转速、水温、机油压力、机油温度、油量瞬时流速等，这样一方面可省去额外的水温、油压、油温传感量瞬时流速等，这样一方面可省去额外的水温、油压、油温传感器，另一方面可以将这些数据显示在仪表上，便于驾驶员检查发器，另一方面可以将这些数据显示在仪表上，便于驾驶员检查发动机运行工况，从而便

23、于发动机的保养维护。动机运行工况，从而便于发动机的保养维护。上一页下一页返回任务二掌握汽车车载网络系统任务二掌握汽车车载网络系统结构与原理结构与原理(2)减少线束减少线束 新型电子通信产品的出现对汽车的综合布线和信息的共享交新型电子通信产品的出现对汽车的综合布线和信息的共享交互提出了更高的要求，传统的电气系统大多采用点对点的单一通互提出了更高的要求，传统的电气系统大多采用点对点的单一通信方式，相互之间少有联系，这样必然造成庞大的布线系统。据信方式，相互之间少有联系，这样必然造成庞大的布线系统。据统计，一辆采用传统布线方法的高档汽车中，其导线长度可达统计，一辆采用传统布线方法的高档汽车中，其导线

24、长度可达2 000 m，电气节点达，电气节点达1 500个，而且该数字大约每个，而且该数字大约每10年增长年增长1倍这种倍这种传统布线方法不能适应汽车的发展。传统布线方法不能适应汽车的发展。CAN总线可有效减少线束，总线可有效减少线束，节省空间。节省空间。(3)关联控制关联控制 在一定事故下，需要对各在一定事故下，需要对各ECU进行关联控制，而这是传统汽进行关联控制，而这是传统汽车控制方法难以完成的。车控制方法难以完成的。CAN总线技术可以实现多总线技术可以实现多ECU的实时关的实时关联控制。联控制。上一页下一页返回任务二掌握汽车车载网络系统任务二掌握汽车车载网络系统结构与原理结构与原理 3.

25、CAN数据总线传输系统的组成数据总线传输系统的组成 CAN数据总线由一个控制器、一个收发器、两个数据传输终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。除了数据传输线外，其他元件都置端以及两条数据传输线组成。除了数据传输线外，其他元件都置于控制单元内部，控制单元功能不变于控制单元内部，控制单元功能不变(图图2-2-3)。4.CAN总线多路传输系统通信协议总线多路传输系统通信协议 通信协议是车载网络上各电控单元相互通信的充要条件，它通信协议是车载网络上各电控单元相互通信的充要条件，它是各电控单元必须遵守的共同规则，可以保证各电控单元能够正是各电控单元必须遵守的共同规则

26、，可以保证各电控单元能够正常使用网络进行通信常使用网络进行通信 上一页下一页返回任务二掌握汽车车载网络系统任务二掌握汽车车载网络系统结构与原理结构与原理(1)通信协议的三要素通信协议的三要素 1)语法规定通信双方语法规定通信双方“如何讲如何讲”，即确定数据格式、数据码型、信，即确定数据格式、数据码型、信号电平等号电平等 2)语义规定通信双方语义规定通信双方“讲了什么讲了什么”，即确定协议元素的类型，如规，即确定协议元素的类型，如规定通信双方要发出了什么控制信息、执行了什么动作和返回了什定通信双方要发出了什么控制信息、执行了什么动作和返回了什么应答等。么应答等。3)定时规则规定事件执行的顺序，即

27、确定链路通信过程中通信状态定时规则规定事件执行的顺序，即确定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。的变化，如规定正确的应答关系、速度匹配等。上一页下一页返回任务二掌握汽车车载网络系统任务二掌握汽车车载网络系统结构与原理结构与原理(2)汽车网络通信协议标准汽车网络通信协议标准(ISO 11898)ISO 11898规定的规定的CAN网络结构如图网络结构如图2-2-9所示。该协议是包括所示。该协议是包括ISO规定的规定的OSI(开放系统互联开放系统互联)基本参考模型中的应用层、数据链基本参考模型中的应用层、数据链路层及物理层的协议路层及物理层的协议ISO/OSI模型与模型

28、与ISO 11898规定的规定的CAN总线协总线协议对比如图议对比如图2-2-10所示。协议框架示意图如图所示。协议框架示意图如图2-2-11所示。所示。上一页下一页返回任务二掌握汽车车载网络系统任务二掌握汽车车载网络系统结构与原理结构与原理 5.CAN总线的数据传输过程总线的数据传输过程 CAN数据总线的数据传输原理在很大程度上类似于电话会议数据总线的数据传输原理在很大程度上类似于电话会议的方式。一个用户的方式。一个用户(控制单元控制单元)向网络中向网络中“说出说出”数据，而其他用户数据，而其他用户“收听收听”到这些数据一些控制单元认为这些数据对它有用，它就到这些数据一些控制单元认为这些数据

29、对它有用，它就接收并且应用这些数据，而其他控制单元也许不会理会这些数据。接收并且应用这些数据，而其他控制单元也许不会理会这些数据。故数据总线里的数据并没有指定的接收者，而是被所有的控制单故数据总线里的数据并没有指定的接收者，而是被所有的控制单元接收及计算。元接收及计算。每条数据的传递包括以下每条数据的传递包括以下5个过程。个过程。(1)提供数据提供数据 控制单元向控制单元向CAN控制器提供数据用于传输。控制器提供数据用于传输。上一页下一页返回任务二掌握汽车车载网络系统任务二掌握汽车车载网络系统结构与原理结构与原理 (2)发出数据发出数据 CAN收发器从收发器从CAN控制器处接收数据，将其转化为

30、电信号发控制器处接收数据，将其转化为电信号发出。这些数据以数据列的形式进行传输，数据列是由一长串二进出。这些数据以数据列的形式进行传输，数据列是由一长串二进制制(高电平与低电平高电平与低电平)数字组成的数字组成的(如如0110100100111011)(3)接收数据接收数据 所有与所有与CAN数据总线一起构成网络的控制单元成为接收器。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。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，反之将被忽略如果所接收的数

31、据是重要的，它将被认可及处理，反之将被忽略上一页下一页返回任务二掌握汽车车载网络系统任务二掌握汽车车载网络系统结构与原理结构与原理 6.CAN总线的信息帧类型总线的信息帧类型 CAN的信息帧类型有的信息帧类型有:数据帧数据帧(date frame)、远程帧、远程帧(remoto frame)、错误帧、错误帧(error frame)和超载帧和超载帧(over lead frame)。(1)数据帧数据帧 数据帧携带数据由发送器至接收器。数据帧有数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，个不同的位域，如图如图2-2-25、图、图2-2-26所示。所示。7个位域依次是个位域依次是:起始

32、域、仲裁域、控起始域、仲裁域、控制域、数据域、制域、数据域、CRC(循环冗余循环冗余)校验码域、应答校验码域、应答(ACK)域和帧结束。域和帧结束。各区域功能见表各区域功能见表2-2-4上一页下一页返回任务二掌握汽车车载网络系统任务二掌握汽车车载网络系统结构与原理结构与原理(2)远程帧远程帧 远程帧用以请求总线上的相关单元发送具有相同标识符的数远程帧用以请求总线上的相关单元发送具有相同标识符的数据帧。如图据帧。如图2-2-27所示，远程帧由所示，远程帧由6个域构成。与数据帧相比，个域构成。与数据帧相比，RTR位为隐性，没有数据域，数据长度编码域可以是。位为隐性，没有数据域，数据长度编码域可以是

33、。08的任何的任何值，这个值是远程帧请求发送的数据帧的数据域长度。当具有相值，这个值是远程帧请求发送的数据帧的数据域长度。当具有相同仲裁域的数据帧和远程帧同时发送时，由于数据帧的同仲裁域的数据帧和远程帧同时发送时，由于数据帧的RTR为显为显性，所以数据帧获得仲裁，发送远程帧的节点可以直接接收数据。性，所以数据帧获得仲裁，发送远程帧的节点可以直接接收数据。(3)错误帧错误帧 一旦某个节点发现错误就发送一个错误帧。错误帧由检测出一旦某个节点发现错误就发送一个错误帧。错误帧由检测出总线错误的单元发送。任何单元检测到总线错误时就发送错误帧。总线错误的单元发送。任何单元检测到总线错误时就发送错误帧。上一

34、页下一页返回任务二掌握汽车车载网络系统任务二掌握汽车车载网络系统结构与原理结构与原理(4)超载帧超载帧 超载帧用于请求在下一个数据帧或远程帧到来之前加入延时。超载帧用于请求在下一个数据帧或远程帧到来之前加入延时。超载帧由一个超载帧由一个J陀的陀的CAN节点送出，以请求在前、后数据帧之间增节点送出，以请求在前、后数据帧之间增加一个额外的延迟。如图加一个额外的延迟。如图2-2-29所示，超载帧由两个区域组成所示，超载帧由两个区域组成:超超载标志域及超载界定符域。下述三种状态将导致超载帧发送。载标志域及超载界定符域。下述三种状态将导致超载帧发送。1)接收方在接收一帧之前需要过多的时间处理当前的数据接

35、收方在接收一帧之前需要过多的时间处理当前的数据(接收尚未接收尚未准备好准备好);2)在帧空隙域检测到显性位信号在帧空隙域检测到显性位信号;3)如果如果CAN节点在错误界定符或过载界定符的第节点在错误界定符或过载界定符的第8位采样到一个显性位采样到一个显性位节点会发送一个过载帧位节点会发送一个过载帧上一页下一页返回任务二掌握汽车车载网络系统任务二掌握汽车车载网络系统结构与原理结构与原理 7.数据报告优先权数据报告优先权 如果多个控制单元要同时发送各自的数据，那么系统就必须如果多个控制单元要同时发送各自的数据，那么系统就必须决定哪一个单元首先进行发送。具有最高优先级的数据首先发送。决定哪一个单元首

36、先进行发送。具有最高优先级的数据首先发送。基于安全考虑，由基于安全考虑，由ABS/EDL控制单元提供的数据比自动变速控制控制单元提供的数据比自动变速控制单元提供的数据单元提供的数据(驾驶舒适驾驶舒适)更重要。更重要。上一页下一页返回任务二掌握汽车车载网络系统任务二掌握汽车车载网络系统结构与原理结构与原理(二二)LIN总线多路传偷系统总线多路传偷系统 1.LIN总线通信协议总线通信协议 LIN总线是基于总线是基于SCI或或UART数据格式，采用单主控制器、多数据格式，采用单主控制器、多从设备的模式，使用串行通信协议，可以有效地支持汽车上分布从设备的模式，使用串行通信协议，可以有效地支持汽车上分布

37、式机械电子节点的控制。式机械电子节点的控制。LIN总线的主要优点是降低材料及装配成总线的主要优点是降低材料及装配成本，如连线从两根减少到一根，振荡器由陶瓷式改为电阻式本，如连线从两根减少到一根，振荡器由陶瓷式改为电阻式;不需不需要改变任何其他从机节点的软件或硬件就可以在网络中方便地直要改变任何其他从机节点的软件或硬件就可以在网络中方便地直接添加节点接添加节点;另外，它的抗干扰性强，主要应用在精度误差要求不另外，它的抗干扰性强，主要应用在精度误差要求不是很苛刻的部件的控制上。是很苛刻的部件的控制上。上一页下一页返回任务二掌握汽车车载网络系统任务二掌握汽车车载网络系统结构与原理结构与原理(1)LI

38、N总线网络结构总线网络结构 LIN的通信协议仅包含物理层和数据链路层。其编码方式为的通信协议仅包含物理层和数据链路层。其编码方式为N RZ(not return zero)码，电平分为隐性电平码，电平分为隐性电平(+1 )和显性电平和显性电平(+0 )两种。它支持单主一多从的总线式拓扑结构，主节点需要支持两种。它支持单主一多从的总线式拓扑结构，主节点需要支持CAN协议或者协议或者J1850，同时具有，同时具有SCI功能模块或者功能模块或者ISO-9141物理接物理接口口;从节点只要具有从节点只要具有SCI功能模块或者功能模块或者IS09141物理接口即可。一个物理接口即可。一个LIN网络由一个

39、主节点、一个或多个从节点组成，节点数受标识符网络由一个主节点、一个或多个从节点组成，节点数受标识符长度及总线物理特性的限制，实际应用中不高于长度及总线物理特性的限制，实际应用中不高于16个。整个网络个。整个网络的配置信息只包含在主节点中，从节点可以自由地接入或脱离网的配置信息只包含在主节点中，从节点可以自由地接入或脱离网络而不会影响网络中的通信络而不会影响网络中的通信LIN的网络结构如图的网络结构如图2-2-31所示。所示。上一页下一页返回任务二掌握汽车车载网络系统任务二掌握汽车车载网络系统结构与原理结构与原理(2)LIN规范概述规范概述 1)报文报文:在总线上发送的信息，每个报文帧都包括在总

40、线上发送的信息，每个报文帧都包括2,4或或8个字节的数个字节的数据以及据以及3个字节的控制和安全信息。总线的通信都由主机任务发送，个字节的控制和安全信息。总线的通信都由主机任务发送，从机的任务则是发回数据场和校验场。通过主机控制单元中的从从机的任务则是发回数据场和校验场。通过主机控制单元中的从机任务，数据可以被主机控制单元发送到任何从机控制单元。机任务，数据可以被主机控制单元发送到任何从机控制单元。2)信息路由信息路由:LIN系统中，节点不使用有关系统配置的任何信息，除系统中，节点不使用有关系统配置的任何信息，除了单主机节点的命名。不需要改变任何其他从机节点的软件或硬了单主机节点的命名。不需要

41、改变任何其他从机节点的软件或硬件就可以在件就可以在LIN网络中直接添加节点，报文的内容由标识符命名。网络中直接添加节点，报文的内容由标识符命名。上一页下一页返回任务二掌握汽车车载网络系统任务二掌握汽车车载网络系统结构与原理结构与原理 3)位速率位速率:最大的波特率是最大的波特率是20 kbit/s，它是由单线传输介质的，它是由单线传输介质的EMI限限制制定的。最小的波特率是制制定的。最小的波特率是1 kbit/s，可以避免和实际应用的超时，可以避免和实际应用的超时周期冲突。周期冲突。4)单主机单主机无仲裁无仲裁:只有包含主机任务的控制器节点可以传输报头，只有包含主机任务的控制器节点可以传输报头

42、，一个从机任务对这个报头作出响应。由于没有仲裁的过程，如果一个从机任务对这个报头作出响应。由于没有仲裁的过程，如果多于一个从机响应就会产生错误多于一个从机响应就会产生错误 5)连接连接LIN网络节点的最大数量不仅由标识符的数量限制，也由总线网络节点的最大数量不仅由标识符的数量限制，也由总线的物理特征限制。一般网络的节点数量不应超过的物理特征限制。一般网络的节点数量不应超过16,LIN网络中积网络中积累的电线长度应累的电线长度应40 m上一页下一页返回任务二掌握汽车车载网络系统任务二掌握汽车车载网络系统结构与原理结构与原理(3)LIN的通信规则的通信规则 一个一个LIN网络由一个主节点和一个或多

43、个从节点组成，网络由一个主节点和一个或多个从节点组成，LIN网网络上的通信总是由主发送任务所发起。络上的通信总是由主发送任务所发起。LIN总线有主一从传输或从总线有主一从传输或从一从传输两种方法一从传输两种方法 1)主一从通信模式主一从通信模式 主一从通信模式将大部分调度操作转移到主节点上，从而简主一从通信模式将大部分调度操作转移到主节点上，从而简化其他节点操作。因此，化其他节点操作。因此，LIN从节点硬件大幅减少，甚至可能减少从节点硬件大幅减少，甚至可能减少为单个状态设备。另一个优势是，由于主节点能够同时与所有节为单个状态设备。另一个优势是，由于主节点能够同时与所有节点通信，信息和要求的点通

44、信，信息和要求的ID数量都大大减少但是，这种通信方法速数量都大大减少但是，这种通信方法速度缓慢。这时，度缓慢。这时，LIN节点很难及时地接收和处理数据，并选择性地节点很难及时地接收和处理数据，并选择性地将它传输给其他节点。将它传输给其他节点。上一页下一页返回任务二掌握汽车车载网络系统任务二掌握汽车车载网络系统结构与原理结构与原理 2)从一从通信模式从一从通信模式 从一从通信模式下，响应从一从通信模式下，响应“从任务从任务”的是远程节点。各个信的是远程节点。各个信息帧上的节点共用信息，从而极大地提高响应速度。但是，从一息帧上的节点共用信息，从而极大地提高响应速度。但是，从一从通信方法有很大的局限

45、性从通信方法有很大的局限性:首先，各个从节点的时钟源未知，因首先，各个从节点的时钟源未知，因此从节点将数据传输到网络时，数据可能发生漂移此从节点将数据传输到网络时，数据可能发生漂移;其次，这种情其次，这种情况下，主节点不显示从一从通信已经失效。况下，主节点不显示从一从通信已经失效。(4)LIN总线报文传输总线报文传输 LIN总线是一主多从的通信机制，即允许一个主机任务和多总线是一主多从的通信机制，即允许一个主机任务和多个从机任务。主机任务位于主机节点内部，负责报文的进度表和个从机任务。主机任务位于主机节点内部，负责报文的进度表和发送报文头，即向从机任务传送同步和标识符信息，并将从机任发送报文头

46、，即向从机任务传送同步和标识符信息，并将从机任务的信息传送到其他所有从机任务。从机任务位于所有的节点中，务的信息传送到其他所有从机任务。从机任务位于所有的节点中，其中一个节点发送报文的响应信息。其中一个节点发送报文的响应信息。上一页下一页返回任务二掌握汽车车载网络系统任务二掌握汽车车载网络系统结构与原理结构与原理 2.LIN总线的应用总线的应用 在汽车电子控制单元中，涉及汽车安全以及动力的系统，如汽在汽车电子控制单元中，涉及汽车安全以及动力的系统，如汽车发动机、自动变速箱、车发动机、自动变速箱、ABS安全气囊等单元可采用安全气囊等单元可采用CAN网络控网络控制方式，而对于小型系统，如电动门窗、

47、转向盘、座椅、照明灯制方式，而对于小型系统，如电动门窗、转向盘、座椅、照明灯等单元，出于成本的考虑可以采用等单元，出于成本的考虑可以采用LIN网络控制方式。图网络控制方式。图2-2-34所所示为整车示为整车CAN/LIN混合控制系统示意图。混合控制系统示意图。上一页下一页返回任务二掌握汽车车载网络系统任务二掌握汽车车载网络系统结构与原理结构与原理(三三)VAN总线多路传输系统总线多路传输系统 VAN (ve-hicle area network)又称车辆局域网，是现场总线的又称车辆局域网，是现场总线的一种，由法国的雷诺汽车公司和标致集团联合开发。一种，由法国的雷诺汽车公司和标致集团联合开发。V

48、AN作为专作为专门为汽车开发的总线，门为汽车开发的总线，1994年成为国际标准。年成为国际标准。VAN通信介质简单，通信介质简单，位传输速率可达位传输速率可达1 Mbit/s (40 m内内)，按，按SAE的分类应该属于的分类应该属于C类。类。VAN支持分布式实时控制的通信网络，可广泛应用于汽车门支持分布式实时控制的通信网络，可广泛应用于汽车门锁、电动车窗、空调、自动报警以及娱乐控制等系统。锁、电动车窗、空调、自动报警以及娱乐控制等系统。VAN总线总线作为串行通信网络，与一般总线相比，其数据通信具有突出的可作为串行通信网络，与一般总线相比，其数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性。靠性、实时

49、性和灵活性。VAN标准特别考虑了严峻的环境温度、标准特别考虑了严峻的环境温度、电磁干扰和振动因素，尤其适用于需要现场总线的实时控制系统。电磁干扰和振动因素，尤其适用于需要现场总线的实时控制系统。上一页下一页返回任务二掌握汽车车载网络系统任务二掌握汽车车载网络系统结构与原理结构与原理1.VAN总线分层描述总线分层描述(1)VAN的物理层的物理层 物理层负责通信连接、编码和解码、时钟同步，以及根据物理层负责通信连接、编码和解码、时钟同步，以及根据MAC层的要求，添加、去除特殊符号层的要求，添加、去除特殊符号(SOF,EOD,EOF)，使两，使两个个MAC子层得以数据交换。子层得以数据交换。1)VA

50、N位传输速率可达位传输速率可达1 Mbit/s，两根数据线，两根数据线(数据线数据线DATA和数据和数据线线DATAB采用双绞线、同轴电缆或光纤均可采用双绞线、同轴电缆或光纤均可)可以在一根线条件下可以在一根线条件下工作，其电压示意图如图工作，其电压示意图如图2-2-37所示。其信号差动发送，能够获得所示。其信号差动发送，能够获得强大可靠的噪声抗扰度与故障容差。强大可靠的噪声抗扰度与故障容差。上一页下一页返回任务二掌握汽车车载网络系统任务二掌握汽车车载网络系统结构与原理结构与原理 2)VAN采用采用E-Manchester(增强型增强型Manchester)码，通信速率最高可达码，通信速率最高