汽車電子技術與單片機

1、汽車電子技術與單片機第1頁，共65頁，2022年，5月20日，9點26分，星期四第一節(jié) 計算機網絡體系結構計算機網絡是計算機技術與通信技術相結合產生的新的技術領域。若干計算機用通信信道連接在一起，相互之間可以交換信息共享資源，就形成了計算機網絡。在國際標準化組織（ISO）提出的“開放系統互聯”（OSI）的參考模式中，網絡系統結構劃分為7層。從上到下依次是應用層、表示層、會話層、傳輸層、網絡層、數據鏈路層、物理層，如圖5-1所示。下面簡要介紹網絡系統各層的功能。下一頁返回第2頁，共65頁，2022年，5月20日，9點26分，星期四第一節(jié) 計算機網絡體系結構一、物理層物理層（Physical La

2、yer）的作用是在物理傳輸媒體上傳輸各種數據的比特流，而不管數據的類型和結構如何。這一層除了規(guī)定機械、電氣、功能、規(guī)程等特征外，主要考慮的問題還有：1.傳輸速率這里由波特率（每秒傳輸的碼元數）和比特率（每秒傳輸的二進制位數）之分。2.信道容量信道容量即信道能支持的最大數據傳輸速率，它由信道的帶寬和信噪比來決定。上一頁下一頁返回第3頁，共65頁，2022年，5月20日，9點26分，星期四第一節(jié) 計算機網絡體系結構3.傳輸媒體傳輸媒體也就是傳輸電信號的物理介質。4.調制/解調調制/解調就是將一種數據轉換成適合在信道上傳輸的某種電信號形式。5.交換技術交換技術有三種：電路交換、報文交換和分組交換。（

3、1）電路交換：要求在通信雙方之間建立起一條實際的物理通路，并在整個通信過程中，這條通路被獨占。上一頁下一頁返回第4頁，共65頁，2022年，5月20日，9點26分，星期四第一節(jié) 計算機網絡體系結構（2）報文交換：就是一個報文（長度無限制的數據塊）在通過從源站到目的站之間的中間站時采用存儲轉發(fā)方式（有緩沖區(qū)）。（3）分組交換：就是將一個大報文分割成一定長度的信息單元（分組），各單元依次編號，以分組為單位進行存儲轉發(fā)。6.網絡拓撲網絡拓撲指網絡中節(jié)點的互聯結構形式，如圖5-2所示，主要有以下幾種：（1）星型拓撲：在星型拓撲中，每個站點通過點點連接到中央節(jié)點，任何兩站之間的通信都通過中央節(jié)點進行。星

4、型拓撲采用電路交換，一個站點的故障只會影響本站，而不會影響到全網。上一頁下一頁返回第5頁，共65頁，2022年，5月20日，9點26分，星期四第一節(jié) 計算機網絡體系結構（2）總線型拓撲：采用單一信道作為傳輸介質，所有站點通過相應硬件接口接至這個公共信道（總線）上，任何一個站點發(fā)送的信息，所有其他站都能接收。（3）網型拓撲：每個站點都有一條或幾條鏈路同其他站點相連。（4）樹型拓撲：樹型拓撲是從總線型拓撲演變而來的。從樹根開始，每一個節(jié)點下都可以有多個分支。（5）環(huán)型拓撲：在環(huán)型拓撲中，站點和連接站點的點點鏈路組成一個閉合環(huán)路，每個站點從一條鏈路上接收數據，然后以同樣的速率從另一條鏈路發(fā)送出去。上

5、一頁下一頁返回第6頁，共65頁，2022年，5月20日，9點26分，星期四第一節(jié) 計算機網絡體系結構7.多路復用技術采用多路復用技術，可以將多路信號組合在一條物理信道上進行傳輸，到接收端再將各路信號分離開來。多路復用技術有多種形式，如頻分多路復用（FDM）、時分多路復用（TDM）和碼分多路復用（CDMA）等。（1）頻分多路復用：就是將信道帶寬按頻率分割為若干個子信道，每個子信道用來傳輸一路信號。上一頁下一頁返回第7頁，共65頁，2022年，5月20日，9點26分，星期四第一節(jié) 計算機網絡體系結構（2）時分多路復用：就是將使用信道的時間分成為一個個時間片，按一定規(guī)律將這些時間片分配給各路信號，每

6、路信號只能在自己的時間片內獨占信道進行傳輸。（3）碼分多址（使用所謂擴頻技術）：它允許所有站點在同一時間使用整個信道進行數據傳輸。二、數據鏈路層在物理線路上，由于噪聲干擾、信號衰減畸變等原因，傳輸過程中常常出現差錯，而物理層只負責透明地傳輸無結果的原始比特流，不可能繼續(xù)任何差錯控制。因此，當需要在一條線路上傳送數據時，除了必須有一條物理線路外，還必須有一些必要的規(guī)程來控制這些數據的傳輸，把實現這些規(guī)程的硬件和軟件加到鏈路上，就構成了數據鏈路層（Data. Link Layer）。上一頁下一頁返回第8頁，共65頁，2022年，5月20日，9點26分，星期四第一節(jié) 計算機網絡體系結構數據鏈路層最重

7、要的作用就是通過一系列數據鏈路層協議，在不可靠的物理鏈路上實現可靠的數據傳輸。為此，通常將原始數據分割成一定長度的數據單元（幀），一幀內應包含同步信號、差錯控制、流量控制、控制信息、數據信息、尋址等。這里主要介紹幀的結構和差錯控制。1.組幀與幀同步在組幀方式中，關鍵問題是使接收方能夠準確地從接收到的比特流中識別出幀的邊界，取出幀來，這就是所謂幀同步。上一頁下一頁返回第9頁，共65頁，2022年，5月20日，9點26分，星期四第一節(jié) 計算機網絡體系結構這種協議有兩大類：一是面向字符的，就是說，在鏈路上所傳送的數據都必須是由字符集中的字符所組成，而且在鏈路上傳送的控制信息也必須由同一字符集中的字符

8、組成。另一個是1974年出現的面向比特的規(guī)程，后來修改為高級數據鏈路控制（HDLC）。下面簡單介紹HDLC的主要內容。HDLC使用一個特殊的比特模式01111110作為幀的起始與結束標志F。為了防止在傳輸過程中，幀中其他地方出現于幀標志相同的比特模式，發(fā)送方邊發(fā)送邊檢查數據，每連續(xù)發(fā)送5個“1”后，在其后自動插入一個“0”。上一頁下一頁返回第10頁，共65頁，2022年，5月20日，9點26分，星期四第一節(jié) 計算機網絡體系結構這樣除了幀標志之外，最多只會有5個“1”相連。接收方在收到5個連續(xù)的“1”后，將后面緊跟的一個“0”刪去，恢復原來的數據。這種方法稱為比特填充，很容易由硬件來實現。采用這

9、種方法組幀，數據傳輸的基本單位是比特而不是字符，因此可以用來傳輸任何長度的二進制比特串及任何編碼長度的字符，通用性很強，一個HDLC幀的結構如圖5-3所示。在起始和結束標志F之間有：上一頁下一頁返回第11頁，共65頁，2022年，5月20日，9點26分，星期四第一節(jié) 計算機網絡體系結構地址字段A：在點多點線路中，它用于指明通信的地址。地址的種類有單地址、組地址、廣播地址和無站地址。控制字段C：它用于構成各種命令和響應，以便對鏈路進行監(jiān)視和控制。信息字段I：它可以是任意的二進制比特串，其長度上限由外FCS字段或站點的緩沖區(qū)容量來決定。幀校驗序列字段FCS：使用16位的CRC對兩個標志字段之間的內

10、容進行校驗，FCS的生成多項式是CRC-CCITT:X16+X12+X5+1。上一頁下一頁返回第12頁，共65頁，2022年，5月20日，9點26分，星期四第一節(jié) 計算機網絡體系結構2.差錯控制這里涉及兩個方面的問題：一是如何檢測出錯誤；二是發(fā)現錯誤后，如果糾正錯誤。要判斷一個數據塊是否存在錯誤，發(fā)送端必須在數據塊中加入一些冗余信息，是數據塊中的各比特建立起某種形式的關聯，接收端通過驗證這種關聯是否存在，來判斷數據在傳輸過程中是否出錯。在數據塊中加入冗余信息的過程稱為差錯編碼。上一頁下一頁返回第13頁，共65頁，2022年，5月20日，9點26分，星期四第一節(jié) 計算機網絡體系結構有兩種基本的差

11、錯編碼策略：一種是使碼字只具有檢錯功能，即接收方只能判斷數據塊有錯，但不能確切地知道錯誤的位置，從而也不能糾錯，這種碼字稱為檢錯碼；另一種是使碼字具有一定的糾錯功能，即接收方不僅能知道數據塊有錯，還知道錯在什么地方，這時只需將錯誤位取反即可，這種碼字稱為糾錯碼。一般是檢錯或糾錯能力越強，所需冗余信息就越多，編碼效率就越低。在這里簡單介紹幾種常見的差錯編碼。上一頁下一頁返回第14頁，共65頁，2022年，5月20日，9點26分，星期四第一節(jié) 計算機網絡體系結構（1）海明碼。海明碼是由R.Hamming在1950年提出的，是一種可以糾正一個比特錯誤的編碼。（2）循環(huán)冗余碼。在計算機和數據通信領域中

12、使用最廣泛地檢錯碼是循環(huán)冗余碼CRC，又名多項式碼，其漏檢率很低，而且只要用一個簡單的電路就可以實現。（3）奇偶校驗碼。最常見的檢錯碼是最簡單的奇偶校驗碼，只要一個比特，但它只能檢出奇數個錯，漏檢率達50%。（4）“校驗和”碼。這也是常用的檢錯方式，它是傳輸的數據塊中各字節(jié)累加后得到的一個字節(jié)或按字節(jié)異或的結果。上一頁下一頁返回第15頁，共65頁，2022年，5月20日，9點26分，星期四第一節(jié) 計算機網絡體系結構三、介質訪問控制子層MAC和邏輯鏈路控制子層LLC通信信道又稱為介質，網絡中采用的傳輸介質不同或網絡拓撲結構不同，所使用的介質訪問控制協議就不同。為了不使局域網中的數據鏈路層過于復雜

13、，將它劃分為兩個子層，其中一個為介質訪問控制子層MAC，專門解決廣播網中信道分配的問題。MAC是數據鏈路的底層，在點點網中沒有這一子層。另一個是邏輯鏈路控制子層LLC，它完成通常意義下的數據鏈路層的功能。上一頁下一頁返回第16頁，共65頁，2022年，5月20日，9點26分，星期四第一節(jié) 計算機網絡體系結構信道分配策略可分為靜態(tài)分配和動態(tài)分配。在靜態(tài)分配中，由于各個站點有自己的專用頻帶或時間片，彼此之間不會產生干擾。當網絡站點數目少，且每個站點都有大量數據要發(fā)送時，采用靜態(tài)分配策略不僅控制協議簡單，而且傳輸效率高。動態(tài)分配又名多點接入或多點訪問技術，是指異步時分多路復用，即各站點僅當有數據發(fā)送

14、時，才占用信道發(fā)送數據。動態(tài)分配又有受控訪問和隨機訪問兩種。受控訪問一般有輪詢（輪轉）和預約兩種。上一頁下一頁返回第17頁，共65頁，2022年，5月20日，9點26分，星期四第一節(jié) 計算機網絡體系結構輪轉是使每個站輪流獲得發(fā)送的機會，沒有數據要發(fā)送的站將發(fā)送權傳給下一站。預約是使各站首先聲明自己有數據要發(fā)送，然后根據預約的順序依次發(fā)送數據。隨機訪問又名爭用，意思就是所有的站點發(fā)送前不需要取得發(fā)送權，都可以隨時發(fā)送信息，發(fā)生沖突之后再采取措施解決沖突。隨機訪問適用于負載較輕的網絡，其信道利用率一般不高，但網絡延遲時間較短。上一頁下一頁返回第18頁，共65頁，2022年，5月20日，9點26分，

15、星期四第一節(jié) 計算機網絡體系結構四、網絡層網絡層（Network Layer）向上面的傳輸層提供面向連接的網絡服務和無連接的網絡服務（即虛電路服務和數據報服務）。所謂“連接”，是指首先在通信雙方建立一條虛電路，以后的數據傳送都是沿著這條虛電路傳送的，在通信結束后，還要把這條“電路”釋放掉。這里的虛電路是指在通信雙方之間數據傳送的一個固定的路由（“路徑”）。無連接是指通信雙方的每一組數據都可獨立地選擇路由（走不同的路線），因此它不能保證每組數據按順序交付目的站。上一頁下一頁返回第19頁，共65頁，2022年，5月20日，9點26分，星期四第一節(jié) 計算機網絡體系結構網絡層除了負責路由選擇外，還要進

16、行流量控制。因為網絡的資源，如處理機的能力、節(jié)點的緩沖區(qū)的容量、線路的傳輸速率等總是有限的。當需求超出資源的可用部分時，就會產生擁塞。為了提高資源的利用效率，應當采用流量控制，其總目標是在網絡中有效動態(tài)分配網絡資源。它的主要功能是：防止網絡因過載而引起吞吐量下降和時延增加；避免死鎖；在互相競爭的各用戶之間公平地分配資源。網絡層的尋址，如公用電話網，一個全球網絡層尋址標準時互聯系統中大家都必須遵守的一個標準。現在的地址編碼方法有兩大類：一個是非等級地址，另一個是分級地址。上一頁下一頁返回第20頁，共65頁，2022年，5月20日，9點26分，星期四第一節(jié) 計算機網絡體系結構非等級地址編碼的特點是

17、每個地址的編號都是平等的且彼此無關，這在全球范圍內實際是不可行的。分級地址編碼是將全球的地址劃分為若干子域，子域下又劃分更小的子域就像公用電話號碼的劃分。TCP/IP協議中IP地址得分配就是這個方式。網絡層的主要功能是將分組從源端機器經選定的路由送到目的端機器。在大多數通信子網中，分組的整個旅途需經過多次轉發(fā)。路由選擇算法和它們使用的數據結構是網絡層設計的一個主要任務。上一頁下一頁返回第21頁，共65頁，2022年，5月20日，9點26分，星期四第一節(jié) 計算機網絡體系結構五、傳輸層傳輸層的任務是為高層從源端機到目的及提供可靠、經濟的數據傳輸服務而與具體網絡無關。為了保證數據傳輸的可靠性，傳輸層

18、上必須實現差錯控制、流量控制等功能；為了向用于提供經濟有效的服務，傳輸層還提供多路復用和分流的功能。上一頁下一頁返回第22頁，共65頁，2022年，5月20日，9點26分，星期四第一節(jié) 計算機網絡體系結構1.傳輸服務傳輸層的最終目標是向其用戶提供有效、可靠且價格合理的服務。為了達到這一目標，傳輸層李永樂網絡層所提供的服務。傳輸層中完成這一工作的硬件和軟件稱為傳輸實體。傳輸實體可能在操作系統內核中，或在一個單獨的用戶進程內，也可能是包含在網絡應用的程序庫中，或是位于網絡接口卡上。正如存在兩種類型的網絡服務（面向連接的和無連接的）一樣，傳輸服務也有兩種類型。面向連接的服務在很多方面類似于面向連接的

19、網絡服務，二者的連接都包括三個階段：建立連接、數據傳輸和釋放連接，兩者的尋址和流量控制方式也類似。無連接的傳輸服務與無連接的網絡服務也很類似。上一頁下一頁返回第23頁，共65頁，2022年，5月20日，9點26分，星期四第一節(jié) 計算機網絡體系結構2.傳輸協議的要素傳輸服務是通過建立連接的兩個傳輸實體之間所用的傳輸協議來實現的。在某些方面，傳輸協議類似在前面討論過的數據鏈路層協議。二者都必須解決差錯控制、分組順序、流量控制及其他問題。但二者之間也存在著顯著地差異。這些差異主要是因為兩個協議所運行的環(huán)境不同所造成的。在數據鏈路層，兩個節(jié)點通過武力通道直接通信；而在傳輸層，兩個物理通道由整個子網所取

20、代。上一頁下一頁返回第24頁，共65頁，2022年，5月20日，9點26分，星期四第一節(jié) 計算機網絡體系結構這一差異對協議產生了很多重要的影響。首先，在數據鏈路層，不必為一個節(jié)點指明它要與哪個節(jié)點通話每條輸出線對應唯一的一個節(jié)點。在傳輸層里，需要顯式地給出目的端地址。其次，在數據鏈路層，建立連接的過程很簡單，其另一端總是存在的，每一方都沒有太多的事情要做。對傳輸層而言，初始連接的建立要復雜的多。第三，數據鏈路層和傳輸層之間的另一個區(qū)別是子網的存儲能力。第四，數據鏈路層與傳輸層之間的最后一個區(qū)別是，在兩次中都需要有數據緩沖和流量控制，但在傳輸層中可能需要使用與在數據鏈路層中不同的處理方法。上一頁

21、下一頁返回第25頁，共65頁，2022年，5月20日，9點26分，星期四第一節(jié) 計算機網絡體系結構六、會話層會話層（Session Layer）最主要的目的是在傳輸層的基礎上增加一些協調對話的功能。它管理不同主機上各進程間的對話。例如，兩個會話層用戶之間對話連接的建立和清除，在半雙工對話時授權哪一方發(fā)送數據；當進程間要進行長時間數據傳輸時，而通信子網故障率又比較高，會話層可以在數據流中插入若干同步點；在每次網絡出現故障時，僅需從最近的一個同步點開始重傳，不必每次都從頭開始。上一頁下一頁返回第26頁，共65頁，2022年，5月20日，9點26分，星期四第一節(jié) 計算機網絡體系結構七、表示層表示層（

22、Presentation Layer）下面的5層是用于將數據比特從源站按順序傳送到目的站，而表示層則要保證經傳送后的數據其意義不變。由于各種計算機都可能有自己描述數據的方法，因此不同類計算機之間交換的數據一般要經過一定的數據轉換才能保證數據的意義不變?？梢姳硎緦拥墓δ苁菍υ凑镜臄祿M行編碼，形成適合于傳輸的比特流；到了目的站再進行解碼，轉化成用戶所要求的格式。所以表示層為上層用戶提供數據或信息語法的表示變換，即負責某及其內部的數據表示與抽象數據表示之間的變換，以便信息的相互理解。上一頁下一頁返回第27頁，共65頁，2022年，5月20日，9點26分，星期四第一節(jié) 計算機網絡體系結構八、應用層前

23、面介紹的各個層次，其功能都是為應用層（Application Layer）提供可靠的數據傳輸服務，但和用戶的實際應用沒有什么直接的聯系。直接為用戶提供各種應用程序的是應用層。應用層可以包含各種應用程序，有些由于使用非常普通而實行了標準化。這些標準就形成了應用層上的各種應用協議，如電子郵件（E-mail）、萬維網（WWW）、遠程登錄（TELNET）、文件傳輸（FTP）等。除此之外，應用層上還有一些協議支持應用程序的工作，比如各種網絡安全協議、域名服務系統、網絡管理協議等。上一頁返回第28頁，共65頁，2022年，5月20日，9點26分，星期四第二節(jié) 車用總線技術的產生及應用現狀隨著電子技術的迅速

24、發(fā)展和在汽車上的廣泛應用，汽車電子化程度越來越高。從發(fā)動機控制到傳動系控制，從行駛、制動、轉向系控制到安全保證系統及儀表報警系統，從電源管理到為提高舒適性而做的各種努力，使汽車電子系統形成了一個復雜的大系統。這些系統除了各自的電源線外，還需要互相通信，不難想象，若仍沿用常規(guī)的點點間的布線法進行布線，那么整個汽車的布線將會如一團亂麻，其布線網絡如圖5-4（a）所示。若采用總線方式布線（如CAN總線）其布線如圖5-4（b）所示。下一頁返回第29頁，共65頁，2022年，5月20日，9點26分，星期四第二節(jié) 車用總線技術的產生及應用現狀目前總線的種類有很多，如CAN總線、LIN總線、IDB-M、MO

25、ST、USB和IEEE1394等。現階段的車載網絡業(yè)必須用到多種總線。這些車用總線由于在應用對象和網絡性能上各有特色，將會在競爭中共存相當長一段時間。另外，隨著車載網絡技術的發(fā)展進步，一些特定用途的新型總線還會被陸續(xù)研發(fā)出來。一、SAE分類總線目前，絕大多數車用總線都被SAE（Society of Automotive Engineers:美國汽車工程師協會）下屬的汽車網絡委員會按照協議特性劃分為A、B、C、D四類。上一頁下一頁返回第30頁，共65頁，2022年，5月20日，9點26分，星期四第二節(jié) 車用總線技術的產生及應用現狀A類是面向傳感器或執(zhí)行器管理的低速網絡，它傳輸數據的位速率通常小于

26、10Kb/s，主要用于調整后視鏡、電動窗和燈光照明燈設備；B類是面向獨立控制模塊間的信息共享的中速網絡，位速率一般在10125Kb/s之間，主要用在車身電子的舒適性模塊和顯示儀表等設備中；C類是面向閉環(huán)實時控制的多路傳輸高速網絡，位速率多在125Kb/s1Mb/s之間，主要服務于動力傳動系統；D類則是面向多媒體設備、高速數據流傳輸的高性能網絡，位速率一般在2KMb/s以上，主要用于CD播放機、VCD/DVD播放機和液晶顯示等設備。上一頁下一頁返回第31頁，共65頁，2022年，5月20日，9點26分，星期四第二節(jié) 車用總線技術的產生及應用現狀1.A類總線大多數A類總線都遵循UART（Unive

27、rsal Asynchronous Receiver/Transmitter:通用異步接收/發(fā)送器）標準，它們用起來簡單經濟，但估計在2005年以后將隨UART的過時而退出車用領域。A類總線以LIN（Local Interconnect Network:本地互聯網）規(guī)范最有前途。它是由摩托羅拉與奧迪等知名企業(yè)聯手推出的一種新型低成本的開放式串行通訊協議，主要用于車內分布式電控系統，尤其是面向智能傳感器或執(zhí)行器的數字化通訊場合。表5-1為對現有A類總線的調查結果。上一頁下一頁返回第32頁，共65頁，2022年，5月20日，9點26分，星期四第二節(jié) 車用總線技術的產生及應用現狀2.B類總線B類總線

28、以CAN最為著名。CAN是20世紀80年代中期由德國博世公司開發(fā)出來的一種車用現場總線，不久便在業(yè)界得到了推廣普及。表5-2是對B類總線的調查結果。3.C類總線C類總線主要用于車上動力傳動系統中對通訊的實時性要求比較高的場合。表5-3是對C類總線的調查結果。上一頁下一頁返回第33頁，共65頁，2022年，5月20日，9點26分，星期四第二節(jié) 車用總線技術的產生及應用現狀4.D類總線D類總線一度被稱為多媒體總線，隨著汽車信息娛樂系統的興起，它近期才被采納入SAE對總線的分類范疇之中。D類總線的帶寬范圍相當大，用到的傳輸介質也有好幾種。針對這種情況，D類總線又被劃出低速、高速和無線三大范疇，分別對

29、應于SAE中的IDB-C（Intelligent Transportation System Data Bus-CAN:基于CAN的智能交通系統數據總線）、IDB-M（IDB-Multimedia:智能交通系統多媒體數據總線）和IDB-Wireless（基于無線通訊方式的智能交通系統數據總線）。多媒體總線所涉及的車用區(qū)域相當廣，所服務的對象在汽車電子系統中也占有相當重的份量，表5-4就是對D類總線的調查結果。上一頁下一頁返回第34頁，共65頁，2022年，5月20日，9點26分，星期四第二節(jié) 車用總線技術的產生及應用現狀二、新型專用總線1.故障診斷總線表5-5是對汽車故障診斷系統現有總線標準的

30、情況。2.安全總線安全總線是為了增進汽車的被動安全性而被單獨開發(fā)出來的，它專用于實現對安全氣囊的管理。表5-6是對目前比較有名的幾種安全系統總線的調查結果，它們大多還處在研發(fā)階段，尚未形成正式標準。上一頁下一頁返回第35頁，共65頁，2022年，5月20日，9點26分，星期四第二節(jié) 車用總線技術的產生及應用現狀3.X-by-wire總線X-by-wire誕生于航空業(yè)，最初被稱為“電氣控制”，已在飛機的電控系統中用的非常成熟。近年來隨著車載網絡對可靠性的要求日益增加，汽車電子系統業(yè)開始嘗試引進X-by-wire技術。該技術有望在未來510年內，把轉向和剎車這類傳統機械系統改造成經由高速容錯總線連

31、接、高性能CPU管理下的電控系統。目前，這類總線標準尚在研發(fā)之中，被普遍看好的主要有TTP（Time-Triggered Protocol:時間觸發(fā)協議）、TTCAN（Time-Triggered CAN:時間觸發(fā)CAN）、Byteflight和FlexRay幾種。表5-7是當前比較有知名度的幾種X-by-wire總線的調查結果，它們均為成為正式標準。上一頁返回第36頁，共65頁，2022年，5月20日，9點26分，星期四第三節(jié) 車用總線的市場前景多種多樣的車用總線使汽車的動力經濟性、安全性和舒適性都有了很大的提高，車載網絡的市場規(guī)模必將不斷發(fā)展壯大。然而在近期，不可能出現一套統一的解決方案，

32、能夠完全滿足人們針對車載網絡在性能及成本上所提出的一切要求。車用總線領域還將長期維持目前這種多套協議規(guī)范互相競爭的態(tài)勢，甚至會出現在同一國際標準下并存有多種兼容總線的格局。基于前面對車用總線應用現狀的敘述，圖5-5對各類典型總線在應用領域上所對應的網絡特性與節(jié)點成本進行了統計。下一頁返回第37頁，共65頁，2022年，5月20日，9點26分，星期四第三節(jié) 車用總線的市場前景在圖5-5中，J1850即將被淘汰，Byteflight也未得到廣泛認同，所以它們均被放在了圖形的底層位置。只有頂層中的各類車用總線，才代表著不同應用領域內的市場主流。針對各類主流總線，圖5-5的統計結果呈現一個顯著地特點，

33、就是除藍牙技術外，它們在位速率和成本上所占據的范圍幾乎不存在重疊區(qū)域。這反映出網絡在汽車領域已被不同的車用總線“瓜分殆盡”，而且這些車用總線在各自領域中呈現出“獨霸一方”的情形。上一頁下一頁返回第38頁，共65頁，2022年，5月20日，9點26分，星期四第三節(jié) 車用總線的市場前景圖5-5還有一個特別引入注目之處，就是CAN-8、CAN-C和TTCAN這三類同是由CAN規(guī)范所衍生出來的總線標準。其中，CAN-8指的是用于SAE中B類場合下的CAN，也就是低速容錯CAN；同理，CAN-C指的是高速CAN。它們連同TTCAN一起，覆蓋了汽車中絕大部分可以用到網絡的范圍。另外，從節(jié)點成本上看，這三類

34、基于CAN規(guī)范的車用總線也比較有市場競爭力。因此，如今在汽車行業(yè)中，CAN受到人們的格外青睞，它被普通認為是車載網絡領域最有發(fā)展前途的總線規(guī)范之一，有關這方面的內容在下一節(jié)中會進行詳細的介紹。上一頁返回第39頁，共65頁，2022年，5月20日，9點26分，星期四第四節(jié) CAN總線介紹一、CAN的發(fā)展歷程CAN總線方案最初出現在20世紀80年代末的汽車工業(yè)中，由德國Bosch公司最先提出。當關于這種革新的通訊方案的大部分文字內容制定之后，與1987年中期，Intel提前計劃2個月交付了首枚CAN控制器：82526，這是CAN方案首次通過硬件實現。不久之后，Philips半導體推出了82C200

35、。90年代初，Philips公司生產了帶有CAN總線控制器的單片機，之后又推出了帶數字/模擬輸入輸出功能的CAN總線控制器，可用于傳感器等非開關量的傳輸，使CAN總線應用技術向成熟發(fā)展。下一頁返回第40頁，共65頁，2022年，5月20日，9點26分，星期四第四節(jié) CAN總線介紹從90年代中期起，Infineon公司和Motorola公司已向歐洲的客車廠商提供了大量的CAN控制器，從1990年后期起，遠東的半導體廠商也開始提供CAN控制器。表5-8是目前philips公司提供的CAN芯片。二、CAN的高層協議CAN高層協議即應用層協議，是一種在現有的CAN底層協議之上實現的協議。高層協議是在C

36、AN規(guī)范的基礎上發(fā)展起來的應用層。上一頁下一頁返回第41頁，共65頁，2022年，5月20日，9點26分，星期四第四節(jié) CAN總線介紹目前已經有很多標準得到了廣泛地接受，如CAL和OSEK。CAL可以被認為是不依賴應用的應用層，它適用于各種基于CAN且直接使用應用層服務的應用里，而OSEK-Com/Net標準則具有應用層和網絡層管理的功能，主要用于汽車網絡中。CAL（CAN Application Layer）發(fā)布于1993年，是CiA的首批的發(fā)布條款之一。CAL為基于CAN的分布式系統的實現提供了一個不依賴于應用、面向對象的環(huán)境。它為通訊、標識符分布、網絡和層管理提供了對象和服務。CAL的主

37、要應用在基于CAN的分布式系統，這個系統不要求可配置性以及標準化的設備建模。CAL的其中一個子集是作為CANopen的應用層。因此，CANopen的設備可以用在指定應用的CAL系統。上一頁下一頁返回第42頁，共65頁，2022年，5月20日，9點26分，星期四第四節(jié) CAN總線介紹OSEK/VDX是汽車行業(yè)里的一個聯合項目，其目的是為汽車的分布式系統提供工業(yè)標準以便具有開放式的結構。這個標準包括一個實時操作系統的定義和軟件接口的定義，以及一個通訊和網絡管理系統的定義。OSEK操作系統提供有服務以便于任務管理和同步、終端管理、警告和錯誤處理。這個操作系統的主要目的是規(guī)定一個通用平臺以集成不同廠家

38、的軟件模塊。由于想把操作系統使用在任何類型的控制單元中，因此它必須支持大多數硬件的實時應用。OSEK通訊規(guī)定定義了一個硬件以及總線系統獨立地應用接口。本地和遠程任務的通訊是由操作系統通過“信息對象”執(zhí)行的。這里要區(qū)分兩種信息：“狀態(tài)信息”和“事件信息”。狀態(tài)信息通常表示大多數系統變量的實際狀態(tài)，并通過事件信息報告事件。上一頁下一頁返回第43頁，共65頁，2022年，5月20日，9點26分，星期四第四節(jié) CAN總線介紹由于汽車內系統的通訊要求非常高，為了確保通訊網絡的安全性和可靠性提出了一個完善的網絡管理系統。系統使用“節(jié)點監(jiān)控”，即每個節(jié)點都被網絡中的所有其他節(jié)點監(jiān)控。被監(jiān)控的節(jié)點根據一個專門

39、和統一的算法發(fā)送一個NM信息。直接節(jié)點監(jiān)控要求網絡范圍內的NM信息要同步。因此，這里使用了一個邏輯環(huán)。任何節(jié)點都必須能夠將NM信息發(fā)送到所有其他節(jié)點并從其他節(jié)點接收信息。如果覺得直接監(jiān)控對于一個設備來說太復雜，可以使用“間接監(jiān)控”原則。這個原則基于應用信息的觀察，并受限于定期發(fā)送信息的節(jié)點。這種類型的節(jié)點可能被一個或更多的其他節(jié)點監(jiān)控。上一頁下一頁返回第44頁，共65頁，2022年，5月20日，9點26分，星期四第四節(jié) CAN總線介紹還有一個十分不同的開放式系統，其解決方案由SAE J1939標準提供。這個標準是由汽車工程師重型汽車社團和總線部門為了向電子系統提供一個開放的互聯系統而定義的。這

40、個系統主要的應用范圍是面向路面或非路面設計的輕、中、重型機車，以及為 獲得部件而專有的靜止應用場合。工業(yè)應用中主要代表開放式分布系統的標準是CANopen、DeviceNet和SDS。開放式分布系統標準的工業(yè)應用包括工業(yè)自動化中由工業(yè)器件組成的低層網絡。這種應用主要要求有：可配置性、靈活性和可擴展性。為了保持生產廠商的獨立性，必須以“設備子協議”的形式定義器件的功能性。上一頁下一頁返回第45頁，共65頁，2022年，5月20日，9點26分，星期四第四節(jié) CAN總線介紹CANopen標準是由CiA旨在解答EU-研究程序結果的一組成員編制的。CANopen在通訊和系統服務以及網絡管理的方面使用了C

41、AL子集。DeviceNetTM是由Allen-Bradley開發(fā)的非常成熟的開放式網絡。它根據抽象對象模型來定義。DeviceNet標準由一個獨立的供應者組織管理，這個組織也同時廣泛地支持DeviceNet的市場。SDSTM是由Honeywell Micro Switch開發(fā)的一個開放式網絡標準。由于它基于特定的應用層協議，因此定義了一個面向對象的等級設備模型以便在SDS設備之間建立互用性。SDS是特別為分布式二進制傳感器和執(zhí)行器設計的。上一頁下一頁返回第46頁，共65頁，2022年，5月20日，9點26分，星期四第四節(jié) CAN總線介紹三、CAN總線的特點CAN總線由于采用了許多獨特的設計，CAN總線與一般的通信總線相比，它的數據通信具有突出的可靠性、實時性和靈活性，其特點可以概括如下：（1）低成本；（2）極高的總線利用率；（3）很遠的數據傳輸距離（長達10km）；（4）高速的數據傳輸速率（高達1Mb/s）；（5）可根據報文的ID決定接收和屏蔽該報文；（6）可靠的錯誤處理和檢錯機制；（7）發(fā)送的信息遭到破壞后，可自動重發(fā)；（8）節(jié)點在