汽車電子控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)培訓課件.ppt

1、2020年7月28日星期二,汽 車 電 器 與 電 子,第三章 汽車電子控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),3.1 概述,CAN-B、CAN-C和TTCAN是由CAN規(guī)范所衍生出來的總線標準，被認為是車載網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域最有發(fā)展前途的總線規(guī)范之一。,第三章 汽車電子控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),3.1 概述,車載網(wǎng)絡(luò)構(gòu)想,第三章 汽車電子控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),3.2 網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ),數(shù)據(jù)傳輸方式 串行傳輸與并行傳輸、同步傳輸與異步傳輸、多路復(fù)用技術(shù) 數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì) 雙絞線、同軸電纜、光纜 局域網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu) 星形拓撲結(jié)構(gòu)、環(huán)形拓撲結(jié)構(gòu)、樹形拓撲結(jié)構(gòu)、總線形拓撲結(jié)構(gòu) 介質(zhì)訪問控制技術(shù) 應(yīng)用在環(huán)形和總線形拓撲結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)中，有帶碰撞檢測的載波偵聽

2、多址訪問和控制令牌 數(shù)據(jù)交換技術(shù) 差錯控制技術(shù),第三章 汽車電子控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),3.2 網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ),ISO/OSI參考模型 為了實現(xiàn)不同廠家生產(chǎn)的計算機系統(tǒng)之間以及不同網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)通信，國際標準化組織ISO對當時的各類計算機網(wǎng)絡(luò)體系進行了研究，并于1981年正式公布了一個網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)模型作為國際標準，稱為開放系統(tǒng)互連參考模型“開放系統(tǒng)互連參考模型(ISO/OSI)”，1983年正式成為國際標準，即IS07498。我國相應(yīng)的標準為GB/T 9387。,網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備 中繼器、網(wǎng)橋、路由器、網(wǎng)關(guān)、集線器(HUB）,第三章 汽車電子控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),3.2 網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ),物理層 解決“物理連接”的標

3、準問題,物理接口的四個特性是：機械特性、電氣特性、功能特性和規(guī)程特性。設(shè)置該層的目的是屏蔽傳輸介質(zhì)不可靠的因素。,例如：EIA RS-232C 用于數(shù)據(jù)終端設(shè)備(DTE)/數(shù)據(jù)電路端接設(shè)備(DCE)之間的接口 機械特性 25芯或9芯連接器，DTE為插頭，DCE為插座。 電氣特性 低于-3V為1，高于+4V為0，最大20Kbps，最長15m 功能特性 如6號引腳，DSR*,低電平代表數(shù)據(jù)設(shè)備準備好 規(guī)程特性 適合單工、半雙工、全雙工、同步、異步,數(shù)據(jù)鏈路層 實現(xiàn)相鄰結(jié)點間正確的數(shù)據(jù)傳輸。 把物理層送來的比特流分割成幀； 進行數(shù)據(jù)鏈路層的差錯控制和流量控制； 向網(wǎng)絡(luò)層提供可靠透明的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。,

4、第三章 汽車電子控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),3.2 網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ),數(shù)據(jù)鏈路層,鏈路：指一條中間沒有任何交換結(jié)點的點到點的物理線路段(物理鏈路),它是構(gòu)成計算機網(wǎng)絡(luò)的一個基本單元。 數(shù)據(jù)鏈路：是在鏈路上加具有數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議的軟/硬件。,網(wǎng)絡(luò)層 該層是如何解決數(shù)據(jù)在通信子網(wǎng)中的傳輸路徑，是通信子網(wǎng)的最高層，最能體現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的概念，功能有： 控制通信子網(wǎng)中的數(shù)據(jù)流量，防止擁塞； 提供建立、維護和終止網(wǎng)絡(luò)連接的手段。,第三章 汽車電子控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),3.2 網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ),傳輸層 唯一負責總體數(shù)據(jù)傳輸和控制的一層，是通信服務(wù)及數(shù)據(jù)處理服務(wù)的橋梁，提供的是端到端的進程通信服務(wù)，處理主機間的數(shù)據(jù)通信(源目的)。,傳輸層的任務(wù)

5、,第三章 汽車電子控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),3.2 網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ),會話層 是建立在用戶與網(wǎng)絡(luò)間的接口，主要處理通信雙方的建立，組織并控制會話的進行，為上層提供管理與控制所傳送數(shù)據(jù)流的手段，使表示層無須涉及調(diào)用傳輸服務(wù)的細節(jié)。 表示層 把源端機器的數(shù)據(jù)編碼變成適合于傳輸?shù)木幋a，傳送到目的端后再進行解碼。 應(yīng)用層 是計算機網(wǎng)絡(luò)與最終用戶間的接口，它包含了系統(tǒng)管理員管理網(wǎng)絡(luò)服務(wù)所涉及的所有的問題和基本功能和常用的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，如文件傳輸、電子郵件、分布式數(shù)據(jù)庫服務(wù)、虛擬終端服務(wù)等。,第三章 汽車電子控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),3.2 網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ),開放系統(tǒng)互連參考模型歸納,第三章 汽車電子控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),3.3 汽車網(wǎng)絡(luò)

6、系統(tǒng)的類型,一、SAE分類總線,二、新型專用總線 故障診斷總線、安全總線、X-by-wire總線,第三章 汽車電子控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),3.4 CAN總線技術(shù),一、CAN總線概述,CAN 控制器根據(jù)兩根線上的電位差來判斷總線電平。總線電平分為顯性電平和隱性電平，二者必居其一。發(fā)送方通過使總線電平發(fā)生變化，將消息發(fā)送給接收方。,第三章 汽車電子控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),3.4 CAN總線技術(shù),信號調(diào)制解調(diào)方式采用不歸零(NRZ)編碼/解碼方式，并采用插入填充位技術(shù)，電平持續(xù)5 位時則添加一個位的反型數(shù)據(jù)。 數(shù)據(jù)位具有顯性0(Dominant bit)和隱性1(Recessive bit )兩種邏輯值，采

7、用時鐘同步技術(shù)。,一種適用于分布式控制、實時控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)； 采用了ISO/OSI參考模型的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層； 采用有優(yōu)先級的多主方式工作，可以點對點、一點對多點（成組）及全局廣播等方式傳送和接收數(shù)據(jù)。 CAN的直接通信距離最遠可達10Km(傳輸速率為5Kb/s)；最高通信速率可達1Mb/s(傳輸距離為40m)。 CAN數(shù)據(jù)鏈路層采用短幀結(jié)構(gòu)，每一幀最多為8個字節(jié)，CAN節(jié)點在錯誤嚴重的情況下，具有自動關(guān)閉功能。,CAN的特點,第三章 汽車電子控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),3.4 CAN總線技術(shù),CAN通信的數(shù)據(jù)位,ISO11898、ISO11519-2 的物理層特征,第三章 汽車電子控制

8、系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),3.4 CAN總線技術(shù),二、CAN的技術(shù)規(guī)范,CAN協(xié)議和標準規(guī)格,第三章 汽車電子控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),3.4 CAN總線技術(shù),二、CAN的技術(shù)規(guī)范,第三章 汽車電子控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),3.4 CAN總線技術(shù),CAN總線的分層結(jié)構(gòu),二、CAN的技術(shù)規(guī)范,第三章 汽車電子控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),3.4 CAN總線技術(shù),二、CAN的技術(shù)規(guī)范,第三章 汽車電子控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),3.4 CAN總線技術(shù),數(shù)據(jù)幀,RTR 遠程發(fā)送請求位（Remote Transmission Request BIT） SRR 替代遠程請求位（Substitute Remote Request BIT） ID

9、E 識別符擴展位（Identifier Extension Bit）,第三章 汽車電子控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),3.4 CAN總線技術(shù),遙控幀,接收單元向發(fā)送單元請求發(fā)送數(shù)據(jù)所用的幀。遙控幀由6個段組成。遙控幀沒有數(shù)據(jù)幀的數(shù)據(jù)段。其中仲裁段表示該幀優(yōu)先級的段，可請求具有相同ID的數(shù)據(jù)幀。,第三章 汽車電子控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),3.4 CAN總線技術(shù),錯誤幀,用于在接收和發(fā)送消息時檢測出錯誤，通知錯誤的幀。錯誤幀由錯誤標志和錯誤界定符構(gòu)成。錯誤標志包括錯誤激活標志（6個位的顯性位）和錯誤認可標志（6個位的隱性位）兩種。,錯誤激活標志：處于錯誤激活狀態(tài)的單元檢測出錯誤時輸出的錯誤標志。 錯誤認可標志：處于

10、錯誤認可狀態(tài)的單元檢測出錯誤時輸出的錯誤標志。,錯誤類型 位錯誤 填充錯誤 CRC錯誤 形式錯誤 應(yīng)答錯誤,發(fā)送錯誤計數(shù)值（TEC） 接收錯誤計數(shù)值（REC）,第三章 汽車電子控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),3.4 CAN總線技術(shù),錯誤計數(shù)值的變動條件,第三章 汽車電子控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),3.4 CAN總線技術(shù),幀間隔,幀間隔是用于分隔數(shù)據(jù)幀和遙控幀的幀。數(shù)據(jù)幀和遙控幀可通過插入幀間隔將本幀與前面的任何幀(數(shù)據(jù)幀、遙控幀、錯誤幀、過載幀)分開。過載幀和錯誤幀前不能插入幀間隔。,延遲傳送（發(fā)送暫時停止）：8 個位的隱性位。只在處于錯誤激活狀態(tài)的單元剛發(fā)送一個消息后的幀間隔中包含的段。,過載幀,過載幀是用于接

11、收單元通知其尚未完成接收準備的幀。過載幀由過載標志和過載界定符構(gòu)成。,第三章 汽車電子控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),3.4 CAN總線技術(shù),優(yōu)先級仲裁過程,第三章 汽車電子控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),3.4 CAN總線技術(shù),CAN總線位時間,同步段（SS），一個CAN總線時鐘 傳播時間段（PTS），18個CAN總線時鐘 相位緩沖段1（PBS1），18個CAN總線時鐘 相位緩沖段2（PBS2），18個CAN總線時鐘,兩種同步機制（硬同步和重同步），來消除CAN總線上各節(jié)點之間由于相位誤差帶來的影響，保證信息正確解碼。,硬同步僅發(fā)生在報文開始時。 重同步發(fā)生在報文位流發(fā)送期間，每一個隱性位到顯性位跳變沿后。,第三章

12、 汽車電子控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),3.4 CAN總線技術(shù),重同步,正的相位錯誤,負的相位錯誤,第三章 汽車電子控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),3.4 CAN總線技術(shù),同步段(Sync-Seg) 相位緩沖段1 (Phase-Segl） 相位緩沖段2（Phase-Seg2）,CAN總線位時間,第三章 汽車電子控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),3.4 CAN總線技術(shù),CAN總線的實測波形,第三章 汽車電子控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),3.4 CAN總線技術(shù),三、CAN總線智能節(jié)點的設(shè)計,獨立式CAN控制器(stand-alone CAN controller) ：集成有CAN協(xié)議的控制模塊，如PHILIPS的SJAlOOO。 CAN單片機

13、(CAN micro controller) CAN收發(fā)器(transceiver)：用于單片機（或CAN控制器）CMOS電平與CAN總線差分電壓之間信號形式的轉(zhuǎn)換。如高速CAN使用的PHILIPSPCA82V250，低速容錯CAN使用的摩托羅拉的MC33388,CAN單片機+CAN收發(fā)器 通用型單片機+獨立式CAN控制器+ CAN收發(fā)器,第三章 汽車電子控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),3.4 CAN總線技術(shù),三、CAN總線智能節(jié)點的設(shè)計,CAN系統(tǒng)智能節(jié)點硬件電路原理圖,第三章 汽車電子控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),3.4 CAN總線技術(shù),三、CAN總線智能節(jié)點的設(shè)計,CAN系統(tǒng)智能節(jié)點硬件電路原理圖,第三章 汽

14、車電子控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),3.4 CAN總線技術(shù),三、CAN總線智能節(jié)點的設(shè)計,第三章 汽車電子控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),3.4 CAN總線技術(shù),三、CAN總線智能節(jié)點的設(shè)計,第三章 汽車電子控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),3.4 CAN總線技術(shù),Freescale S12單片機上的CAN模塊,第三章 汽車電子控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),3.4 CAN總線技術(shù),S12單片機中的CAN模塊相關(guān)寄存器,控制寄存器 1) MSCAN控制寄存器0(CANCTL0) 2) MSCAN控制寄存器1(CANCTL1) 3) MSCAN總線時鐘寄存器0(CANBTR0) 4) MSCAN總線時鐘寄存器1(CANBTR1) 5) MSC

15、AN接收器標志寄存器(CANRFLG) 6) MSCAN接收器中斷使能寄存器(CANRIER) 7) MSCAN發(fā)送器標志寄存器(CANTFLG) 8) MSCAN發(fā)送器中斷使能寄存器(CANTIER) 9) MSCAN發(fā)送器消息中止控制寄存器(CANTARQ) 10) MSCAN發(fā)送器消息中止控制寄存器(CANTAAK) 11) MSCAN發(fā)送緩沖區(qū)選擇寄存器(CANTBSEL) 12) MSCAN標識符驗收控制寄存器(CANTIDAC) 13) MSCAN接收錯誤計數(shù)寄存器(CANRXERR) 14) MSCAN發(fā)送錯誤計數(shù)寄存器(CANTXERR) 15) MSCAN標識符驗收碼寄存器(

16、CANIDAR07) 16) MSCAN標識符屏蔽寄存器(CANIDMR07) 2. 報文存儲機制 (1) 標識符寄存器(IDR03) (2) 數(shù)據(jù)段寄存器(DSR07) (3) 數(shù)據(jù)長度寄存器(DLR) (4) 發(fā)送緩沖區(qū)優(yōu)先級寄存器(TBPR),第三章 汽車電子控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),3.4 CAN總線技術(shù),S12單片機中的CAN模塊相關(guān)寄存器,第三章 汽車電子控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),3.4 CAN總線技術(shù),CAN模塊中ID寄存器,第三章 汽車電子控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),3.4 CAN總線技術(shù),三、CAN總線智能節(jié)點的設(shè)計,第三章 汽車電子控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),3.4 CAN總線技術(shù),基于SAE J19

17、39 的CAN 通訊規(guī)范,協(xié)議數(shù)據(jù)單元Protocol Data Unit(PDU),一種特定的CAN數(shù)據(jù)幀格式。,特定協(xié)議數(shù)據(jù)單元 PDU Specific(PS)，其具體定義由協(xié)議數(shù)據(jù)單元格式(PF)的值決定。該域可能是表示目標地址(DA)也可能是組擴展(GE)。另外，它還是PGN的一個域。,協(xié)議數(shù)據(jù)單元格式Protocol Data Format(PF),用于識別協(xié)議數(shù)據(jù)單元的格式，并且全部或部分用作參數(shù)組的標號。另外，它還是PGN的一個域。,第三章 汽車電子控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),3.4 CAN總線技術(shù),基于SAE J1939 的CAN 通訊規(guī)范,CAN數(shù)據(jù)幀的ID號：0 x 0CF004

18、00,參數(shù)組群編號 Parameter Group Number（PGN） 3 字節(jié)，唯一標識一個參數(shù)組；,第三章 汽車電子控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),3.4 CAN總線技術(shù),基于SAE J1939 的CAN 通訊規(guī)范,CAN數(shù)據(jù)幀的ID號： 0 x 0CF00300,可疑參數(shù)編號 Suspect Parameter Number(SPN)：A SPN is a 19 bit number used to identify a particular element, component, or parameter associated with an ECU.,第三章 汽車電子控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),基于SAE J1939 的CAN 通訊規(guī)范,與排放相關(guān)參數(shù)組,第三章 汽車電子控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),3.4 CAN總線技術(shù),應(yīng)用實例 ISU/Gateway,第三章 汽車電子控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),3.5 LIN總線技術(shù),低成本，基于普通UART/SCI 接口，幾乎所有單片機都具備LIN必需的硬件； 單線； 傳輸速率最高可達20Kbps； 單主控器