汽車構(gòu)造（下冊(cè)） 第4版 課件 第29章 車載網(wǎng)絡(luò)

第29章

車載網(wǎng)絡(luò)第一節(jié)

概述隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展,以科學(xué)技術(shù)為核心的處于工業(yè)革命中的各個(gè)行業(yè)對(duì)于計(jì)算機(jī)信息等相關(guān)技術(shù)的要求越來越高,而汽車行業(yè)正是在信息技術(shù)革命中不斷革新演變而成的。過去,汽車通常采用常規(guī)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信方式將電子控制單元及電子裝置連接起來,其布線方式如圖29-1所示。然而現(xiàn)在汽車上的電子控制單元(ECU)越來越多,普通家用轎車上的ECU也有幾十個(gè),一些高檔汽車上的ECU多達(dá)百個(gè),采用傳統(tǒng)的布線方式勢(shì)必造成導(dǎo)線數(shù)量不斷增多,從而使得在有限的汽車空間內(nèi)布線越來越困難,也同時(shí)增大了汽車的質(zhì)量。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),車輛每增加50kg,油耗會(huì)相應(yīng)提高0.2L/100km。單從線束本身來說,它也是汽車電子系統(tǒng)中成本較高、連接較復(fù)雜的部件。29.1概述一、車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的產(chǎn)生現(xiàn)今以車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為代表的新型網(wǎng)絡(luò)技術(shù)多是采用串行總線,其布線方式如圖29-2所示。該方式不僅能夠?qū)崿F(xiàn)多路傳輸功能,還可以顯著地減小電纜質(zhì)量,節(jié)省很多電線和接插件,減少電纜總長度。在汽車內(nèi)部采用基于總線的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),可以達(dá)到信息共享、減少布線、降低成本以及提高總體可靠性的目的。汽車控制系統(tǒng)在經(jīng)歷了由機(jī)械式向電控式的進(jìn)步后,再一次向網(wǎng)絡(luò)化控制邁進(jìn)。29.1概述一、車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的產(chǎn)生隨著汽車電子控制單元以及汽車電子裝置的不斷增多,采用串行總線實(shí)現(xiàn)多路傳輸組成汽車電子網(wǎng)絡(luò),是一種既可靠又經(jīng)濟(jì)的做法。同時(shí)現(xiàn)代汽車基于安全性和可靠性要求,正越來越多地使用電控系統(tǒng)代替原有的機(jī)械和液壓系統(tǒng),而這將使汽車上遍布網(wǎng)絡(luò)。車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是通信技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)與汽車控制理論結(jié)合的產(chǎn)物,是現(xiàn)代汽車控制技術(shù)最重要的技術(shù)基礎(chǔ)。29.1概述一、車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的產(chǎn)生為滿足信息交換的不同需求,將具有同類特點(diǎn)的ECU連接在一條總線上。不同總線通過網(wǎng)關(guān)連接所組成的電子控制系統(tǒng)則稱為汽車車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),在這個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中可以實(shí)現(xiàn)信息共享。圖29-3所示為某型汽車車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)構(gòu)成。它主要由3條CAN總線、1條FlexRay總線、1條MOST總線、1條LIN總線、1條Ethernet、1個(gè)網(wǎng)關(guān)和由方框表示的ECU組成。每個(gè)ECU除具有相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集控制功能外,還必須具有滿足相應(yīng)總線協(xié)議實(shí)現(xiàn)信息交換的功能。每條總線連接有不同的ECU,以動(dòng)力總成CAN總線為例,該總線將變速器控制單元、自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)、連續(xù)減振控制系統(tǒng)、自適應(yīng)前照燈系統(tǒng)和安全氣囊的ECU連接在一起,既可以在總線內(nèi)交換信息,也可通過網(wǎng)關(guān)和其他ECU交換信息。從圖29-3可以看出,汽車車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)主要由ECU、總線和網(wǎng)關(guān)三部分組成,現(xiàn)將各部分功能說明如下。29.1概述二、車載網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成29.1概述二、車載網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成電子控制單元(ECU)也稱為節(jié)點(diǎn),是總線系統(tǒng)中的主要部件。在一些中高級(jí)轎車上,不但在發(fā)動(dòng)機(jī)上應(yīng)用ECU,在其他許多地方都可發(fā)現(xiàn)ECU的身影,如防抱制動(dòng)系統(tǒng)、四輪驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、電控自動(dòng)變速器、主動(dòng)懸架系統(tǒng)、安全氣囊系統(tǒng)、多向可調(diào)電動(dòng)座椅等都配置有各自的ECU。隨著汽車電子化、自動(dòng)化程度的提高,ECU將會(huì)日益增多,線路會(huì)日益復(fù)雜。為了簡化布線和降低成本,應(yīng)用了車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù),現(xiàn)在的ECU比原有的、獨(dú)立的ECU增加了通信控制器、總線驅(qū)動(dòng)電路和總線接口等功能部件。29.1概述二、車載網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成(一)ECU(二)總線總線是ECU之間傳輸信息的通道。圖29-3中用一條線表示,實(shí)際使用時(shí)可能是一根、兩根或多根導(dǎo)線。以雙線制為例,采用雙絞線可以提高信息傳輸過程的抗干擾能力?？偩€物理層比較簡單,但是它的通信協(xié)議比較復(fù)雜,其關(guān)鍵在于如何保證ECU之間能夠可靠地進(jìn)行信息交換。網(wǎng)關(guān)(Gateway)又稱網(wǎng)間連接器、協(xié)議轉(zhuǎn)換器,是一種通信協(xié)議轉(zhuǎn)換設(shè)備。網(wǎng)關(guān)在傳輸層上實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián),是最復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備,僅用于兩個(gè)高層協(xié)議不同的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。在使用通信協(xié)議、數(shù)據(jù)格式或語言不同,甚至體系結(jié)構(gòu)完全不同的兩種系統(tǒng)時(shí),網(wǎng)關(guān)可以作為一個(gè)翻譯器發(fā)揮作用,它還能夠使速度不同的系統(tǒng)之間進(jìn)行信息交換。從圖29-3可以看出,該網(wǎng)關(guān)至少有3個(gè)CAN、1個(gè)Ethernet、1個(gè)FlexRay和1個(gè)MOST總線轉(zhuǎn)換接口,要完成多個(gè)協(xié)議之間的信息轉(zhuǎn)換。29.1概述二、車載網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成(三)網(wǎng)關(guān)汽車總線隨著汽車各系統(tǒng)的控制逐步向自動(dòng)化和智能化轉(zhuǎn)變,汽車電氣系統(tǒng)變得日益復(fù)雜。傳統(tǒng)的電氣系統(tǒng)大多采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的單一通信方式,相互之間少有聯(lián)系,這樣必然會(huì)形成龐大的布線系統(tǒng)。據(jù)統(tǒng)計(jì),一輛采用傳統(tǒng)布線方法的高檔汽車中,其導(dǎo)線長度可達(dá)2000m,電氣節(jié)點(diǎn)可達(dá)1500個(gè),而且大約每10年就將增加1倍。這進(jìn)一步加劇了粗大的線束與汽車上有限的可用空間之間的矛盾。無論從材料成本還是工作效率看,傳統(tǒng)布線方法都不能適應(yīng)現(xiàn)代汽車的發(fā)展。另外,為了滿足各電子系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求,須對(duì)汽車公共數(shù)據(jù)(如發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、車輪轉(zhuǎn)速、加速踏板位置等信息)實(shí)行共享,而每個(gè)控制單元對(duì)實(shí)時(shí)性的要求又各不相同。29.1概述三、汽車總線的特點(diǎn)及分類因此,傳統(tǒng)的電氣網(wǎng)絡(luò)已無法適應(yīng)現(xiàn)代汽車電子系統(tǒng)的發(fā)展,于是新型汽車總線技術(shù)便應(yīng)運(yùn)而生,其具有如下主要特點(diǎn):1)極大地簡化了車輛布線工作,增加了控制系統(tǒng)可靠性,減少了線束數(shù)量,減小了質(zhì)量。2)采用數(shù)字信號(hào)傳輸,提高了電子系統(tǒng)的可靠性和抗干擾能力。3)插接件大幅度減少。由于傳感器信號(hào)可通過總線提供給各ECU,大幅減少了插接件的數(shù)量。4)便于安裝。汽車總線采用雙絞線或一條電纜,上面可掛接多個(gè)ECU,無須增加新的線纜。5)便于維修,節(jié)省維護(hù)成本。各ECU具有自診斷和簡單的故障處理能力,并能通過總線送往故障診斷接口,便于及時(shí)分析故障原因并快速排除故障。同時(shí)由于連接線路簡單,便于查找故障。6)ECU具有總線通信功能,其通信協(xié)議比較復(fù)雜,對(duì)學(xué)習(xí)和研發(fā)ECU,提出了更高的技術(shù)要求。29.1概述三、汽車總線的特點(diǎn)及分類在汽車的各種電子控制系統(tǒng)中,由于各個(gè)系統(tǒng)對(duì)通信的實(shí)時(shí)性要求不同,通常的車載網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)采用多條不同速率的總線分別連接不同類型的節(jié)點(diǎn),并使用網(wǎng)關(guān)服務(wù)器來實(shí)現(xiàn)整車的信息共享和網(wǎng)絡(luò)管理。汽車車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的類型較多,應(yīng)用較多的有CAN、LIN、FlexRay、MOST等。美國汽車工程師協(xié)會(huì)(SocietyofAutomotiveEngineers,SAE)下屬的汽車網(wǎng)絡(luò)委員會(huì)按照協(xié)議特性將汽車總線分為A、B、C、D四類。具體分類見表29-1。29.1概述三、汽車總線的特點(diǎn)及分類第二節(jié)

CAN總線29.2CAN總線CAN屬于現(xiàn)場總線的范疇,是現(xiàn)場總線的衍生物之一。按照國際電子技術(shù)委員會(huì)(IEC)的表述,現(xiàn)場總線被定義為“在制造或構(gòu)成現(xiàn)場和安裝在生產(chǎn)控制室先進(jìn)自動(dòng)裝置中所配置的主要自動(dòng)化設(shè)備之間的一種串行數(shù)據(jù)通信鏈路”。20世紀(jì)70年代,隨著數(shù)字計(jì)算機(jī)技術(shù)的成長進(jìn)步和推廣普及,控制系統(tǒng)開始引進(jìn)計(jì)算機(jī)進(jìn)行參數(shù)處理。集中式控制系統(tǒng)被發(fā)展起來。20世紀(jì)80年代,大規(guī)模甚至超大規(guī)模集成電路技術(shù)的突飛猛進(jìn)催生了微控制器?？梢院芊奖愕卦跍y(cè)控儀器中嵌入控制器,使用戶能因地制宜地為那些嵌有微控制器的測(cè)控儀器配備一些特定功能。原本集中于控制中心的一部分信息處理任務(wù)現(xiàn)在可以由現(xiàn)場測(cè)控儀器來分擔(dān)了,形成所謂分布式控制。微控制器的進(jìn)一步發(fā)展普及,使集成電路芯片在測(cè)控儀器領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。這種“芯片”處理信息的能力使控制系統(tǒng)各個(gè)部分之間的數(shù)字化通信成為可能。另外,現(xiàn)代控制方法對(duì)系統(tǒng)運(yùn)作的實(shí)時(shí)性要求越來越高,現(xiàn)場設(shè)備相互之間以及與上級(jí)控制模塊之間進(jìn)行大量快速信息交換的需求也越來越迫切。在這種情況下,現(xiàn)場總線應(yīng)運(yùn)而生。一、現(xiàn)場總線29.2CAN總線1991年9月,BOSCH公司在綜合各種實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,制定了《CAN技術(shù)規(guī)范》2.0版。該規(guī)范針對(duì)CAN在不同工作場合下通信方式的標(biāo)準(zhǔn)化問題做出了比較全面的界定,可以算作ISO11898的前身。作為CAN技術(shù)比較權(quán)威的指導(dǎo)性文獻(xiàn),它一直沿用至今。二、CAN總線協(xié)議29.2CAN總線國際上比較通用的網(wǎng)絡(luò)層次劃分標(biāo)準(zhǔn)是ISO7498,該標(biāo)準(zhǔn)中提出的開放系統(tǒng)互聯(lián)(OpenSystemInternetwork,OSI)參考模型將數(shù)據(jù)從一個(gè)站點(diǎn)到達(dá)另一個(gè)站點(diǎn)的工作分割成7個(gè)不同的任務(wù),從而定義了7層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。CAN遵從該參考模型,不過其技術(shù)規(guī)范只對(duì)網(wǎng)絡(luò)的物理層及數(shù)據(jù)鏈路層做出了規(guī)定。具體如圖29-4所示。二、CAN總線協(xié)議(一)CAN總線的網(wǎng)絡(luò)層次29.2CAN總線物理層定義信號(hào)是如何實(shí)際地傳輸?shù)?涉及位時(shí)間、位編碼、同步的解釋。技術(shù)規(guī)范沒有定義物理層的驅(qū)動(dòng)器/接收器特性,以便允許根據(jù)它們的應(yīng)用,對(duì)發(fā)送媒體和信號(hào)電平進(jìn)行優(yōu)化。CAN總線在物理上是通過雙絞線實(shí)現(xiàn)的,這兩條信號(hào)線以相反的方向傳遞相同的信息,分別是CANH和CANL,這樣做主要是為了消除外部干擾。圖29-5所示為CAN總線物理結(jié)構(gòu)的示意圖。在CAN總線的兩端分別有120Ω的電阻,主要是為了防止數(shù)據(jù)在線端被反射而以回聲的形式返回,影響數(shù)據(jù)的傳輸。二、CAN總線協(xié)議(一)CAN總線的網(wǎng)絡(luò)層次29.2CAN總線圖29-7所示為CAN2.0B的報(bào)文格式,又叫擴(kuò)展格式。它具有29位標(biāo)識(shí)符,前11位與CAN2.0A報(bào)文的標(biāo)識(shí)符完全一樣,后18位專用于標(biāo)記CAN2.0B的報(bào)文,在圖中有明確的區(qū)分?；贑AN2.0B的網(wǎng)絡(luò)既能接收標(biāo)準(zhǔn)格式的報(bào)文,也能處理擴(kuò)展格式的報(bào)文。二、CAN總線協(xié)議(一)CAN總線的網(wǎng)絡(luò)層次29.2CAN總線標(biāo)識(shí)符指每個(gè)報(bào)文從幀起始往后的11位(標(biāo)準(zhǔn)格式,如圖29-6所示)或(11+18)位(擴(kuò)展格式,如圖29-7所示)數(shù)據(jù)所組成的這一段信息,這段信息有3個(gè)作用。1)表征了該報(bào)文的類型,指出幀內(nèi)大致包含哪些內(nèi)容。CAN通信所用的報(bào)文可分為4類。①數(shù)據(jù)幀。封裝從發(fā)送單元傳給接收單元的可用數(shù)據(jù),其標(biāo)識(shí)符的特征是最前面的7位不全為1。②遠(yuǎn)程幀?？偩€單元發(fā)送出遠(yuǎn)程幀請(qǐng)求發(fā)送具有同一標(biāo)識(shí)符的數(shù)據(jù)幀。③錯(cuò)誤幀。任何單元檢測(cè)到總線錯(cuò)誤就發(fā)送出錯(cuò)誤幀。④過載幀。過載幀用以在先行和后續(xù)的數(shù)據(jù)幀(或遠(yuǎn)程幀)之間提供一種附加的延時(shí)。數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀可以使用標(biāo)準(zhǔn)幀及擴(kuò)展幀兩種格式,它們用一個(gè)幀間空間與前面的幀分隔。二、CAN總線協(xié)議(四)標(biāo)識(shí)符29.2CAN總線2)為有選擇性地接收消息提供判據(jù)。CAN的接收單元正是根據(jù)這些標(biāo)識(shí)符來辨識(shí)信息。也可以對(duì)某個(gè)接收單元所能處理的消息的標(biāo)識(shí)符范圍做出規(guī)定,該單元通過查詢?cè)诰€報(bào)文的標(biāo)識(shí)符,與自身所匹配的標(biāo)識(shí)符格式進(jìn)行比較,就實(shí)現(xiàn)了對(duì)信息的選擇性讀取。例如,當(dāng)標(biāo)識(shí)符被整個(gè)指定時(shí),該接收單元只能接收一條報(bào)文;只有一部分被指定時(shí),該單元?jiǎng)t能接收一組報(bào)文。3)標(biāo)識(shí)符是CAN仲裁消息幀有限權(quán)的工具。二、CAN總線協(xié)議(四)標(biāo)識(shí)符29.2CAN總線仲裁是總線應(yīng)用中一個(gè)相當(dāng)重要的概念。利用總線確實(shí)可以實(shí)現(xiàn)“海量數(shù)據(jù)”的通信,但在任意時(shí)刻,在線的信息數(shù)量是相當(dāng)少的。以CAN為例,它僅有兩根通信線,每次只允許在總線上傳輸一條報(bào)文。這樣,當(dāng)各個(gè)節(jié)點(diǎn)都在自主地建立通信的時(shí)候,難免會(huì)發(fā)生多個(gè)報(bào)文爭奪總線使用權(quán)的情況,術(shù)語叫作總線訪問沖突。仲裁就是解決這種沖突的方法及過程。憑借仲裁,總線首先要做出判斷,到底哪條消息此時(shí)能享有對(duì)總線的占用權(quán);判定完畢后,總線接著要保證對(duì)失去占用權(quán)的消息的排斥性,避免傳輸中的消息受到其他消息的干擾。CAN進(jìn)行仲裁用的是載波偵聽多路訪問/沖突檢測(cè)(CSMA/CD)技術(shù),它是一種高效、基于位、非破壞性的總線沖突解決機(jī)制。CAN的兩根通信線每根都可以有0或1兩種邏輯狀態(tài)。總線單元讀取的通信數(shù)據(jù)就是對(duì)這兩根線進(jìn)行邏輯操作的結(jié)果,操作方式既可以是“與”,也可以是“或”。以最常用的“與”為例,0和1相“與”的結(jié)果就是0,邏輯狀態(tài)就是0,邏輯狀態(tài)0在操作前后始終顯現(xiàn),成為顯性位;相比之下,1自然就稱作隱性位了。二、CAN總線協(xié)議(五)仲裁29.2CAN總線假設(shè)從某一時(shí)刻開始,就有3個(gè)節(jié)點(diǎn)在向CAN發(fā)送消息,它們標(biāo)識(shí)符的頭幾位如圖29-8所示。3個(gè)節(jié)點(diǎn)的第一位均為顯性位,此時(shí)的總線狀態(tài)就是0。3個(gè)節(jié)點(diǎn)檢測(cè)到的總線數(shù)據(jù)與各自所發(fā)送的相一致,所以都認(rèn)為自己已經(jīng)享有了對(duì)總線的控制權(quán),于是發(fā)送標(biāo)識(shí)符的第二位。由于節(jié)點(diǎn)1和節(jié)點(diǎn)2發(fā)送的是顯性位,總線狀態(tài)還是0,因此它們還會(huì)接著往后發(fā)送數(shù)據(jù)。但對(duì)節(jié)點(diǎn)0而言,它發(fā)送的數(shù)據(jù)與檢測(cè)到的總線狀態(tài)不一致,它就知道自己已經(jīng)喪失了對(duì)總線的使用權(quán),就會(huì)自動(dòng)停止發(fā)送數(shù)據(jù)并進(jìn)入接收消息狀態(tài);同時(shí)保存有關(guān)信息,以備總線狀態(tài)允許時(shí)還能重新發(fā)送。剩下的節(jié)點(diǎn)1和節(jié)點(diǎn)2繼續(xù)發(fā)送動(dòng)作,直到標(biāo)識(shí)符的第6位時(shí),由于前者為隱性、后者為顯性,所以節(jié)點(diǎn)1失去了對(duì)總線的使用權(quán),最終只留下節(jié)點(diǎn)2獨(dú)占總線并將數(shù)據(jù)發(fā)送到底。二、CAN總線協(xié)議(五)仲裁29.2CAN總線用CAN進(jìn)行通信的一大優(yōu)點(diǎn)就是能保證數(shù)據(jù)在高速傳輸?shù)耐瑫r(shí)具有令人滿意的可靠性,這主要應(yīng)歸功于它卓越的出錯(cuò)處理機(jī)制。二、CAN總線協(xié)議(六)錯(cuò)誤對(duì)策29.2CAN總線CAN用到了5種錯(cuò)誤檢測(cè)方法。其中3種是針對(duì)消息幀本身的,2種是針對(duì)消息幀中的各個(gè)位的。1)循環(huán)冗余碼校驗(yàn)(CyclicalRedundancyCheck,CRC)。這是數(shù)據(jù)通信中常見的查錯(cuò)方法。2)幀形式校驗(yàn)。前面介紹過CAN報(bào)文的4種類型,每種都有其特定的位場形式。CAN能檢測(cè)報(bào)文中固定格式的位場里出現(xiàn)的非法位,格式不合法的消息立即會(huì)被取消掉,以免浪費(fèi)總線資源。3)應(yīng)答錯(cuò)誤校驗(yàn)。接收器在讀取完總線傳過來的一個(gè)消息以前,會(huì)在應(yīng)答場的傳輸期間往總線上設(shè)置一個(gè)顯性位,相當(dāng)于向發(fā)送器通知了一聲“收到”。應(yīng)答錯(cuò)誤檢測(cè)就是發(fā)送器監(jiān)聽?wèi)?yīng)答場內(nèi)總線上有無顯性狀態(tài),若沒有,則表明消息沒有被接收或接收出錯(cuò),需要再次發(fā)送。4)位監(jiān)測(cè)。發(fā)送器在向總線寫入數(shù)據(jù)的時(shí)候也在記錄總線狀態(tài),這樣就可以監(jiān)測(cè)到自身的發(fā)送動(dòng)作是否正常。前面介紹的優(yōu)先權(quán)仲裁過程就用到了這種方法。5)位填充。每個(gè)幀的幀起始、仲裁場、控制場、數(shù)據(jù)場和CRC序列幀段均為以位填充的方式進(jìn)行編碼,就是說發(fā)送器在發(fā)送位流中每監(jiān)測(cè)到5個(gè)連續(xù)的相同狀態(tài)位時(shí),它會(huì)在實(shí)際發(fā)送位流中自動(dòng)插入一個(gè)補(bǔ)碼位。所以,當(dāng)總線上出現(xiàn)6個(gè)連續(xù)的相同狀態(tài)時(shí),這將違背位填充規(guī)則,表明數(shù)據(jù)傳輸有錯(cuò)誤。二、CAN總線協(xié)議(六)錯(cuò)誤對(duì)策29.2CAN總線如果至少一個(gè)節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)到錯(cuò)誤,該節(jié)點(diǎn)將立即放棄當(dāng)前的數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)程并發(fā)送一個(gè)錯(cuò)誤幀。錯(cuò)誤幀的標(biāo)識(shí)符包含6個(gè)連續(xù)的顯性位,這顯然違背位填充規(guī)則,結(jié)果所有的節(jié)點(diǎn)均監(jiān)測(cè)到了位填充錯(cuò)誤,相當(dāng)于錯(cuò)誤狀態(tài)被通知到了CAN全局。接下來,CAN需要判斷總線上到底出現(xiàn)了什么樣的錯(cuò)誤,這就是錯(cuò)誤界定。CAN大體上將錯(cuò)誤分為臨時(shí)性錯(cuò)誤和長期性錯(cuò)誤兩大類。前者主要由外部因素引起,如總線上驅(qū)動(dòng)電壓波形不規(guī)整、有劍鋒或毛刺時(shí),其數(shù)據(jù)傳輸性能會(huì)受到一定程度的短期干擾。長期性錯(cuò)誤則主要由網(wǎng)絡(luò)組件的非正常狀況引起,比如接觸不良、線路故障、發(fā)送器或接收器失效等。當(dāng)然,持久的外部干擾也會(huì)導(dǎo)致長期性錯(cuò)誤的產(chǎn)生二、CAN總線協(xié)議(六)錯(cuò)誤對(duì)策29.2CAN總線CAN采用對(duì)錯(cuò)誤計(jì)數(shù)的策略作為區(qū)分臨時(shí)和長期這兩種錯(cuò)誤的依據(jù)。具體來說,CAN中每個(gè)具有數(shù)據(jù)通信能力的網(wǎng)絡(luò)單元內(nèi)部都集成有一個(gè)發(fā)送錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器和接收錯(cuò)誤的計(jì)數(shù)器,當(dāng)該單元在數(shù)據(jù)發(fā)送階段出現(xiàn)一次錯(cuò)誤時(shí),其發(fā)送錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器自加8;在數(shù)據(jù)接收階段出現(xiàn)一次錯(cuò)誤時(shí),其接收錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器自加1;在相應(yīng)計(jì)數(shù)器內(nèi)容非0的情況下,網(wǎng)絡(luò)單元每成功發(fā)送一幀,發(fā)送錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器就自減1,當(dāng)它大于127時(shí)被置為119~127之間的任意值。這樣,如果某個(gè)網(wǎng)絡(luò)單元的錯(cuò)誤計(jì)數(shù)在不斷增長,就說明該單元的數(shù)據(jù)通信在頻繁發(fā)生故障。當(dāng)計(jì)數(shù)器的內(nèi)容超過一定閾值時(shí),可以認(rèn)為該故障就是由于長期性錯(cuò)誤引起的。表29-3中列出了CAN在一定實(shí)際應(yīng)用中根據(jù)錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器內(nèi)容界定錯(cuò)誤級(jí)別的情況。查出了錯(cuò)誤、評(píng)價(jià)等級(jí)之后,CAN應(yīng)該決定采取何種“善后”措施。表29-3中的“節(jié)點(diǎn)狀態(tài)”一欄就是對(duì)應(yīng)于不同程度的錯(cuò)誤,節(jié)點(diǎn)動(dòng)作的各種模式。二、CAN總線協(xié)議(六)錯(cuò)誤對(duì)策29.2CAN總線二、CAN總線協(xié)議(六)錯(cuò)誤對(duì)策29.2CAN總線如果某節(jié)點(diǎn)接收或發(fā)送錯(cuò)誤的計(jì)數(shù)器內(nèi)容大于0小于128,該節(jié)點(diǎn)即進(jìn)入錯(cuò)誤-激活模式,它的數(shù)據(jù)通信功能不會(huì)受到任何影響,但節(jié)點(diǎn)處于警戒狀態(tài)。當(dāng)錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器的內(nèi)容等于96時(shí),節(jié)點(diǎn)會(huì)向CAN的上層控制模塊發(fā)出一次警報(bào)。處于錯(cuò)誤-激活模式的節(jié)點(diǎn)每成功接收或發(fā)送一次報(bào)文,錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器都自減1。這樣,如果沒有進(jìn)一步產(chǎn)生錯(cuò)誤,兩種錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器內(nèi)容會(huì)逐漸減少,兩者均為0時(shí),節(jié)點(diǎn)從錯(cuò)誤-激活模式回歸正常狀態(tài)。如果某節(jié)點(diǎn)接收或發(fā)送錯(cuò)誤的計(jì)數(shù)器內(nèi)容大于127小于255,該節(jié)點(diǎn)即進(jìn)入錯(cuò)誤-認(rèn)可模式,其數(shù)據(jù)通信功能不會(huì)受到影響,但在檢測(cè)到錯(cuò)誤時(shí)節(jié)點(diǎn)發(fā)出的錯(cuò)誤標(biāo)志由6個(gè)連續(xù)的隱性位組成,而不是像正常的那樣由6個(gè)連續(xù)的顯性位構(gòu)成。該模式下,節(jié)點(diǎn)每成功地接收或發(fā)送一次消息,錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器的內(nèi)容會(huì)自動(dòng)被設(shè)置成119~127之間的任意值,從而轉(zhuǎn)為錯(cuò)誤-激活模式。如果某節(jié)點(diǎn)接收或發(fā)送錯(cuò)誤的計(jì)數(shù)器內(nèi)容大于255,該節(jié)點(diǎn)即進(jìn)入總線脫離模式。由于CAN認(rèn)定其發(fā)生了長期性錯(cuò)誤,節(jié)點(diǎn)將完全無法參與任何數(shù)據(jù)通信活動(dòng)?？偩€脫離狀態(tài)的節(jié)點(diǎn)有兩種方法可以進(jìn)入錯(cuò)誤-激活模式:一是被動(dòng)響應(yīng)用戶發(fā)出的強(qiáng)制恢復(fù)請(qǐng)求;二是主動(dòng)監(jiān)測(cè)到總線上出現(xiàn)了128次11個(gè)連續(xù)的隱性位。二、CAN總線協(xié)議(六)錯(cuò)誤對(duì)策29.2CAN總線CAN總線源于歐洲,一開始是專為汽車電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的,并逐漸成為歐洲汽車業(yè)的主要行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。隨著應(yīng)用的深入,CAN總線以其獨(dú)到的理念、顯著的優(yōu)勢(shì)和可靠的性能日益受到全球工業(yè)界的青睞,逐漸被應(yīng)用到了火車、輪船、機(jī)器人等領(lǐng)域。用于傳統(tǒng)車輛上的線束展開后長約1600m,有近300個(gè)接頭,重達(dá)35kg,成本超過1000美元,一直是制約汽車成本和可靠性的關(guān)鍵因素之一。如果傳統(tǒng)線束能被CAN總線完全取代,上述成本將明顯降低,而數(shù)據(jù)傳輸能力會(huì)顯著提高,控制系統(tǒng)也容易滿足傳統(tǒng)線束難以勝任的實(shí)時(shí)性、可靠性要求。巨大的經(jīng)濟(jì)效益,強(qiáng)烈地吸引著一些全球知名的大型電子設(shè)備供應(yīng)商。Intel、Motorola、Honeywell、NEC、Siemens和Philips等公司在CAN總線技術(shù)問世不久,就積極致力于研發(fā)支持CAN總線的相關(guān)產(chǎn)品,為CAN總線的應(yīng)用提供了豐富的軟、硬件資源,為CAN總線的普及奠定了基礎(chǔ)。概括起來,這些與CAN總線有關(guān)的產(chǎn)品有硬件設(shè)備、周邊軟件、系統(tǒng)方案3大類。三、CAN總線的應(yīng)用29.2CAN總線硬件設(shè)備主要指那些能參與構(gòu)建基于CAN的控制系統(tǒng),并能實(shí)現(xiàn)部分或全部CAN協(xié)議所規(guī)定的通信功能的電器產(chǎn)品,與CAN相關(guān)的產(chǎn)品見表29-4。三、CAN總線的應(yīng)用(一)硬件設(shè)備29.2CAN總線圖29-9所示為構(gòu)建一個(gè)功能比較齊備的CAN節(jié)點(diǎn)所用到的硬件設(shè)備的組織原理圖。CANH和CANL是CAN的兩根通信線,CAN的驅(qū)動(dòng)/接收器和管理模塊合起來相當(dāng)于一個(gè)簡單的CAN控制器,再加上微控制器、儲(chǔ)存器、I/O通道等就構(gòu)成了一個(gè)完整的具有3路獨(dú)立的I/O通道、在片EEPROM和Flash的CAN微控制器。所以,該圖也可以看成是一種CAN微控制器的片內(nèi)結(jié)構(gòu)框架圖。三、CAN總線的應(yīng)用(一)硬件設(shè)備29.2CAN總線開發(fā)環(huán)境是指那些專門針對(duì)CAN設(shè)計(jì)的開發(fā)環(huán)境和編程語言。有了它們,用戶在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中也能對(duì)基于CAN的控制系統(tǒng)進(jìn)行模擬、監(jiān)控和調(diào)試。德國Vector公司推出了針對(duì)CAN產(chǎn)品應(yīng)用的開發(fā)工具CANoe、CANalyzer。在工程實(shí)踐中,通常使用DBC(DatabaseCAN)文件對(duì)CAN網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和屬性進(jìn)行定義。下面,基于CANdb++Editor軟件簡要對(duì)DBC文件開發(fā)流程進(jìn)行介紹。三、CAN總線的應(yīng)用(二)周邊軟件開發(fā)流程及工具29.2CAN總線1.通信矩陣設(shè)計(jì)(1)信號(hào)列表信號(hào)列表中包含了CAN網(wǎng)絡(luò)中的各個(gè)信號(hào)。以ECU為參考進(jìn)行劃分,信號(hào)總體上分為兩類:一種是從網(wǎng)絡(luò)接收的信號(hào);另一種是發(fā)送的信號(hào)。信號(hào)列表中包括信號(hào)名稱、信號(hào)長度、精度、偏移量、物理值范圍、默認(rèn)值、無效值、單位、希望周期等。三、CAN總線的應(yīng)用(二)周邊軟件開發(fā)流程及工具29.2CAN總線(2)通信矩陣1)標(biāo)識(shí)符。與前文中關(guān)于標(biāo)識(shí)符的描述一致。這里對(duì)標(biāo)識(shí)符展開介紹,具體可參考圖29-10。其中8~10位消息組描述了不同報(bào)文類型:應(yīng)用、發(fā)送類型、網(wǎng)絡(luò)管理、診斷和開發(fā)。0~7位不同的消息組有不同的含義:對(duì)于應(yīng)用報(bào)文類型,表示次級(jí)優(yōu)先級(jí)或者次級(jí)消息組、用于報(bào)文過濾的尋址信息或者簡單的序列號(hào);對(duì)于網(wǎng)絡(luò)管理或診斷類型,用于ECU地址標(biāo)識(shí);對(duì)于開發(fā)類型,用于次級(jí)消息組(ECU特有/標(biāo)定)以及序列號(hào)。三、CAN總線的應(yīng)用(二)周邊軟件開發(fā)流程及工具29.2CAN總線2)信號(hào)影射。信號(hào)在報(bào)文中的位置取決于位順序和字節(jié)順序?？蓞⒖紙D29-11理解位順序和字節(jié)順序兩個(gè)概念。位順序:在一個(gè)字節(jié)中,位可以升序或者降序排列,即最高有效位(MostSignificantBit)處于字節(jié)的最左邊還是最右邊。字節(jié)順序:對(duì)于長度超過一個(gè)字節(jié)的信號(hào),需要考慮在報(bào)文中的順序。報(bào)文封裝需要滿足多個(gè)原則,如同一報(bào)文所有信號(hào)須由同一節(jié)點(diǎn)提供,同一報(bào)文的所有信號(hào)的發(fā)送時(shí)機(jī)應(yīng)盡可能相同,信號(hào)應(yīng)從每個(gè)字節(jié)的起始位開始排列,信號(hào)應(yīng)排列緊湊等。圖中,msb為mostsignificantbit;lsb為leastsignificantbit;MSB為MostSignificantByte;LSB為LeastSignificantByte。三、CAN總線的應(yīng)用(二)周邊軟件開發(fā)流程及工具29.2CAN總線3)報(bào)文發(fā)送方式。周期型是報(bào)文以一定的時(shí)間間隔發(fā)送;事件型是報(bào)文中所規(guī)定的信號(hào)值發(fā)生改變的事件觸發(fā)方式;使能型是指報(bào)文在只要有一個(gè)觸發(fā)信號(hào)的信號(hào)約束條件滿足,須以快速周期事件發(fā)送;周期事件型是周期型和事件型的組合,報(bào)文以周期時(shí)間周期性發(fā)送,當(dāng)事件觸發(fā)時(shí),在報(bào)文中插入事件報(bào)文;周期使能型是指周期型和使能型的組合,報(bào)文以周期性發(fā)送,只要有一個(gè)觸發(fā)信號(hào)約束條件滿足,以快速周期時(shí)間發(fā)送。三、CAN總線的應(yīng)用(二)周邊軟件開發(fā)流程及工具29.2CAN總線(3)信號(hào)的可靠性確保信號(hào)可靠性的機(jī)制包括:checksum校驗(yàn)和算法,可以防止信號(hào)改變;heartbeat信號(hào)維持不變,防止報(bào)文丟失,避免應(yīng)用程序誤操作。(4)優(yōu)化準(zhǔn)則其首要準(zhǔn)則包括延時(shí)、負(fù)載率、CPU負(fù)載率;次要準(zhǔn)則包括靈活性和復(fù)用性、魯棒性、網(wǎng)關(guān)路由。靈活性和復(fù)用性可以保證重用ECU標(biāo)識(shí)符的穩(wěn)定性,將含義類似的信號(hào)組合。魯棒性保障重要的信息周期發(fā)送(周期事件型)。網(wǎng)關(guān)路由將網(wǎng)關(guān)路由的信號(hào)進(jìn)行組合。三、CAN總線的應(yīng)用(二)周邊軟件開發(fā)流程及工具29.2CAN總線2.基于CANdb++Editor的DBC文件開發(fā)根據(jù)前文中所定義的通信矩陣,結(jié)合軟件進(jìn)行如下操作:1)創(chuàng)建一個(gè)CAN數(shù)據(jù)庫文件。2)創(chuàng)建信號(hào)要用到的數(shù)值表。3)創(chuàng)建信號(hào),關(guān)聯(lián)信號(hào)的數(shù)值表。4)創(chuàng)建報(bào)文。5)創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。6)將信號(hào)、報(bào)文及網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行關(guān)聯(lián)鏈接。7)創(chuàng)建或?qū)胱远x屬性,并進(jìn)行修改。8)一致性檢查。三、CAN總線的應(yīng)用(二)周邊軟件開發(fā)流程及工具29.2CAN總線車載網(wǎng)絡(luò)對(duì)帶寬需求的提高阻礙了CAN的應(yīng)用,因?yàn)镃AN的通信速率限制在1Mbit/s。為了縮小CAN和其他協(xié)議之間的差距,對(duì)CAN進(jìn)行了兩個(gè)方面的改進(jìn):①支持位速率大于1Mbit/s;②支持負(fù)載每幀大于8字節(jié)。使用一種新的幀格式實(shí)現(xiàn)了這一功能,其中可以在①中將幀內(nèi)部切換為更快的比特率,并為②使用不同的數(shù)據(jù)長度碼。此新協(xié)議稱為“具有靈活數(shù)據(jù)速率的CAN”或CANFD。CANFD協(xié)議控制器還能夠執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)的CAN通信?？梢栽谔囟ǖ牟僮髂Ｊ较率褂肅ANFD,如軟件空閑時(shí)可以下載,而其他不支持CANFD的控制器則處于待機(jī)狀態(tài)。CANFD采用了在控制字段中具有附加位的CANFD幀格式,以啟用新選項(xiàng)和新CRC序列,確保具有與現(xiàn)有CAN協(xié)議相同的Hamming距離的更長幀,并對(duì)兩個(gè)比特率進(jìn)行配置。四、CANFD29.2CAN總線修改方案與原協(xié)議之間的相似性避免了對(duì)主要軟件的修改。CAN的帶寬限制與其最大優(yōu)勢(shì)之一緊密相連,這一優(yōu)勢(shì)就是用于媒體訪問控制的無損仲裁機(jī)制。這種機(jī)制要求在任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的信號(hào)傳播時(shí)間小于一個(gè)比特時(shí)間的一半,為比特率以及總線長度定義了一個(gè)上限。因此,增加CAN比特速率的新概念主要通過兩種措施來避免此限制。一種是將CAN的多主站總線更改為星形(或樹形)拓?fù)?其中在活動(dòng)星形內(nèi)部執(zhí)行仲裁(甚至消息路由);另一種是輔助使用兩個(gè)交替的比特速率,并在仲裁后從較低的比特速率切換到較高的比特速率。CANFD的開發(fā)目標(biāo)是在不改變大多數(shù)軟件和硬件(尤其是物理層)的情況下增加CAN網(wǎng)絡(luò)的帶寬。原有CAN協(xié)議控制器使用CANFD選項(xiàng)進(jìn)行增強(qiáng)。新的幀格式利用了CAN的保留位,通過這些位,節(jié)點(diǎn)可以在接收期間區(qū)分幀格式。CANFD協(xié)議控制器可以參與標(biāo)準(zhǔn)的CAN通信,這樣可以將CANFD節(jié)點(diǎn)逐步引入標(biāo)準(zhǔn)CAN系統(tǒng)中。四、CANFD29.2CAN總線1)可變比特速率的實(shí)現(xiàn)。CANFD控制場中EDL表示擴(kuò)展數(shù)據(jù)長度,BRS表示是否改變比特速率,ESI為錯(cuò)誤狀態(tài)指示。如圖29-12所示,從控制場中的BRS到ACK之前的部分比特速率可變,其余部分均采用原來的CAN協(xié)議比特速率。兩種速率各有一套時(shí)間定義寄存器,它們除了采用不同的位時(shí)間單位以外,位時(shí)間各段的分配比例也可不同。四、CANFD29.2CAN總線2)CRC校驗(yàn)機(jī)制。在CANFD協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)化的過程中,通信的可靠性也得到了提高。由于數(shù)據(jù)長度不同,當(dāng)數(shù)據(jù)長度大于8字節(jié)時(shí),CANFD使用兩種新的BCH型CRC多項(xiàng)式進(jìn)行校驗(yàn)。四、CANFD總之,CANFD是一種新協(xié)議,結(jié)合了CAN的核心功能和更高的數(shù)據(jù)速率。對(duì)于汽車應(yīng)用,CANFD的目標(biāo)是達(dá)到現(xiàn)有CAN收發(fā)器的平均數(shù)據(jù)速率為2.5Mbit/s,從而產(chǎn)生與低速FlexRay網(wǎng)絡(luò)相同的有效負(fù)載,最多支持64位數(shù)據(jù)發(fā)送。從CAN系統(tǒng)到CANFD系統(tǒng)的移植路徑很容易,因?yàn)榭梢员Ａ鬋AN應(yīng)用軟件(除配置外)。CANFD控制器可以在CAN系統(tǒng)中運(yùn)行。博世CANIP模塊當(dāng)前已被適配為可選地支持CANFD協(xié)議。第三節(jié)其他車載網(wǎng)絡(luò)25.3其他車載網(wǎng)絡(luò)本地互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)(LocalInterconnectNetwork,LIN)總線標(biāo)準(zhǔn)是于1998年作為多家生產(chǎn)廠家和系統(tǒng)開發(fā)公司合作開發(fā)的結(jié)果而公布的,2.2版本的標(biāo)準(zhǔn)是在2010年公布的。LIN總線是針對(duì)汽車分布式電子系統(tǒng)而定義的一種低成本的串行通信網(wǎng)絡(luò),是對(duì)控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(CAN)等其他汽車多路網(wǎng)絡(luò)的一種補(bǔ)充,適用于對(duì)網(wǎng)絡(luò)的帶寬、性能或容錯(cuò)功能沒有過高要求的應(yīng)用。其目標(biāo)定位于車身網(wǎng)絡(luò)模塊節(jié)點(diǎn)間的低端通信,主要用于智能傳感器和執(zhí)行器的串行通信,而這正是CAN總線的帶寬和功能所不要求的部分。一、LIN總線25.3其他車載網(wǎng)絡(luò)在CAN總線系統(tǒng)中,每個(gè)節(jié)點(diǎn)是平等的,屬于多主系統(tǒng)。與CAN不同,根據(jù)圖29-13的LIN系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以看出,圖中描述的是一個(gè)主機(jī)節(jié)點(diǎn)及多個(gè)從機(jī)節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu),屬于單主系統(tǒng)。通信的運(yùn)行是以“任務(wù)”展開的,這些任務(wù)形成了消息的一部分,這些消息將在主機(jī)節(jié)點(diǎn)和從機(jī)節(jié)點(diǎn)間交換。因?yàn)橹鳈C(jī)節(jié)點(diǎn)也會(huì)處于接收消息的狀態(tài),所以主機(jī)節(jié)點(diǎn)也會(huì)被要求完成從機(jī)節(jié)點(diǎn)的任務(wù)。這種結(jié)構(gòu)的通信關(guān)系可能發(fā)生在從機(jī)節(jié)點(diǎn)之間,也可能發(fā)生在主、從機(jī)節(jié)點(diǎn)之間。LIN總線不用節(jié)點(diǎn)地址,而是應(yīng)用消息中的消息ID,LIN協(xié)議作為面向消息的協(xié)議,能夠?qū)崿F(xiàn)廣播通信及組播通信。一、LIN總線25.3其他車載網(wǎng)絡(luò)LIN總線在汽車中一般不獨(dú)立存在,通常會(huì)與上層CAN總線相連,形成CAN-LIN網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)。圖29-14所示為圖29-3的舒適性/車身總線部分,該部分主要由CAN總線和LIN總線組成。圖中車身控制模塊、雨量/光線傳感器、天窗控制模塊和防夾門窗電動(dòng)機(jī)是該LIN總線系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn),其中車身控制模塊是主機(jī)節(jié)點(diǎn),其他三個(gè)是從機(jī)節(jié)點(diǎn)。同時(shí),車身控制模塊又作為CAN總線的一個(gè)節(jié)點(diǎn),并充當(dāng)CAN-LIN網(wǎng)關(guān)將LIN總線與上層CAN總線相連。一、LIN總線25.3其他車載網(wǎng)絡(luò)LIN總線的訪問處理,用主-從方法進(jìn)行仲裁。主機(jī)節(jié)點(diǎn)依據(jù)一個(gè)發(fā)送時(shí)間表控制通信的時(shí)間。首先發(fā)送的是主機(jī)節(jié)點(diǎn)任務(wù)消息的第一部分——消息頭(圖29-15)。因?yàn)橄㈩^中包含有消息ID,被這消息頭呼喚的從機(jī)節(jié)點(diǎn)任務(wù)發(fā)出消息的響應(yīng)部分。消息頭和消息響應(yīng)合在一起為一個(gè)“幀”。一、LIN總線25.3其他車載網(wǎng)絡(luò)表29-5是LIN和CAN協(xié)議在車身應(yīng)用中的主要特性比較。與CAN相比,LIN由于采用了12V的低成本單線傳輸、基于標(biāo)準(zhǔn)的UART/SC接口的低成本硬件、無石英或陶瓷振蕩器的從機(jī)節(jié)點(diǎn),從而降低了硬件平臺(tái)的成本。另外,LIN的最高速率為20kbit/s,完全可以滿足低端的大多數(shù)應(yīng)用對(duì)象對(duì)傳輸速率的要求。所以LIN以較低的成本實(shí)現(xiàn)了開關(guān)型器件之間的網(wǎng)絡(luò)通信,有效地支持了汽車中分布式機(jī)械電子節(jié)點(diǎn)的應(yīng)用,彌補(bǔ)了CAN在低端通信成本高的不足。一、LIN總線25.3其他車載網(wǎng)絡(luò)一、LIN總線25.3其他車載網(wǎng)絡(luò)電子控制單元、軟件和數(shù)據(jù)通信功能對(duì)于現(xiàn)代的汽車功能實(shí)現(xiàn)至關(guān)重要。如果汽車系統(tǒng)采用機(jī)械和液壓部件實(shí)現(xiàn)功能將會(huì)大幅提高制造成本。BRITE(BasicResearchinIndustrialTechnology)和EURAM(EuropeanResearchinAdvancedMaterials)是歐盟為了促進(jìn)新技術(shù)發(fā)展而開展的兩個(gè)重要項(xiàng)目。為了提高安全性,BRITE/EURAM-Ⅲ工程在1996年至1998年期間進(jìn)行了車輛安全性相關(guān)的容錯(cuò)系統(tǒng)開發(fā)(X-By-Wire)。X-By-Wire系統(tǒng)以控制單元取代了原有的機(jī)械和液壓部件,它實(shí)現(xiàn)了汽車執(zhí)行器之間的線束連接,不再采用液壓管路或者機(jī)械軸的連接。必須確保汽車主要的安全相關(guān)的功能在硬件失效(如損壞、短路、傳感器失效)、軟件報(bào)錯(cuò)、電源中斷等情況下仍然是可用的。數(shù)據(jù)通信技術(shù)是X-By-Wire系統(tǒng)中重要的組成部分。實(shí)時(shí)性、容錯(cuò)性、可靠性以及高數(shù)據(jù)傳輸率是系統(tǒng)的基本要求。大量的車輛生產(chǎn)廠商調(diào)查研究得出結(jié)論:目前開發(fā)的數(shù)據(jù)通信技術(shù),即使是在量產(chǎn)車中應(yīng)用的技術(shù),也不能滿足X-By-Wire系統(tǒng)的使用要求。于是在2000年9月,汽車制造商BMW和Daimler聯(lián)合Motorola、Philips半導(dǎo)體制定了FlexRay聯(lián)盟。這個(gè)聯(lián)盟致力于推動(dòng)FlexRay通信系統(tǒng)成為高速汽車網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。其核心成員有BMW、VW、Daimler、GM、Bosch、NXP和Freescale,高級(jí)成員包括德爾福、福特、雷諾和豐田,普通成員包括工具供應(yīng)商,如dSPACE、ETAS和softing。二、FlexRay(一)發(fā)展歷史和總覽25.3其他車載網(wǎng)絡(luò)作為汽車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn),FlexRay具有以下優(yōu)點(diǎn):1)數(shù)據(jù)傳輸速率高。FlexRay的最大傳輸速率為每通道10Mbit/s,明顯高于以前在車身和動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)或底盤方面所用的數(shù)據(jù)總線。2)確定性(實(shí)時(shí))數(shù)據(jù)傳輸。FlexRay是一種時(shí)間觸發(fā)總線系統(tǒng),它也可以通過事件觸發(fā)方式進(jìn)行部分?jǐn)?shù)據(jù)傳輸。在時(shí)間控制區(qū)域內(nèi),時(shí)隙分配給確定的信息。3)數(shù)據(jù)通信容錯(cuò)。如圖29-16所示,FlexRay可以使用兩個(gè)相互獨(dú)立的信道實(shí)現(xiàn)冗余數(shù)據(jù)傳輸,每個(gè)信道由一組雙線導(dǎo)線組成,一個(gè)信道失靈時(shí),該信道應(yīng)傳輸?shù)男畔⒖稍诹硪粭l沒有故障的信道上傳輸。4)靈活性。FlexRay拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)豐富多樣,可以針對(duì)不同的應(yīng)用場景實(shí)現(xiàn)不同結(jié)構(gòu)的