智能網(wǎng)聯(lián)汽車數(shù)據(jù)采集 課件 模塊7 智能網(wǎng)聯(lián)車載通信接入技術與工程實踐

智能網(wǎng)聯(lián)汽車數(shù)據(jù)采集模塊七：智能網(wǎng)聯(lián)車載通信接入技術與工程實踐7一、汽車總線技術二、汽車總線通信接口與協(xié)議三、車載以太網(wǎng)崗位任務八汽車總線接入與調(diào)試010203學習目標●能列舉智能網(wǎng)聯(lián)車載通信的類型及其優(yōu)缺點?！衲苊枋銎嚫鞣N總線的網(wǎng)絡協(xié)議分層結構及其網(wǎng)絡幀?！衲苊枋銎嘋AN總線的通信接口中DBC文件。●能描述車載以太網(wǎng)的優(yōu)勢、拓撲結構、鏈路層協(xié)議、應用層協(xié)議?！衲苁炀氝\用智能網(wǎng)聯(lián)車載通信數(shù)據(jù)采集相關的專業(yè)術語。知識目標SEVEN模塊七：智能網(wǎng)聯(lián)車載通信接入技術與工程實踐●能辨別汽車總線的類型以及其信息傳輸?shù)倪^程?！衲軐嵤┢嚳偩€在ROS環(huán)境下調(diào)試。技能目標●養(yǎng)成查閱資料的學習習慣，并提高結合實際的能力。●了解現(xiàn)階段使用的智能網(wǎng)聯(lián)車載通信技術，熟悉各類車載通信網(wǎng)絡的特點及其使用，可在不同的需求下進行車載通信網(wǎng)絡選擇。素質(zhì)目標Seven模塊七：智能網(wǎng)聯(lián)車載通信接入技術與工程實踐一、汽車總線技術傳統(tǒng)的電氣網(wǎng)絡已經(jīng)不適合現(xiàn)代汽車電子系統(tǒng)的發(fā)展，因此產(chǎn)生了汽車總線。汽車總線技術是汽車內(nèi)部導線采用的總線控制的一種技術。汽車總線主要有:CAN總線（控制器局域網(wǎng)）LIN總線（局部互聯(lián)協(xié)議）CANFD總線FlexRay總線用于汽車多媒體、導航的MOST總線等。Seven模塊七：智能網(wǎng)聯(lián)車載通信接入技術與工程實踐一、汽車總線技術（一）CAN總線CAN總線（ControllerAreaNetwork，控制器局域網(wǎng)），是德國博世公司在1985年為了解決汽車上眾多測試儀器與控制單元之間的數(shù)據(jù)傳輸而開發(fā)的一種支持分布式控制的串行數(shù)據(jù)通信總線。CAN總線分為高速CAN總線和低速CAN總線。高速CAN總線是動力型總線，采用硬線，速度為500kbit/s，主要連接ABS、ECD等；低速CAN總線是舒適型總線，速度為125kbit/s，主要連接儀表、防盜系統(tǒng)。Seven模塊七：智能網(wǎng)聯(lián)車載通信接入技術與工程實踐一、汽車總線技術（一）CAN總線CAN總線的特點:1、多主控制；2、消息發(fā)送；3、系統(tǒng)的柔軟性；4、高速與遠距離；5、錯誤檢測功能；6、故障封閉；7、連接CAN總線具有實時性強、價格低、可靠性強、結構簡單、互操作性好、傳輸速度快、靈活性高、協(xié)議具有完整的錯誤處理機制等特點。Seven模塊七：智能網(wǎng)聯(lián)車載通信接入技術與工程實踐一、汽車總線技術（一）CAN總線CAN總線網(wǎng)絡幀:CAN數(shù)據(jù)網(wǎng)絡傳輸?shù)膸饕〝?shù)據(jù)幀、遠程幀、錯誤幀和過載幀。數(shù)據(jù)幀用于傳輸數(shù)據(jù)，主要由幀起始、仲裁域、控制域、數(shù)據(jù)域、CRC校驗、應答域和幀結束構成。遠程幀主要用于接收單元向發(fā)送單元請求主動發(fā)送數(shù)據(jù)，包含數(shù)據(jù)幀中除了數(shù)據(jù)段以外的部分，其實質(zhì)是沒有數(shù)據(jù)段的數(shù)據(jù)幀。錯誤幀用于在接收和發(fā)送消息時檢測出錯誤并向網(wǎng)絡節(jié)點通知錯誤發(fā)出的幀，主要包含錯誤標志和錯誤界定符。過載幀傳輸過程中，當總線數(shù)據(jù)傳輸量過大，接收節(jié)點對接收的數(shù)據(jù)無法及時處理時，會在相鄰的兩個數(shù)據(jù)幀之間穿插發(fā)送一個過載幀，以告求發(fā)送節(jié)點延遲下一幀消息的發(fā)送。Seven模塊七：智能網(wǎng)聯(lián)車載通信接入技術與工程實踐一、汽車總線技術（二）LIN總線LIN（LocalInterconnectNetwork，局部連接網(wǎng)絡），是專門為汽車開發(fā)的一種低成本串行通信網(wǎng)絡，用于實現(xiàn)汽車中的分布式電子系統(tǒng)控制。LIN的數(shù)據(jù)傳輸速率為20kbit/s，屬于低速網(wǎng)絡，媒體訪問方式為單主多從，輔助CAN總線工作。在不需要CAN總線的帶寬和多功能的場合，使用LIN總線可大大降低成本。其設計的主要目的是給出一個低價、性能可靠的低速網(wǎng)絡，定位于汽車網(wǎng)絡層次結構的低端網(wǎng)絡通用協(xié)議，用來取代目前的低端總線系統(tǒng)。Seven模塊七：智能網(wǎng)聯(lián)車載通信接入技術與工程實踐一、汽車總線技術（二）LIN總線LIN總線的特點靈活性好。一條LIN總線最多可以連接16個節(jié)點，共有64個標識符。單線連接，傳輸速率最高可達20kbit/s。降低了硬件成本。網(wǎng)絡通信具有可預期性，信號傳播時間可預先計算。優(yōu)化了網(wǎng)絡結構，提高網(wǎng)絡效率和可靠性。Seven模塊七：智能網(wǎng)聯(lián)車載通信接入技術與工程實踐一、汽車總線技術（二）LIN總線LIN總線網(wǎng)絡通信方式包括主—從通信模式和從—從通信模式。1）主—從通信模式主節(jié)點傳輸信息ID，進而發(fā)送數(shù)據(jù)傳輸命令。網(wǎng)上所有LIN節(jié)點將該信息進行轉(zhuǎn)換，然后再進行相應的操作。式將大部分調(diào)度操作轉(zhuǎn)移到主節(jié)點上，從而簡化其他節(jié)點操作。因此，LIN從節(jié)點硬件大幅減少，甚至可能減少為單個狀態(tài)設備。速度緩慢，LIN節(jié)點很難及時地接收和處理數(shù)據(jù)，并有選擇性地將它傳輸給其他節(jié)點。2）從—從通信模式各個信息幀上的節(jié)點共用信息，從而極大地提高響應速度。各個從節(jié)點的時鐘源未知，因此節(jié)點將數(shù)據(jù)傳輸?shù)骄W(wǎng)絡時（根據(jù)主節(jié)點請求），數(shù)據(jù)可能發(fā)生漂移。主節(jié)點有一個精確度很高的時鐘，數(shù)據(jù)漂移有較大的誤差范圍，但另一個接收數(shù)據(jù)的LIN從節(jié)點沒有，這會導致數(shù)據(jù)誤譯。這種情況下，主節(jié)點不顯示，從—從通信模式已經(jīng)失效。Seven模塊七：智能網(wǎng)聯(lián)車載通信接入技術與工程實踐一、汽車總線技術（二）LIN總線LIN報文幀LIN總線上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)有確定的格式，稱作報文幀，它由報頭和響應組成。報頭由主任務提供，響應由主任務或從任務提供。報頭由同步間隔場、同步場和標識符場組成；響應由數(shù)據(jù)場和校驗和場組成；報頭和響應由幀內(nèi)響應空間分隔。Seven模塊七：智能網(wǎng)聯(lián)車載通信接入技術與工程實踐一、汽車總線技術（三）CANFD總線CANFD總線是CAN總線的升級版。CANFD的改進：采用兩種方式提高通信效率。在控制場中的BRS位到ACK場之前為可變速率，其余部分為CAN原速率。數(shù)據(jù)長度做了擴大，最大可以支持64byte。通信的可靠性得到了提高。Seven模塊七：智能網(wǎng)聯(lián)車載通信接入技術與工程實踐一、汽車總線技術（四）FlexRay總線FlexRay通過在確定的時間槽中傳送信息，以及在兩個通道上的故障容錯和冗余信息的傳送。FlexRay總線網(wǎng)絡具有以下特點：數(shù)據(jù)傳輸速率高。可靠性好。具有確定性。具有靈活性。Seven模塊七：智能網(wǎng)聯(lián)車載通信接入技術與工程實踐一、汽車總線技術（四）FlexRay總線FlexRay網(wǎng)絡拓撲結構：（1）總線型拓撲結構（2）星形拓撲結構（3）混合型拓撲結構Seven模塊七：智能網(wǎng)聯(lián)車載通信接入技術與工程實踐一、汽車總線技術（四）FlexRay總線FlexRay數(shù)據(jù)幀格式：由頭部段、負載段和尾部段組成。Seven模塊七：智能網(wǎng)聯(lián)車載通信接入技術與工程實踐一、汽車總線技術（五）MOST總線MOST總線（MediaOrientedSystemsTransport）是一個多媒體數(shù)據(jù)傳輸?shù)木W(wǎng)絡系統(tǒng)。MOST總線專門用于滿足要求嚴格的車載環(huán)境。這種新的基于光纖的網(wǎng)絡能夠支持4.8Mbit/s的數(shù)據(jù)速率，與以前的銅纜相比，具有減輕重量和減小電磁干擾（EMI）的優(yōu)勢。MOST總線標準已經(jīng)發(fā)展到第三代。MOST25是第一代總線標準，最高可支持24.6Mbit/s的傳輸速率，以塑料光纖作為傳輸介質(zhì)；第二代標準MOST50的傳輸速率是MOST25的2倍，除了采用塑料光纖作為傳輸介質(zhì)，還可采用非屏蔽雙絞線作為傳輸介質(zhì)；第三代標準MOST150，不僅最高可支持147.5Mbit/s的傳輸速率，還解決了與以太網(wǎng)的連接等問題。Seven模塊七：智能網(wǎng)聯(lián)車載通信接入技術與工程實踐一、汽車總線技術（五）MOST總線MOST總線的特點。一個MOST網(wǎng)絡中最多可以有64個節(jié)點傳輸速度快聲音、圖像的實時處理可以實現(xiàn)多種網(wǎng)絡連接無論是否有主控機都可以工作支持數(shù)據(jù)同步和異步傳輸發(fā)送器或者接收器嵌有虛擬網(wǎng)絡管理系統(tǒng)支持多種網(wǎng)絡連接方式，提供MOST設備標準和簡潔的應用系統(tǒng)界面MOST減輕部件的線束重量、降低噪聲。光纖網(wǎng)絡不受到電磁輻射干擾等影響Seven模塊七：智能網(wǎng)聯(lián)車載通信接入技術與工程實踐一、汽車總線技術（五）MOST總線MOST總線的通信網(wǎng)絡拓撲結構。MOST總線網(wǎng)絡以光纖為載體，布線時只需要單根光纖。MOST網(wǎng)絡支持一條物理數(shù)據(jù)線上同時傳輸音/視頻等同步數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)包形式的異步數(shù)據(jù)。MOST網(wǎng)絡系統(tǒng)的經(jīng)典拓撲結構為環(huán)形，各種組件通過一根塑料光纖連接，每個組件都稱為網(wǎng)絡的一個節(jié)點。環(huán)狀拓撲中，每個節(jié)點代表多媒體設備。剩下的節(jié)點能充當從控者，一個節(jié)點充當用戶控制界面。一般每個節(jié)點都是時序主控者。Seven模塊七：智能網(wǎng)聯(lián)車載通信接入技術與工程實踐一、汽車總線技術（五）MOST總線MOST數(shù)據(jù)幀MOST數(shù)據(jù)幀的基本格式由傳播流媒體數(shù)據(jù)同步數(shù)據(jù)區(qū)、傳播數(shù)據(jù)包異步數(shù)據(jù)區(qū)和專門控制數(shù)據(jù)控制信道組成。Seven模塊七：智能網(wǎng)聯(lián)車載通信接入技術與工程實踐二、汽車總線通信接口與協(xié)議本節(jié)主要講述在汽車總線中常用的CAN總線通信接口以及協(xié)議。在汽車內(nèi)CAN總線中，傳遞的信息被分成消息和信號兩種，每個消息都有一個獨立的CANID，在車內(nèi)總線中是唯一的，用來表征一類消息。為了方便統(tǒng)一地表征這些消息和信號，需要用一個標準統(tǒng)一的文件進行表示，即DBC文件。Seven模塊七：智能網(wǎng)聯(lián)車載通信接入技術與工程實踐二、汽車總線通信接口與協(xié)議1．DBC文件DBC（databaseCAN）文件是由德國Vector公司發(fā)布的，其代表的是CAN的數(shù)據(jù)庫文件，通過該文件可以清楚地知道網(wǎng)絡中傳輸?shù)母鱾€CAN報文的含義，報文的ID，報文的信號，該報文從哪個節(jié)點發(fā)出，哪個節(jié)點進行接收等詳細信息。CAN網(wǎng)絡上的節(jié)點就是通過該文件的描述信息進行無差錯地協(xié)同工作的。在DBC數(shù)據(jù)庫文件中，數(shù)據(jù)被組織成6種不同的對象，用來表征一個CAN報文的詳細信息。Seven模塊七：智能網(wǎng)聯(lián)車載通信接入技術與工程實踐二、汽車總線通信接口與協(xié)議1．DBC文件信號（Signal）報文信號（Mappedsignal）報文（Message）網(wǎng)絡節(jié)點（Node）環(huán)境變量（Environmentvariable）ECUSeven模塊七：智能網(wǎng)聯(lián)車載通信接入技術與工程實踐二、汽車總線通信接口與協(xié)議2．字節(jié)序無論是標準幀，還是擴展幀，其數(shù)據(jù)域最長為8byte。位序：是“位”的順序，字節(jié)序是“字節(jié)”的順序。為了區(qū)分，位序用小寫字母表示，字節(jié)序用大寫字母表示?！靶颉庇袃煞N：大端模式和小端模式。如果一個數(shù)值在內(nèi)存中的地址是從左到右的話，即低地址存儲的是高位，即大端模式，反之就是小端模式。位序和字節(jié)序都有大端和小端，共有四種：msb：mostsignificantbitlsb：mostsignificantbitMSB：MostSignificantByteLSB：LeastSignificantByteSeven模塊七：智能網(wǎng)聯(lián)車載通信接入技術與工程實踐二、汽車總線通信接口與協(xié)議2．字節(jié)序CAN總線協(xié)議中規(guī)定，位序都是大端模式，即msbfirst，因此不需要區(qū)分。但對字節(jié)序沒有規(guī)定，就出現(xiàn)了兩種情況：摩托羅拉和英特爾格式。如果信號沒有跨字節(jié)，則兩種字節(jié)序沒有區(qū)別，如果信號跨了字節(jié)，則信號值完全不一樣。摩托羅拉格式根據(jù)信號起始位置也分兩種，一般是從信號值的低位開始的，例如一個信號MotorolaSignal，其起始位為12（信號值的低位），長度為10。Intel格式與小端格式一樣，低地址代表低字節(jié)，高地址代表高字節(jié)。比如一個信號Intel，它的起始位為2，長度為12。Seven模塊七：智能網(wǎng)聯(lián)車載通信接入技術與工程實踐三、車載以太網(wǎng)一系列的高級輔助駕駛功能噴涌而出，對傳統(tǒng)的電子電器架構帶來了嚴峻的考驗，需要越來越多的電子部件參與信息交互，導致對網(wǎng)絡傳輸速率、穩(wěn)定性、負載率等方面都提出了更為嚴格的挑戰(zhàn)，原有的CAN、CANFD或者MOST等已經(jīng)無法滿足車輛現(xiàn)有的需求。以太網(wǎng)（Ethernet）在計算機網(wǎng)絡中應用廣泛，是局域網(wǎng)的一部分，節(jié)點通過介質(zhì)（如雙絞線或光纖）連接至交換機，通過交換機實現(xiàn)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)。車載以太網(wǎng)在計算機以太網(wǎng)的基礎上發(fā)展而來，是以太網(wǎng)在汽車領域的跨界應用。Seven模塊七：智能網(wǎng)聯(lián)車載通信接入技術與工程實踐三、車載以太網(wǎng)1．車載以太網(wǎng)的優(yōu)勢（1）高速傳輸（2）多任務處理（3）可擴展性強（4）降低成本2．車載以太網(wǎng)的拓撲結構車載以太網(wǎng)基于OSI（開放通信系統(tǒng)互聯(lián)模型，OpenSystemsInterconnection）

參考模型。Seven模塊七：智能網(wǎng)聯(lián)車載通信接入技術與工程實踐三、車載以太網(wǎng)3．車載以太網(wǎng)的鏈路層協(xié)議時間敏感網(wǎng)絡（TSN）時間觸發(fā)以太網(wǎng)（TTEthernet）4．車載以太網(wǎng)的應用層協(xié)議車載以太網(wǎng)的應用層協(xié)議主要是：UDPNM（網(wǎng)絡管理協(xié)議）、DHCP（動態(tài)主機配置協(xié)議）、SOME/IP（服務中間件）、DoIP（診斷協(xié)議）、以及XCP（標定協(xié)議）等。Seven模塊七：智能網(wǎng)聯(lián)車載通信接入技術與工程實踐崗位任務八汽車總線接入與調(diào)試（一）ROS環(huán)境下調(diào)試1．環(huán)境準備采集控制器主機有多路CAN，默認是關閉狀態(tài)，需要打開：1）設置can設備節(jié)點，波特率設置為500kbit/s（以can1為例）。sudoiplinksetcan1uptypecanbitrate5000002）查看can設備節(jié)點狀態(tài)。ifconfigSeven模塊七：智能網(wǎng)聯(lián)車載通信接入技術與工程實踐崗位任務八汽車總線接入與調(diào)試（一）ROS環(huán)境下調(diào)試1．環(huán)境準備（2）操作步驟1）啟動Teminator智能終端。2）配置環(huán)境變量?？赏ㄟ^如下命令查詢是否配置成功：env|grepROS_PACKAGE_PATH如果之前已經(jīng)執(zhí)行過如下配置，可省略這一步，這一步的目的就是把“source~/