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1、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与原理,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二、任务所涉及的知识(一)多路传输系统(SWS)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
2、低等优点，如图2-1一1所示。,下一页,返回,任务一掌握汽车多路传输系统结构与原理,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(bit/e)或每秒兆位(Mbit/s)。数据传输速率受幅宽影响，32位的数据传输量要比8位快4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，也可通过网络互联设备与控制级网络或管理信息级网络相连。(二)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、通信协议、网关等组成(图2一1一2)。,上一页,下一页,返回,任务一掌握汽车多路传输系统结构与原理
3、,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(中央处理器)。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。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。,上一页,下一页,返回,任务一掌握汽车多路传输系统结构与原理,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
4、。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了1么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:1)能一起工作的模块数量。2)可扩展性3)互交信息的种类4)数据传输速度。5)可靠性或容错性抗故障性及数据交换的稳定与准确性。6)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与原理,5.通信协议 通信协议规定信号在数据总线上的通
5、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ECU之间通信。通信协议的分类如下。1)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 2)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信协议 3)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,上一页,下一页,返回,任务一掌握汽车多路传输系统结构与原理,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。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
6、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与原理,(1)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OBDII诊断数据语言，方便诊断 2)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 4)激活和监控局域网络工作状态 5)实现车辆数据的同步性 6)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与原理,(2)网关的布置 如果两个CAN网络执行器是两片独立的芯片(图2-1-11)，中央控制器(单片微型计算机)
7、作为网关，那么，CAN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CAN芯片的外部读操作，接着执行转换信息的逻辑指令，然后执行外部写操作，对第二个网络的CAN芯片作传输编程。(3)常见的几种网关 1)Bosch公司CAN1.2与CAN2.0之间的网关 标准的CAN1.2版本支持标准的11位信息标识符，而CAN2.0版本增加了信息标识符，也就是说，CAN2.0既支持标准的11位，也支持扩展后的29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与原理,2)SAE-J1939与J1980网络协议之间的网关 SAE汽车选用CAN2.0协议作为“C级”串行控制和
8、通信网络的推荐实施标准，又称为SAEJ1939规范。CAN2.0的数据可达1 Mbit/s。也就是说，CAN2.0执行相当于SAE-C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、ABS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，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(图2-1-14)，并将网关前方的总线修改为CAN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与原理,(三)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
9、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。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。,上一页,下一页,返回,任务一掌握汽车多路传输系统结构与原理,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，如图2-1一1
10、6所示。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(CSMA/CD)是一种争用型的介质访问控制协议。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 CSMA/CD控制规程的核心问题: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(主要是数据碰撞问题)，控制过程包含四个处理内容，即侦听、发送、检测、冲突处理(见图2-1一17和图2-1一18)。,上一页,下一页,返回,任务一掌握汽车多路传输系统结构与原理,(四)多路传输系统的通信协议标准 通信协议要解决系
11、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，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串行总线的标准，如SAE J1708,SAE J1587,SAE J1922，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,Flex Ray,J2284等。,上一页,返回,任务二掌握汽车车载网络系统结构与原理,一、任务工作页 先由学生熟悉如下工作页，了解本任务内容。在学习该任务所涉及的知识后，在老师的指导下完成本任务，同
12、时完成工作页内容的填写。二、任务所涉及的知识(一)CAN总线多路传输系统 1.CAN总线简介 CAN总线是德国Bosch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1 Mbit/s,下一页,返回,任务二掌握汽车车载网络系统结构与原理,2.CAN总线技术在汽车中的应用优势(1)信息共享 采用CAN总线技术可以实现各ECU之间的信息共享，减少不必要的线束和传感器。例如，具有CAN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、油量瞬
13、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结构与原理,(2)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2 000 m，电气节点达1 500个，而且该数字大约每10年增长1倍这种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，节省空间。(3)关联控制
14、 在一定事故下，需要对各ECU进行关联控制，而这是传统汽车控制方法难以完成的。CAN总线技术可以实现多ECU的实时关联控制。,上一页,下一页,返回,任务二掌握汽车车载网络系统结构与原理,3.CAN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(图2-2-3)。4.CAN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结构与原
15、理,(1)通信协议的三要素 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“讲了什么”，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么应答等。3)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。,上一页,下一页,返回,任务二掌握汽车车载网络系统结构与原理,(2)汽车网络通信协议标准(ISO 11898)ISO 11898规定的CAN网络结构如图2-2-9所示。该协议是包括ISO规定的OSI(开放系统互联)基本参考模型中的应用层、数据链路层及物理层的协议ISO/OS
16、I模型与ISO 11898规定的CAN总线协议对比如图2-2-10所示。协议框架示意图如图2-2-11所示。,上一页,下一页,返回,任务二掌握汽车车载网络系统结构与原理,5.CAN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的方式。一个用户(控制单元)向网络中“说出”数据，而其他用户“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元接收及计算。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。,上一页,下一
17、页,返回,任务二掌握汽车车载网络系统结构与原理,(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)数字组成的(如(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，反之将被忽略,上一页,下一页,返回,任务二掌握汽车车载网络系统结构与原理,6.CAN总线的信息帧类型 CAN的信息帧类型有:数据帧(date frame)、远程帧(remoto frame)、
18、错误帧(error frame)和超载帧(over lead frame)。(1)数据帧 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，如图2-2-25、图2-2-26所示。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。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结构与原理,(2)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据帧。如图2-2-27所示，远程帧由6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。08的任何值，这个值是远程帧请求发送的数据帧的数据
19、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RTR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。(3)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。,上一页,下一页,返回,任务二掌握汽车车载网络系统结构与原理,(4)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。超载帧由一个J陀的CAN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2-2-29所示，超载帧由两个区域组成: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。1)接收方在接收一帧之前需要过多的时
20、间处理当前的数据(接收尚未准备好);2)在帧空隙域检测到显性位信号;3)如果CAN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结构与原理,7.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。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单元提供的数据(驾驶舒适)更重要。,上一页,下一页,返回,任务二掌握汽车车载网络系统结构与原理,(二)LIN总线多路传偷系统 1.LIN总线通信协议 LIN总线是基于SCI或UART数据格式，
21、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;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。,上一页,下一页,返回,任务二掌握汽车车载网络系统结构与原理,(1)LIN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N RZ(not return zero)码，电平分为隐性电平(+1)和显性电平(+0)两种。它支持单主一多从的总线式拓扑结构，
22、主节点需要支持CAN协议或者J1850，同时具有SCI功能模块或者ISO-9141物理接口;从节点只要具有SCI功能模块或者IS09141物理接口即可。一个LIN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16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络而不会影响网络中的通信LIN的网络结构如图2-2-31所示。,上一页,下一页,返回,任务二掌握汽车车载网络系统结构与原理,(2)LIN规范概述 1)报文:在总线上发送的信息，每个报文帧都包括2,4或8个字节的数据以及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
23、，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。2)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。,上一页,下一页,返回,任务二掌握汽车车载网络系统结构与原理,3)位速率:最大的波特率是20 kbit/s，它是由单线传输介质的EMI限制制定的。最小的波特率是1 kbit/s，可以避免和实际应用的超时周期冲突。4)单主机无仲裁:只有包含主机任务的控制器节点可以传输报头，一个从机任务对这个报头作出响应。由于
24、没有仲裁的过程，如果多于一个从机响应就会产生错误 5)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结构与原理,(3)LIN的通信规则 一个LIN网络由一个主节点和一个或多个从节点组成，LIN网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一从传输两种方法 1)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，甚至可能减少为单个状态设备。另一个优势是，由于主节点能够同时
25、与所有节点通信，信息和要求的ID数量都大大减少但是，这种通信方法速度缓慢。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结构与原理,2)从一从通信模式 从一从通信模式下，响应“从任务”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 LIN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
26、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。,上一页,下一页,返回,任务二掌握汽车车载网络系统结构与原理,2.LIN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，如汽车发动机、自动变速箱、ABS安全气囊等单元可采用CAN网络控制方式，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LIN网络控制方式。图2-2-34所示为整车CAN/LIN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结构与原理,(三
27、)VAN总线多路传输系统 VAN(ve-hicle area network)又称车辆局域网，是现场总线的一种，由法国的雷诺汽车公司和标致集团联合开发。VAN作为专门为汽车开发的总线，1994年成为国际标准。VAN通信介质简单，位传输速率可达1 Mbit/s(40 m内)，按SAE的分类应该属于C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锁、电动车窗、空调、自动报警以及娱乐控制等系统。VAN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靠性、实时性和灵活性。VAN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。,上一页,下一
28、页,返回,任务二掌握汽车车载网络系统结构与原理,1.VAN总线分层描述(1)VAN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MAC层的要求，添加、去除特殊符号(SOF,EOD,EOF)，使两个MAC子层得以数据交换。1)VAN位传输速率可达1 Mbit/s，两根数据线(数据线DATA和数据线DATAB采用双绞线、同轴电缆或光纤均可)可以在一根线条件下工作，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结构与原理,2)VAN采用E-Manchester(增强型Manchester)码，
29、通信速率最高可达1 Mbit/s。如图2-2-38所示，E-Manchester码为3个NRZ码(不归零码)，与一个Manchester码作为一组，自同步，无须填充NRZ码。除此之外，VAN还可以用脉冲波通信(2)VAN的数据链路层 数据链路层定义了信息帧的数据结构、通信优先权、通信格式、通信要求、总线仲裁以及错误检测及处理等为在总线上可靠地传输数据，要将数据打包成帧。帧即为组成一个完整消息的一系列数据位，分成几个域，每个域包括了预定义类型的数据。数据链路层包含介质访问控制子层MAC和逻辑链路控制子层LLC。其中，MAC子层是VAN协议的核心，负责报文分帧、仲裁、应答、错误检测和标定，把接收到
30、的报文提供给LLC子层，并接收来自LLC子层的报文，处理帧的封装和解封装。LLC子层负责报文滤波及错误处理。,上一页,下一页,返回,任务二掌握汽车车载网络系统结构与原理,1)VAN的帧由SOF,ID,COM,DATA(远程帧无)、FCS(CRC),EOD、ACK(可选)及EOF 8部分组成，每帧之间有帧间距IFS 2)帧内应答，即数据立即应答帧的数据请求和数据应答，“拼凑”为一帧 3)VAN网络上的节点信息被分成不同的优先级，可满足不同的实时要求，高优先级的数据有权先发送数据。4)VAN采用非破坏性总线仲裁技术(全帧逐位仲裁)。5)VAN只需通过滤波即可实现点对点、全局广播方式传送数据。,上一
31、页,下一页,返回,任务二掌握汽车车载网络系统结构与原理,6)VAN协议可使用介质访问控制子层MAC检查可能发生的以下5种错误，即位错误、代码错误、帧格式错误、CRC校验错误、ACK错误。7)在数据传输时，VAN如果发生错误能自动重试，重试次数由用户设定。VAN能侦测通信线路短路和开路，当两条通信线中的一条通信线发生故障(短路或者开路)时，可以在降级模式下运行，当线路故障解除时，可自动恢复到正常状态。,上一页,下一页,返回,任务二掌握汽车车载网络系统结构与原理,2.VAN总线数据传输(1)VAN的报文格式 在总线中传送的报文有两种，一种是数据帧(RTR=0)，另一种是远程帧(即请求帧，RTR=1
32、，无DATA域)，由8部分组成，如图2-2-39所示(2)位仲裁 当几个节点(如图2-2-42所示，有3个节点a,b,c)同时发送报文时，假设它们的报文标识符(ID)前面几位相同，节点a的报文标识符最后两位是O1,节点b的报文标识符最后两位是00，节点c的报文标识符最后两位是11。由于0(显性位)优先，而且仲裁从高位到低位，节点c的倒数第2位是1(隐性位)，首先被丢弃，退出竟争。接下来看节点a和节点b的倒数第1位，节点a的倒数第1位是1，被丢弃，退出竟争。,上一页,下一页,返回,任务二掌握汽车车载网络系统结构与原理,3.VAN总线的应用 VAN总线的应用形式主要有两种，一种为单一VAN网络，另
33、一种为VAN-CAN混合网络。神龙公司生产的爱丽舍、毕加索(1.6L,2.0L)和赛纳车均采用了VAN多路传输系统。法国与中国合资生产的标致、雷诺车上的电器全部都是以VAN的网络形式连接的，包括音响主机、显示屏、碟箱、空调、车速表以及气囊等)。(I)单一的VAN网络 最先开发的车载VAN舒适网主要用于汽车舒适性调节，比如空调、报警、导航、CD机、收放机、组合仪表、多功能显示屏、门锁、车窗、车灯等;主要应用车型有赛纳和毕加索，是纯VAN总线的车型。现在应用的VAN多路传输系统中，使用BSI智能控制盒，即中央控制计算机)对各功能单元进行控制(图2-2-43)，这样既减少了对驾驶员本身素质的依赖，又
34、提高了驾驶和乘车的舒适性及安全性。,上一页,下一页,返回,任务二掌握汽车车载网络系统结构与原理,(2)VAN-CAN混合网络 为了满足对更多功能和更高舒适度的高级车辆的需要，市场上又出现了VAN-CAN双网并存的轿车，其结构如图2-2-44所示。(四)MOST总线多路传输系统 1.MOST总线介绍 MOST(media oriented systems transport)是指多媒体定向系统传输系统，是专为在车辆中使用而开发的一种多媒体应用通信技术。MOST利用一根光纤，最多可以同时传送15个频道的CD质量的非压缩音频数据。在一个局域网上，最多可以连接64个节点(装置)。,上一页,下一页,返回
35、,任务二掌握汽车车载网络系统结构与原理,MOST为多媒体时代的车载电子设备所必需的高速网络，为遥控操作及集中管理的方法等提出了方案。MOST将成为汽车用多媒体设备所不可缺少的技术。2.MOST的特点MOST具有以下几个特点:1)保证低成本的条件下，达到24.8 Mbit/s的数据传输速率2)无沦是否有主控计算机都可以工作3)使用塑料光缆(plastic optical fiber,POF)优化信息传送质量。4)支持声音和压缩图像的实时处理,上一页,下一页,返回,任务二掌握汽车车载网络系统结构与原理,5)支持数据的同步和异步传输6)发送/接收器嵌有虚拟网络管理系统7)支持多种网络连接方式8)提供
36、MOST备标准9)方便简洁的应用系统界面10)MOST总线不像CAN总线和I-Bus(仪表总线)那样只传输控制数据和传感器数据，它还能传输数字音频信号和视频信号图形以及提供其他数据服务,上一页,下一页,返回,任务二掌握汽车车载网络系统结构与原理,3.MOST总线协议(1)MOST数据的类型 在MOST网络中，传输的信息有同步数据、异步数据和控制数据三种类型这三类数据分别由一个信息帧的同步数据域、异步数据域和控制数据域传送。同步数据域用于传送实时数据，数据的访问采用分时多路复用(time division multiplexing,TDM)方式。在一个帧中异步传输用于传送大块的数据。异步数据以令
37、牌环的方式访问，控制数据域传输媒体和其他数据，控制通道的协议采用载波监听多路复用(carrier sense muccess,CSMA)访问方式。,上一页,下一页,返回,任务二掌握汽车车载网络系统结构与原理,(2)MOST总线结构和原理 1)MOST的节点结构。MOST标准的节点结构模型如图2-2-45所示。MOST网络可以连接基于不同内部结构和内部实现技术的节点。它的拓扑结构可以是环形网或星形网或菊花链。MOST网络上的设备分享不同的同步和异步数据传输通道，不同类型的数据具有不同的访问机制。,上一页,下一页,返回,任务二掌握汽车车载网络系统结构与原理,2)MOST设备 连接到MOST上的任何
38、应用层部分都是MOST设备。因为MOST设备是建立在MOST系统服务层上的，它可以应用MOST网络提供的信息访问功能以及位流传送的同步频道和数据报文异步传送功能。它可以向系统中请用于实时数据传送的带宽，同时还可以以报文形式访问网络和发送/接收控制数据。MOST网络中，在网络管理系统的控制下，这些设备可以协同工作，它们之间可以同时传送数据流，控制信息和数据报文。,上一页,下一页,返回,任务二掌握汽车车载网络系统结构与原理,3)多媒体网络的原理 多媒体网络的一个基本特征是它不像CAN总线和I-Bu*仪表总线那样，只传输控制数据和传感器数据，除此之外一个多媒体网络还能传输数字音频信号和视频信号图形以
39、及其他数据。其原理如图2-2-48所示。4.MOST在汽车上的应用(1)MOST技术的产生 MOST技术由MOST组织来主持标准化与规格化工作。截至目前，已经有15家国际性汽车厂商和70余家主要零配件生产厂商加盟该组织。为了推动MOST技术向汽车以外的行业普及，MOST组织开始着手准备开发技术的标准化工作，并建立起与之相配套的组织机构。,上一页,下一页,返回,任务二掌握汽车车载网络系统结构与原理,(2)MOST技术优势 在为数不多的几个LAN标准中，MOST技术具备技术上的优势和较高的实用性。特别值得一提的是其技术上的优势，与其他标准相比，在于这种通信标准是一种分流可能性很大的技术。主要通信标
40、准大多数是以软件包的形式传输的。为了实现实时传输声音、动画，必须考虑各种方案为了调整时间，需要缓存、为管理软件包传输追加信息，这样就会出现缓存溢出的问题，降低网络的工作效率。,上一页,下一页,返回,任务二掌握汽车车载网络系统结构与原理,(3)MOST技术拓展应用 目前已经实现产品化的MOST技术有MOST25,MOST50,第3代MOST150Mbit/s技术SOMOST正在开发中。MOST150可以达到与MOST25塑料光纤同等的传输速率，不用增加物理层成本就可以提高通信速率。为了给不同数据类型提供最合适的传输通道，以往的技术都是通过分配同步频段、非同步频段、控制频段等3个逻辑频段来实现，而
41、MOST150在此基础上又增加了两个频段:一个是同步丛发频段，与MOST网络相比，它是一种更容易进行非同步分流传输、更适合传输MPEG格式图像的方式;另一个是可以通过MAC地址进行通信的以太网频段，这一频段可以当作以太网使用，轻松处理TC P/IP协议,上一页,下一页,返回,任务二掌握汽车车载网络系统结构与原理,(五)FlexRay总线多路传偷系统1.FlexRay协议及其容错机制 FlexRay网络结构可以有4种形式，即总线式、星形式、星形一总线混合式及多个星形串接式。FlexRay的总线根据需要可以连接多个乃至很多节点。在每个节点内，根据应用的确定性和容错要求，FlexRay模块均包括实施
42、FlexRay协议所需的所有组件。1)寄存器模块。它包含控制寄存器，用于配置FlexRay设备，还包括状态寄存器，用于读取当前的协议状态信息。2)信息缓冲器接口。CPU中使用该接口，以接收和传输数据，包括寄存器块生成的数据。3)协议状态机。通信控制器的核心，它执行整个协议逻辑，如信息处理、建立通信周期、启动和错误处理 4)定时单元负责定时控制。它包括支持分布式时钟的同步。,上一页,下一页,返回,任务二掌握汽车车载网络系统结构与原理,5)循环冗余码校验CRC单元。在信息传输和接收过程中，生成和检验每个数据帧的校验和。6)接收和传输单元。每个通道一个 2.FlexRay线控制动系统实现过程 高级底
43、盘控制是FlexRay推动新技术在汽车设计中的最好应用。如今，防抱死制动系统(ABS)在大量车辆上得到普及，但是车辆稳定性控制仍然是一个复杂、费用高昂的难题。随着基于FlexRay网络控制的线控制动技术的出现，车辆稳定性控制的主要组件将向更轻、更快、更简单、效率更高的方向发展，从而实现高级车辆的稳定性控制。,上一页,下一页,返回,任务二掌握汽车车载网络系统结构与原理,线控制动技术亦称电子机械制动(EMB)可以消除制动液和液压管路的困扰。单独的高性能电机在每个车轮上产生制动力，制动由ECU控制，并由电子踏板模块发出的信号执行。FlexRay提供通信协议，支持整个系统的高速信息传送，FlexRay
44、的容错功能保证了线控制动系统的绝对可靠性。(六)蓝牙技术原理与应用,上一页,下一页,返回,任务二掌握汽车车载网络系统结构与原理,1.蓝牙技术的特点 蓝牙技术的实质内容是建立通用的无线通信空中接口及其控制软件的公开标准，使通信和计算机进一步结合，使不同厂家生产的仪器便携式设备，如车载电话移动电话、手提计算机等，在没有电线或电缆连接的情况下，能在近距离内具有互相通信、相互操作的性能。蓝牙技术支持点对点和一点对多点的通信，其基本网络组成是皮可网(piconet)，通过蓝牙技术连接在一起的所有仪器就是一个皮可网。由于具有蓝牙技术的电子模块尺寸较小，能够安装在小型电子仪器中，具备发射器和接收器功能，一旦
45、具有蓝牙技术的两个仪器相遇，便会自动建立通信联系，同时构成皮可网，此间不需要用户介入。,上一页,下一页,返回,任务二掌握汽车车载网络系统结构与原理,一个皮可网最多可以为8个活跃的蓝牙技术仪器提供地址，也可以最多同时排列256个非活跃的蓝牙技术仪器。皮可网中需要有一个核心部件指令器，由指令器构造皮可网，其他的仪器需要与指令器适配同步，只有从指令器得到数据包的仪器才允许作出应答，这样在构造皮可网时就不会混乱。奥迪A8轿车的电话/电子通信系统控制单元就是蔽牙技术的指令器。2.蓝牙技术的关键技术 为了使蓝牙技术在汽车中真正具有吸引力，必须能够在标准蓝牙MAC(数据链路层)与用户订制的MAC层之间切换。
46、用户订制的z/m层主要是为了获得更好的实时性，并简化避免窃听和其他蓝牙站的干涉，主要的时间要求是:以1 0005 000 bit/s的速率交换CAN信息，如对10 20 bit/s长的数据包，需要75 kbit/s的速率和510 ms的转换时间。,上一页,下一页,返回,任务二掌握汽车车载网络系统结构与原理,3.蓝牙技术在汽车上的应用(1)蓝牙技术在汽车上的应用场合 蓝牙技术在汽车上服务的场合如下:1)当汽车进入服务站时，它的蓝牙站与服务站主计算机建立连接，它和汽车计算机通过蜂窝电话系统交换信息;2)服务站主计算机提醒服务人员分配任务，同时他的计算机与汽车建立连接，并下载一些需要的信息;3)服务
47、人员在其计算机上获得必要的工作指示，当给汽车服务时，他可以通过计算机控制和调节一些功能，如车灯、窗户、空气、发动机参数等，也可以为任何电子控制单元下载最新版本的软件。,上一页,下一页,返回,任务二掌握汽车车载网络系统结构与原理,(2)汽车中的蓝牙网 在汽车里，每个车门前座和操纵轮都有灵活的电缆，而这些灵活的电缆常常会出现问题。这里，可以在小范围内采用无线电缆延仲器，但在CAN网络中，小范围内实现可靠的位到位无线连接很困难，因此电缆延仲器应该是网桥而不是简单的转发器，而且，在小范围内的位到位电缆延仲器需要14个无线单元，还要求网络间的兼容性，所以这种体系结构没有吸引力。另一种方案是用一个节点相连
48、，仅需8个基站，这样，利用电缆延仲器可把CAN网分为两个网，其中一个网络将仅由一个节点组成，这就解决了高复杂性和高费用的问题。另外，基站可能与其他蓝牙特性产生兼容问题，因此应用也可减少，这就同时降低了硬件价格。汽车中的网络拓扑如图2-2-52所示。,上一页,返回,表2-2-4数据帧各区域功能表,返回,下一页,表2-2-4数据帧各区域功能表,返回,上一页,图2-1-1多路传输系统技术特征示意图,返回,图2-1-2多路传输系统拓扑结构,返回,图2-1-9网络架构示意图,返回,图2-1一14 SAE-J1850B双网关示意图,返回,图2-1一15频分多址复用传输原理图,返回,图2-1一16时分多址复
49、用传输原理图,返回,图2-1一17多路访问数据发送控制流程,返回,图2-1一18多路访问数据接收控制流程,返回,图2-2-3 CAN数据总线传输系统组成,返回,图2-2-9 CAN网络结构,返回,图2-2-10 OSI与现场总线开放互联模型的对应,返回,图2-2-11协议框架示意图,返回,图2一2-25数据帧结构图1,返回,图2-2-26数据帧结构图2,返回,图2-2-27远程帧结构图,返回,图2-2-29超载帧结构图,返回,图2-2-31 LIN网络结构图,返回,图2-2-34整车CAN/LIN网络控制图,返回,图2-2-37 VAN总线DATA与DATAB的电压示意图,返回,图2一2一38 E一Manchester编码,返回,图2-2-39 VAN通信的波形,返回,图2-2-42 CSMA/CD逐位非破坏仲裁,返回,图2-2-43 VAN多功能传输系统结构示意图,返回,图2一2-44 VAN-CAN混合结构,返回,图2-2-45 MOST标准的节点结构模型,返回,图2-2-48多媒体网络的原理,返回,图2-2-52汽车中的网络拓扑结构,返回,
