工业通信网络技术和应用工业通信网络技术和应用（工业（工业现场总线现场总线）主讲：莫太平主讲：莫太平mtpguet.edu.cn2 2前置课程：数据通信基础、计算机网络等前置课程：数据通信基础、计算机网络等教材教材: :许勇许勇- -工业通信技术工业通信技术- -原理与应用，西安电子原理与应用，西安电子科技大学出版社，科技大学出版社，20201212参考教材参考教材: :许勇许勇- -工业通信技术工业通信技术- -原理与应用，中国原理与应用，中国电力出版社，电力出版社，2002008.98.9参考教材：阳宪惠参考教材：阳宪惠- -网络化控制系统网络化控制系统- -现场总线技现场总线技术，清华大学出版社，术，清华大学出版社，2002009.59.5Email:xuyguet.edu.eduEmail:xuyguet.edu.eduTelephone: 229-1208Telephone: 229-1208教材及参考资料教材及参考资料3 3主要教学内容和学时分配主要教学内容和学时分配第第1 1章章 工业通信概论工业通信概论第第2 2章章 数据通信原理及基础数据通信原理及基础第第3 3章章 总线接口技术介绍总线接口技术介绍第第4 4章章 工控机与测控仪器接口总线工控机与测控仪器接口总线第第5 5章章 工业通信常用技术工业通信常用技术第第6 6章章 常用的工业现场总线常用的工业现场总线第第7 7章章 CAN BusCAN Bus和汽车网络和汽车网络第第8 8章章 工业以太网技术及应用工业以太网技术及应用4 4第第7 7章章 汽车网络和汽车网络和CANbusCANbus1.1.概述概述 随着汽车功能的不断增加、可靠性要求的不断提高，随着汽车功能的不断增加、可靠性要求的不断提高，汽车电子化程度越来越高。电子控制单元大量引入汽车，如汽车电子化程度越来越高。电子控制单元大量引入汽车，如电子燃油喷射装置、防抱死制动装置、安全气囊装置、电控电子燃油喷射装置、防抱死制动装置、安全气囊装置、电控门窗装置、主动悬架等。目前，在高端汽车中一般会有门窗装置、主动悬架等。目前，在高端汽车中一般会有5050个个以上的以上的ECUECU。当执行一个较复杂的控制时，需要在设备之间进。当执行一个较复杂的控制时，需要在设备之间进行大量的数据交换。当控制系统变得复杂时，要求大批的数行大量的数据交换。当控制系统变得复杂时，要求大批的数据信息能在不同的电子单元中共享，交换数据的信号线连接据信息能在不同的电子单元中共享，交换数据的信号线连接将变得更复杂，同时费用将提高。将变得更复杂，同时费用将提高。 传统线束远不能满足这种需求。车辆电子系统之间传统线束远不能满足这种需求。车辆电子系统之间如果通过线束进行数据传输，一般车辆车体内的线束约可达如果通过线束进行数据传输，一般车辆车体内的线束约可达3,8003,800米以上，重量可达米以上，重量可达70708080公斤。公斤。解决问题的选择就是网络，在借鉴计算机网络技术和现场控解决问题的选择就是网络，在借鉴计算机网络技术和现场控制技术基础上，开发出各种适用汽车环境的汽车网络技术。制技术基础上，开发出各种适用汽车环境的汽车网络技术。5 5汽车汽车技术发展的趋势技术发展的趋势降低能耗降低能耗: : 美国和日本美国和日本: : 从内燃机到混合动力从内燃机到混合动力 欧洲欧洲: : 从汽油发动机到柴油发动机从汽油发动机到柴油发动机 燃料电池交通工具，由于成本的原因会推迟到燃料电池交通工具，由于成本的原因会推迟到20302030年年. .安全安全- -行驶安全的要求不断的增加行驶安全的要求不断的增加 动力牵引控制动力牵引控制 高档汽车将会采用新的总线标准（高档汽车将会采用新的总线标准（LAN for Xby-LAN for Xby-WireWire） 电子眼电子眼/ /防碰撞防碰撞/ABS/ABS 发动机防盗锁止系统（发动机防盗锁止系统（ Immobilizer Immobilizer）舒适及便捷舒适及便捷 远程通讯（远程通讯（TelematicsTelematics）排放标准更严格（节能减排）排放标准更严格（节能减排）6 6汽车排放标准介绍汽车排放标准介绍汽车排放是指从废气中排出的汽车排放是指从废气中排出的COCO（一氧化碳）、（一氧化碳）、HCHCNOxNOx（碳氢化合物和氮氧化物）、（碳氢化合物和氮氧化物）、PMPM（微粒，碳烟）等有害气体。（微粒，碳烟）等有害气体。产生原因：产生原因：COCO是燃油氧化不完全中间产物；是燃油氧化不完全中间产物；HCHC是燃料中未燃是燃料中未燃烧物质；烧物质；NOxNOx是燃料（汽油）燃烧中产生；是燃料（汽油）燃烧中产生；PMPM也是燃油（柴油）也是燃油（柴油）燃烧时缺氧产生的。燃烧时缺氧产生的。欧洲汽车排放标准是我国借鉴的汽车排放标准，欧洲汽车排放标准是我国借鉴的汽车排放标准， 20072007年实施年实施的国的国IIIIII相当于欧相当于欧3 3，20102010年实施的国年实施的国IVIV标准相当于欧标准相当于欧4 4，欧，欧6 6将于将于20122012年底开始执行。欧标以汽车发动机单位行驶距离的年底开始执行。欧标以汽车发动机单位行驶距离的排污量（排污量（g/kmg/km）计算，汽车分为总质量不超过）计算，汽车分为总质量不超过35003500公斤（轻公斤（轻型车）和总质量超过型车）和总质量超过35003500公斤（重型车）两类。公斤（重型车）两类。美国总统美国总统0909年正式提出新的全国汽车减排节能计划，要求在年正式提出新的全国汽车减排节能计划，要求在20162016年前出产的轿车和卡车平均油耗达到每加仑年前出产的轿车和卡车平均油耗达到每加仑35.535.5英里，同时英里，同时减少减少30%30%的尾气排放。的尾气排放。 7 7标准标准&技术发展的趋势技术发展的趋势8 89 91010为方便研究和设计应用，为方便研究和设计应用，SAESAE车辆网络委员会将汽车数车辆网络委员会将汽车数据传输网划分为据传输网划分为A A、B B、C C三类。三类。A A类：面向传感器类：面向传感器/ /执行器控制的低速网络，数据传输执行器控制的低速网络，数据传输位速率通常只有位速率通常只有1-10kbps1-10kbps。主要应用于电动门窗、座。主要应用于电动门窗、座椅调节、灯光照明等控制。椅调节、灯光照明等控制。B B类：面向独立模块间数据共享的中速网络，位速率一类：面向独立模块间数据共享的中速网络，位速率一般为般为10-100kbps10-100kbps。主要应用于电子车辆信息中心、故。主要应用于电子车辆信息中心、故障诊断、仪表显示、安全气囊等系统，以减少冗余的障诊断、仪表显示、安全气囊等系统，以减少冗余的传感器和其它电子部件。传感器和其它电子部件。C C类：面向高速、实时闭环控制的多路传输网，最高位类：面向高速、实时闭环控制的多路传输网，最高位速率可达速率可达1Mbps1Mbps，主要用于悬架控制、牵引控制、先进，主要用于悬架控制、牵引控制、先进发动机控制、发动机控制、ABSABS等系统，以简化分布式控制和进一步等系统，以简化分布式控制和进一步减少车身线束。到目前为止，满足减少车身线束。到目前为止，满足C C类网要求的汽车控类网要求的汽车控制局域网只有制局域网只有CANCAN协议。协议。三类网络功能均向下涵盖，即三类网络功能均向下涵盖，即B B类支持类支持A A类网，类网，C C类网能类网能实现实现B B类和类和A A类网功能。目前类网功能。目前B B类汽车局域网应用最为广类汽车局域网应用最为广泛，泛，A A类网趋于淘汰，类网趋于淘汰，C C类网应用日益广泛。按发展趋类网应用日益广泛。按发展趋势，在不久的将来势，在不久的将来C C类网将占据主导地位。类网将占据主导地位。1111车载网络（In-Vehicle Network）中应用标准化总线技术则成为较理想的解决方式。按不同的技术特点和应用领域，车载总线技术还可分为五类。如表一所示，第一类LIN、 TTP/A等总线传输速度最低，适用于车体控制；第二类中速总线，如低速CAN、SAE J1850、VAN（Vehicle Area Network）等，适用于对实时性要求不高的通信应用；第三类包括高速CAN、TTP/C等技术，适用于高速、实时死循环控制的多路传输网络；第四类如 IDB-C、IDB-M（D2B、MOST：MediaOrientedSystemTransport、IDB1394）)、IDB-Wireless（Bluetooth）等，一般应用于车载资通娱乐网络；第五类传输速度最高，用于最具关键性、实时性最高的人身安全系统，包括FlexRay和Byteflight等。此外还有用于诊断的Keyword2000和ISO9141。1212汽车网络系统总线标准汽车网络系统总线标准及应用及应用：1313控制器局域网CAN（Control Area Network）总线是德国BOSCH公司为解决现代汽车控制与测试仪器间数据交换而开发的串行数据通讯协议（1986）。最早成为国际标准（ISO11898），也是目前事实上的汽车总线协议标准。国际半导体厂商开发CAN总线专用芯片的有：Intel、Motorola、Philips、Siemens、NEC、Honeywell等。CAN属于总线式通讯网络。CAN总线规范了任意两个CAN节点之间的兼容性，包括电气特性及数据解释协议，CAN的物理层决定了实际位传送过程中的电气特性，在同一网络中，所有节点的物理层必须保持一致，但可以采用不同方式的物理层。CAN的数据链路层功能包括帧组织形式，总线仲裁和检错、错误报告及处理，确认哪个信息要发送的，确认接收到的信息及为应用层提供了接口。1414CANCAN协议模型结构只有协议模型结构只有OSIOSI底层的物理层和数据链路层。底层的物理层和数据链路层。CANCAN属于总线式串行通信网络属于总线式串行通信网络通过报文滤波即可实现点对点、一点对多点及全网通过报文滤波即可实现点对点、一点对多点及全网广播几种方式发送接收数据广播几种方式发送接收数据为多主方式工作，通信方式灵活为多主方式工作，通信方式灵活CANCAN网络按节点类型分成不同的优先级网络按节点类型分成不同的优先级CANCAN采用非破坏性总线优先级仲裁技术采用非破坏性总线优先级仲裁技术CANCAN总线的数据传递方式总线的数据传递方式以报文为单位进行以报文为单位进行，短帧结构（短帧结构（8 8字节），字节），每个报文的标志符每个报文的标志符IDID起始部分有一个起始部分有一个1111位的标志符位的标志符IDID传输速率：传输速率： 可达到可达到1Mbps/40m1Mbps/40m（5k/10km5k/10km）差错控制：机制充分，可靠性高差错控制：机制充分，可靠性高CANCAN总线技术的特点总线技术的特点：1515采用总线仲裁技术，当出现几个节点同时在网络上采用总线仲裁技术，当出现几个节点同时在网络上传输信息时，优先级高的节点可继续传输数据，而传输信息时，优先级高的节点可继续传输数据，而优先级低的节点则主动停止发送，从而避免冲突。优先级低的节点则主动停止发送，从而避免冲突。 CANCAN支持四类报文帧：数据帧、远程帧、出错帧、支持四类报文帧：数据帧、远程帧、出错帧、超载帧，单帧字节长度短，有很好的实时性。超载帧，单帧字节长度短，有很好的实时性。每帧都有循环冗余校验每帧都有循环冗余校验CRCCRC及其它检错措施，纠错及其它检错措施，纠错能力非常强，从而提高数据的准确性；能力非常强，从而提高数据的准确性；CANCAN节点在错误严重的情况下，具有自动关闭输出节点在错误严重的情况下，具有自动关闭输出功能，可自动切断与总线的通信联系，以使总线上功能，可自动切断与总线的通信联系，以使总线上的其他操作不受影响。的其他操作不受影响。CANCAN上的节点数主要取决于总线驱动电路上的节点数主要取决于总线驱动电路成本不高成本不高特点特点细节：细节：1616将将CANCAN总线应用在汽车中优点：总线应用在汽车中优点：(1)(1)用低成本的双绞线电缆代替了车身内昂贵的导线，用低成本的双绞线电缆代替了车身内昂贵的导线，并大幅度减少了用线数量；提高可靠性并大幅度减少了用线数量；提高可靠性, ,安全性、降低安全性、降低成本成本(2)(2)具有快速响应时间和高可靠性，并适合对实时性要具有快速响应时间和高可靠性，并适合对实时性要求较高的应用如刹车装置和气囊；控制平台、信息平台、求较高的应用如刹车装置和气囊；控制平台、信息平台、驾驶平台的互连基础驾驶平台的互连基础(3)CAN(3)CAN芯片可以抗高温和高噪声，并且具有较低的价格，芯片可以抗高温和高噪声，并且具有较低的价格，开放的工业标准。开放的工业标准。对于一般控制对于一般控制, ,设备间连锁可以通过串行网络完成。通设备间连锁可以通过串行网络完成。通过过CANCAN总线总线, ,传感器、控制器和执行器由串行数据线连接传感器、控制器和执行器由串行数据线连接起来。其通信协议相当于起来。其通信协议相当于ISO/OSIISO/OSI参考模型中的数据链参考模型中的数据链路层路层, ,网络可根据协议探测和纠正数据传输过程中因电网络可根据协议探测和纠正数据传输过程中因电磁干扰而产生的数据错误。磁干扰而产生的数据错误。CANCAN网络的配制比较容易网络的配制比较容易, ,允许任何站之间直接进行通信允许任何站之间直接进行通信, ,而无需将所有数据全部汇总到主计算机后再行处理。而无需将所有数据全部汇总到主计算机后再行处理。1717CANCAN技术技术 基本原理示意图基本原理示意图1201818CANCAN总线技术的支持器件总线技术的支持器件类别类别产品分类产品分类典型产品典型产品CAN控控制器制器独立独立CAN控制器控制器SJA1000（Philips），MPC2515（Microchip）集成集成CAN控制器的单片控制器的单片机机P8*C591（Philips，80C51指令，包含PeliCAN功能）AT89C51CC0*（Atmel，NXP集成集成CAN控制器的控制器的ARM芯片芯片集成有CAN控制器的NXPARM7芯片（）TI集成集成CAN控制器的控制器的ARM芯片芯片TIS2000系列和S8000系列ARM芯片（）CAN收收发器发器CAN收发器收发器TJA10*（NXP)，PCA82C25*（通用型），MC33897（Freescale），MCP2551隔离隔离CAN收发器收发器ISO1050（TI)，TJA1050（Philips，提供差动发送性能，集成高速电气隔离、电源隔离、CAN收发器、总线保护器件）19192.2. CANCAN通信协议通信协议2020OSIOSI和邮件收发和邮件收发2121OSI OSI 模型七个层的功能模型七个层的功能22221 1） CANCAN的物理的物理层层特性特性： 拓扑结构拓扑结构CANCAN在物理结构上属于总线式通信网络。在物理结构上属于总线式通信网络。机械参数及传输介质模块通过一个机械参数及传输介质模块通过一个9 9针的针的D D型插头连接型插头连接到到CANCAN总线上。总线采用屏蔽的或非屏蔽的双绞线，用光总线上。总线采用屏蔽的或非屏蔽的双绞线，用光纤更佳。纤更佳。电气参数及信号表示总线上的数据采用不归零编码方电气参数及信号表示总线上的数据采用不归零编码方式（式（NRZNRZ），可具有两种互补的逻辑值之一：显性），可具有两种互补的逻辑值之一：显性（0 0 - -Dominant Dominant ）及隐性及隐性（1-1- Recessive Recessive ）。CANCAN总线各节点总线各节点使用相同位速率。使用相同位速率。 CAN总线采用时钟同步技术来保证通讯的同步。每位时间组成如图。接收器在两个相位缓冲段间采样输入位值，两个相位缓冲段长度可自由调节，以保证采样的可靠性。 2323物理层协议物理层协议Bosch开发的CAN规范中物理层没有完整的定义，允许系统设计者为其应用优化电平和传输中介。已经创建了的CAN物理层标准有：ISO 11898-2ISO 11898-2高速（高速（传送速率1 Mbit/s-最大长度40 m）指定两线制差分总线。线阻抗为120 Ohm，CAN_L-2 V至CAN_H+7 V。ISO 11898-3ISO 11898-3容错容错 (容错CAN) 用于汽车车身电子设备。速率125 kbit/s，共模电压范围在-2 V到+7 V之间。电源定义为5 V。 SAE J2411 SAE J2411 单线单线适用于对比特率和长度要求较低的CAN网络。介质非屏蔽的单线，标称速率33.3 kbit/s(高速模式83.3 kbit/s) 。 ISO 11992 ISO 11992 点对点点对点对于带有拖车的车辆，标称数据速率125 kbit/s。非屏蔽的双绞线作为总线介质。 其它：其它：对于光学介质没有规范，隐性电平用“暗”表示，显性电平用“亮”表示 2424ISO11898 NOMINAL BUS LEVELS25252 2）CANCAN链路层链路层CAN协议当初分为：目标层、传送层、物理层。其中目标层和传送层包括了ISO/OSI定义的数据链路的所有功能。目标层的功能包括：确认要发送的信息；位应用层提供接口。传送层功能包括：数据帧组织：总线仲裁：检错、错误报告、错误处理。CAN总线以报文为单位进行信息交换，报文中含有标示符（ID），它既描述了数据的含义又表明了报文的优先权。CAN总线上的各个协点都可主动发送数据。当同时有两个或两个以上的节点发送报文时，CAN控制器采用ID进行仲裁。ID控制节点对总线的访问。发送具有最高优先权报文的节点获得总线的使用权，其他节点自动停止发送，总线空闲后，这些节点将自动重发报文。2626CAN支持四类信息帧类型：数据帧、远程帧 、错误指示帧 和超载帧。数据帧和远程帧 有两种格式：2.0A和标准2.0B。两者本质的不同在于ID的长度不同。在2.0A类型中，ID的长度为l l位；在2.0B类型中ID为29位。2727（1 1）数据）数据/ /信息帧信息帧（DataData Frame)Frame)包括包括7 7个主要的域个主要的域（bitbit fieldfield）：帧起始域帧起始域（SoFSoF）：）：标志数据帧开始，一个显性位组成。标志数据帧开始，一个显性位组成。仲裁域仲裁域（Arbitration)Arbitration)：内容由标示符和远程传输请求位内容由标示符和远程传输请求位（RTRRTR）组成，）组成，RTRRTR用以表明此信息帧是数据帧还是不包含任何用以表明此信息帧是数据帧还是不包含任何数据的远地请求帧。当数据的远地请求帧。当2.0A2.0A的数据帧和的数据帧和2.0B2.0B的数据帧必须在同的数据帧必须在同一条总线上传输时，首先判断其优先权，如果一条总线上传输时，首先判断其优先权，如果IDID相同，则非扩相同，则非扩展数据帧的优先权高于扩展数据帧。展数据帧的优先权高于扩展数据帧。控制域控制域（Control)Control)：r0r0、r1r1是保留位，作为扩展位，是保留位，作为扩展位，DLCDLC表示一帧中数据字节的数目。表示一帧中数据字节的数目。数据域数据域：包含包含0 08 8字节的数据。字节的数据。校验域校验域（CRCCRC）：）：检验位错用的循环冗余校验域，检验位错用的循环冗余校验域，1515位。位。应答域应答域（ACKACK）：）：包括应答位和应答分隔符。正确接收到包括应答位和应答分隔符。正确接收到有效报文的接收站在应答期间将总线值为显性电平。有效报文的接收站在应答期间将总线值为显性电平。帧结束帧结束（EoF)EoF) ：由七位隐性电平组成。由七位隐性电平组成。2828（2 2）远程帧）远程帧 接受数据的节点可通过发远程帧请求源接受数据的节点可通过发远程帧请求源节点发送数据。它由节点发送数据。它由6 6个域组成：帧起始、仲裁域、控个域组成：帧起始、仲裁域、控制域、校验域、应答域、帧结束。制域、校验域、应答域、帧结束。（3 3）错误指示帧）错误指示帧 由错误标志和错误分界两个域组成。由错误标志和错误分界两个域组成。接收节点发现总线上的报文有误时，将自动发出接收节点发现总线上的报文有误时，将自动发出“活活动错误标志动错误标志”其他节点检测到活动错误标志后发送其他节点检测到活动错误标志后发送“错误认可标志错误认可标志”。（4 4）超载帧）超载帧 由超载标志和超载分隔符组成。超载帧由超载标志和超载分隔符组成。超载帧只能在一个帧结束后开始。当接收方接收下一帧之前，只能在一个帧结束后开始。当接收方接收下一帧之前，需要过多的时间处理当前的数据，或在帧问空隙域检需要过多的时间处理当前的数据，或在帧问空隙域检测到显性电平时，则导致发送超载帧。测到显性电平时，则导致发送超载帧。（5 5）帧间空隙）帧间空隙 位于数据帧和远地帧与前面的信息帧位于数据帧和远地帧与前面的信息帧之间，由帧间空隙和总线空闲状态组成。帧间空隙是之间，由帧间空隙和总线空闲状态组成。帧间空隙是必要的，在此期间，必要的，在此期间， CAN CAN不进行新的帧发送，为的是不进行新的帧发送，为的是CANCAN控制器在下次信息传递前有时间进行内部处理操作。控制器在下次信息传递前有时间进行内部处理操作。当总线空闲时当总线空闲时CANCAN控制器方可发送数据。控制器方可发送数据。2929仲裁区传送期间,每个发送器都监视总线上当前电平,并与自己已经发送的位电平进行比较。如果值相等,那么继续发送; 如果发送了一个隐性位(值1) ,同时在总线上监视到一个显性位(值0) ,那么本节点将失去仲裁权, 必须停止发送数据。失去仲裁权的节点可以在当前发送完成的时候再次尝试发送数据。具有最低数字值的标识符获得仲裁优先权。3030总线上的各种数据的延迟要求是不一样的，快速变化的物理总线上的各种数据的延迟要求是不一样的，快速变化的物理量（如发送机的转速、路面的随机波动信号等）比慢时变的量（如发送机的转速、路面的随机波动信号等）比慢时变的物理量（如温度、压力等信号）要求的频率大的多。当多节物理量（如温度、压力等信号）要求的频率大的多。当多节点同时需要访问总线，点同时需要访问总线，CANCAN控制器通过各种报文被赋予的优控制器通过各种报文被赋予的优先权标示符及先权标示符及IDID数的大小来仲裁谁先发送（优先级以二进制数的大小来仲裁谁先发送（优先级以二进制数表示，但不允许动态更改）。使信息近似于实时传输。数表示，但不允许动态更改）。使信息近似于实时传输。000000111111111DeviceAtransmitsID=11001000111(647hex)DeviceBtransmitsID=11011000111(6C7hex)DeviceBloses,andgoesidleuntilendofframeDeviceAwins,andproceeds31313 3）CAN CAN 的出错管理的出错管理CAN CAN 提供了检测下列错误类型的机制提供了检测下列错误类型的机制: : 位错误。当发送器将自己发送的电平与总线上的电平相位错误。当发送器将自己发送的电平与总线上的电平相比较比较, ,发现两者不相等时发现两者不相等时, ,出现错误出现错误; ; 应答错误。当发送器确定信息没有得到应答应答错误。当发送器确定信息没有得到应答, ,则检测到应则检测到应答错误答错误; ; 填充错误。当节点检测到填充错误。当节点检测到6 6 个相同电平值的连续位时个相同电平值的连续位时, ,则检测到填充错误则检测到填充错误; ; CRCCRC错误。当接收器计算的错误。当接收器计算的CRC (CRC (循环冗余检查循环冗余检查) ) 值不符值不符合发送器发送的合发送器发送的CRC CRC 值值, ,则检测到则检测到CRC CRC 错误错误; ; 格式错误。如果节点在一个必须发送预定值的区内检测格式错误。如果节点在一个必须发送预定值的区内检测到一个非法位到一个非法位, ,则检测到格式错误。则检测到格式错误。检测到出错的节点在下一位发送出错标志。检测到出错的节点在下一位发送出错标志。（ “位填充位填充”规则规则，在一帧中的帧起始、仲裁域、控制域、数据，在一帧中的帧起始、仲裁域、控制域、数据域和域和CRCCRC域部分，发送器在需发送比特流中域部分，发送器在需发送比特流中5 5个具有相同数值的连个具有相同数值的连续位后自动插入一个反码位。数据帧和远程帧的其余组成部分续位后自动插入一个反码位。数据帧和远程帧的其余组成部分(CRC(CRC界定符、应答域和帧结束界定符、应答域和帧结束) )具有固定格式，不进行位填充。）具有固定格式，不进行位填充。）3232为了尽量减小网络上故障节点的负面影响为了尽量减小网络上故障节点的负面影响, CAN , CAN 定义定义了一个故障界定状态机制。一个节点可能处于下列三了一个故障界定状态机制。一个节点可能处于下列三种错误状态之一种错误状态之一: : 错误激活错误激活（ErrorError Active)Active)。当一个。当一个”错误激活错误激活”节节点检测到上述某个错误时点检测到上述某个错误时, ,它将发送一个活动错误帧它将发送一个活动错误帧, ,导致所有其他节点都检测到一个填充错误导致所有其他节点都检测到一个填充错误, ,且丢弃当前且丢弃当前这个帧这个帧; ; 错误认可错误认可（ErrorError Positive)Positive)。当一个错误认可节点。当一个错误认可节点检测到上述的某一个错误时检测到上述的某一个错误时, ,它将发出一个认可错误帧。它将发出一个认可错误帧。这个帧可能不会引起当前接收帧的丢弃这个帧可能不会引起当前接收帧的丢弃; ; 离线离线（BusBus Off)Off)。处于离线状态下的节点不允许对。处于离线状态下的节点不允许对总线有任何影响总线有任何影响, ,它在逻辑上是与网络断开的。它在逻辑上是与网络断开的。在在CAN CAN 的内部有一个发送和接收错误计数器。当检测的内部有一个发送和接收错误计数器。当检测到一个发送或接收错误时到一个发送或接收错误时, ,错误计数器的值将按照预先错误计数器的值将按照预先分配的不同计数值进行累加。反之分配的不同计数值进行累加。反之, ,有效的接收及发送有效的接收及发送将使这些计数器值减小将使这些计数器值减小, ,直到变成最小值直到变成最小值0 0 。通过读取。通过读取错误计数器的值错误计数器的值,CAN ,CAN 就可以很方便地判定节点的出错就可以很方便地判定节点的出错级别。级别。3333Can Can 数据帧示例数据帧示例0x5.Temperature Pressure Torque.ID4 bytes2 bytes2 bytesData 8 bytesGearbox CAN Data Frame0x10.Temperature Torque.ID4 bytes2 bytesABS CAN Data FrameData 8 byte ( 2 bytes not used)3434TempPressureTorque.CAN FramesCAN busPCCANDAQ35353.3. CANCAN总线器件总线器件执行执行CAN CAN 协议的协议的CAN CAN 芯片可由多家制造商提供芯片可由多家制造商提供, ,比较流比较流行的是行的是Philips Philips （ 还有还有NXPNXP），），MotorolaMotorola， MicrochipMicrochip等等公司的产品。目前广泛流行的公司的产品。目前广泛流行的CANCAN总线器总线器件分为两大类：件分为两大类：一类是独立的一类是独立的CANCAN控制器，如控制器，如PHILIPSPHILIPS公司的公司的82c20082c200、及及IntelIntel公司的公司的82526/8252782526/82527等；等；82C200 (82C200 (支持支持CAN 2. CAN 2. 0A)0A)现在已经逐渐被新型号的现在已经逐渐被新型号的SJA1000 (SJA1000 (支持支持CAN 2. CAN 2. 0B)0B)所取代。所取代。另一类是带有在片另一类是带有在片CANCAN总线的微控制器，（指包含总线的微控制器，（指包含CAN CAN 控制器的芯片）。控制器的芯片）。PhilipsPhilips半导体公司生产的半导体公司生产的CANCAN芯片芯片也有这种结构的。嵌入式芯片的早期代表型号为也有这种结构的。嵌入式芯片的早期代表型号为P8XC592(8 P8XC592(8 位位CPU) ,CPU) ,现在已经逐渐被新型号的现在已经逐渐被新型号的XA2C3 XA2C3 (16 (16 位位CPU) CPU) 所取代。所取代。 Motorola Motorola 半导体公司生产的半导体公司生产的CAN CAN 芯片只有这种。早期代表型号为芯片只有这种。早期代表型号为MC68HC05X4/ X16 MC68HC05X4/ X16 系列系列(8 (8 位位CPU) ,CPU) ,现在已经逐渐被新型号的现在已经逐渐被新型号的C68HC08AZ60 C68HC08AZ60 系列系列(8 (8 位增强型位增强型CPU) CPU) 所取代。所取代。36361）SJA1000-独立独立CANCAN控制器控制器SJA1000SJA1000是独立是独立CANCAN控制器，用于汽车和一般工业环控制器，用于汽车和一般工业环境。是境。是 PCA82C200 CANPCA82C200 CAN控制器控制器(BasicCAN)(BasicCAN)的替代产品。的替代产品。 SJA1000SJA1000有两种工作模式：有两种工作模式：Basic CANBasic CAN模式和模式和PeliCANPeliCAN模模式，式，BasicCAN BasicCAN 模式是上电后默认的操作模式因此用模式是上电后默认的操作模式因此用A82C200 A82C200 开发的已有硬件和软件可以直接在开发的已有硬件和软件可以直接在SJA1000 SJA1000 上使用而不用作任何修改上使用而不用作任何修改. .PeliCAN PeliCAN 模式是新的操作模式它能够处理所有模式是新的操作模式它能够处理所有CAN2.0B CAN2.0B 规范的帧类型而且它还提供一些增强功能使规范的帧类型而且它还提供一些增强功能使SJA1000 SJA1000 能应用于更宽的领域能应用于更宽的领域. .SJA1000SJA1000作为微控制器的片外扩展芯片，其片选引脚作为微控制器的片外扩展芯片，其片选引脚CSCS接在微控制器的地址译码器上，从而决定了接在微控制器的地址译码器上，从而决定了CANCAN控制器控制器各寄存器的地址。各寄存器的地址。SJA1000SJA1000通过通过CANCAN控制器接口芯片控制器接口芯片82C25082C250连接在物理总连接在物理总线上。线上。3737PeliCANPeliCAN模式扩展功能：模式扩展功能：PeliCANPeliCAN模式将识别码从模式将识别码从1111位扩展到位扩展到2929位，适用范围更广泛；位，适用范围更广泛；可读可读/ /写访问，可编程的错误计数器；写访问，可编程的错误计数器；最近一次错误代码寄存器；最近一次错误代码寄存器；对每一个对每一个CANCAN总线错误的中断；总线错误的中断；单次发送单次发送 ( (无重发无重发) )；只听模式只听模式 ( (无确认，无活动的出错标志无确认，无活动的出错标志) )；支持热插拔支持热插拔 ( (软件位速率检测软件位速率检测) )；接收过滤器扩展接收过滤器扩展 (4(4字节代码，字节代码，4 4字节屏蔽字节屏蔽) )；自身信息接收自身信息接收 ( (自接收请求自接收请求) )。以上扩展功能为用户更好地识别和处理发送和接收错误、更以上扩展功能为用户更好地识别和处理发送和接收错误、更好地应用和调试好地应用和调试CANCAN控制器提供了方便。控制器提供了方便。这两种模式可以通过时钟分频寄存器这两种模式可以通过时钟分频寄存器CDR.7CDR.7这位来进行选取这位来进行选取（CDR.7=0CDR.7=0为为BasicCAN ModeBasicCAN Mode；CDR.7=0CDR.7=0为为PeliCAN ModePeliCAN Mode）。）。38383939CAN 核心模块控制CAN 帧的发送和接收, 接口管理逻辑负责连接外部主控制器, 可以是微型控制器或任何其他器件. SJA1000 的发送缓冲器能够存储一个完整的报文. 当主控制器初始化时，发送接口管理逻辑会使CAN 核心模块从发送缓冲器读CAN 报文. 当收到一个报文时, CAN 核心模块将串行位流转换成用于验收滤波器的并行数据. 通过这个可编程的滤波器， SJA1000 能确定主控制器要接收哪些报文。 所有收到的报文由验收滤波器验收并存储在接收FIFO 。储存报文的多少由工作模式决定而最多能存储32 个报文。40404141CANCAN总线物理接口总线物理接口- -芯片芯片82C25082C250由由PHILIPSPHILIPS公司设计生产，是公司设计生产，是CAN CAN 协议控制器和物理总协议控制器和物理总线之间的接口。线之间的接口。82C250 82C250 可以为总线提供不同的发送性可以为总线提供不同的发送性能，为能，为CAN CAN 控制器提供不同的接收性能。而且它与控制器提供不同的接收性能。而且它与“ISO11898ISO11898”标准完全兼容。标准完全兼容。PCA82C250PCA82C250的目的是为了的目的是为了增大通信距离，提高系统的瞬间抗干扰能力，保护总增大通信距离，提高系统的瞬间抗干扰能力，保护总线，降低射频干扰（线，降低射频干扰（RFIRFI）实现热防护等。为了进一步）实现热防护等。为了进一步提高抗干扰措施，在两个提高抗干扰措施，在两个CANCAN器件之间使用由高速隔离器件之间使用由高速隔离器件器件6N1376N137构成的隔离电路。构成的隔离电路。 主要特性如下：主要特性如下： . .符合符合ISO/IS11898ISO/IS11898标准；标准； . . 能抗汽车环境下的瞬太干扰；能抗汽车环境下的瞬太干扰； . .具有限斜率控制，抗射频干扰；具有限斜率控制，抗射频干扰； . .差分发送差分发送/ /接收，抗电磁干扰接收，抗电磁干扰（EMIEMI）能力强；）能力强； . .具有过热保护和短路保护；具有过热保护和短路保护； . .网络中的节点掉电不会影响整网络中的节点掉电不会影响整个网络的工作；个网络的工作； . .最多可带最多可带110110个节点；个节点；424243434444CANCAN收发器收发器TJA1050TJA1050TJA1050 TJA1050 是是PCA82C250/1PCA82C250/1后继产品，标准的高速后继产品，标准的高速CANCAN收收发器。发器。TJA1050TJA1050为为CANCAN控制器提供差动接收性能。控制器提供差动接收性能。特性：特性： 与与“ISO 11898ISO 11898”标准完全兼容；速度可达标准完全兼容；速度可达1Mbps1Mbps；极低的电磁辐射；极低的电磁辐射(EME)(EME)；最多可以连接；最多可以连接110110个节个节点；没有供电的节点不干扰总线；对电源和地的短路点；没有供电的节点不干扰总线；对电源和地的短路保护功能；发送数据保护功能；发送数据(TXD)(TXD)控制超时显性功能；在汽车控制超时显性功能；在汽车环境下对总线引脚的瞬态保护；热保护。环境下对总线引脚的瞬态保护；热保护。优势：优势： 第一个采用第一个采用SOISOI技术降低电磁辐射；增加了防技术降低电磁辐射；增加了防失效功能；提高了无源特性；发送禁止时为静音模式；失效功能；提高了无源特性；发送禁止时为静音模式；输入电平与输入电平与3.3V3.3V和和5V5V器件兼容；简单化设计减少了整器件兼容；简单化设计减少了整个系统的成本；低反向电流使得节点未供电时不影响个系统的成本；低反向电流使得节点未供电时不影响网络；具有宽共模范围的差动接收器，抗电磁干扰网络；具有宽共模范围的差动接收器，抗电磁干扰(EMI)(EMI)能力极强；适合用于部分供电网络中节点掉电的能力极强；适合用于部分供电网络中节点掉电的情况情况 4545 功能框图功能框图 管脚图管脚图 相关隔离模块相关隔离模块CTM1050/1050TCTM1050/1050T 该芯片内部集成了所有该芯片内部集成了所有必需的必需的CANCAN隔离及隔离及CANCAN收、发器件，这些都被集成在不到收、发器件，这些都被集成在不到3 3平平 方厘米的芯片上。芯片的主要功能是将方厘米的芯片上。芯片的主要功能是将CANCAN控制器的逻辑电控制器的逻辑电平转换为平转换为CANCAN总线的差分电平并且具有总线的差分电平并且具有DC 2500VDC 2500V的隔离功能。的隔离功能。4646CANCAN收发器收发器MCP2551MCP2551 vsvs TJA1050TJA1050比较比较TJA1050TJA1050和和MCP2551MCP2551（TJA1040TJA1040性能远高，不做对比）：性能远高，不做对比）：1.1.最低波特率：为防止最低波特率：为防止MCUMCU的的TXDTXD管脚长时间处于低电平，管脚长时间处于低电平，新收发器都做了最大位限制（即最小波特率限制），新收发器都做了最大位限制（即最小波特率限制），TJA1050TJA1050通常支持通常支持60K60K以上波特率（最低支持以上波特率（最低支持20K20K），而），而MCP2551MCP2551是是16K16K以上波特率（最低支持以上波特率（最低支持5K5K）。）。TJA1050TJA1050在总线在总线错误时能更快地切断错误信号，保证正常通讯，这在汽车错误时能更快地切断错误信号，保证正常通讯，这在汽车电子通讯中十分重要。（汽车中波特率一般是电子通讯中十分重要。（汽车中波特率一般是100K100K、125K125K、250K250K）2.2.兼容性，兼容性，TJA1050TJA1050可以兼容过去的可以兼容过去的PCA82C250PCA82C250收发器，而收发器，而MCP2551MCP2551在在PCA82C250PCA82C250系统中是不能工作的。系统中是不能工作的。TJA1050TJA1050却可以却可以兼容兼容MCP2551MCP2551系统。系统。3.3. EMCEMC性能：性能：TJA1050TJA1050采用自动斜率控制，即使输出的电平采用自动斜率控制，即使输出的电平拥有极低的电磁辐射，而拥有极低的电磁辐射，而MCP2551MCP2551却是和以前却是和以前PCA82C251PCA82C251一一样，需要用户通过波特率，来调节斜率，以使样，需要用户通过波特率，来调节斜率，以使EMIEMI通过。通过。4747CANCAN技术在汽车中的应用技术在汽车中的应用随着电子技术的迅速发展和在汽车上的广泛应用，汽车电子化随着电子技术的迅速发展和在汽车上的广泛应用，汽车电子化程度越来越高，程度越来越高， 电子设备大量应用，电子控制单元大量引入电子设备大量应用，电子控制单元大量引入，大量控制信号需要实时交换。在借鉴计算机网络技术和现场控大量控制信号需要实时交换。在借鉴计算机网络技术和现场控制技术的基础上，开发出各种汽车网络技术。制技术的基础上，开发出各种汽车网络技术。 CANCAN总线最初就是被设计作为汽车环境中的微控制器之间通讯总线最初就是被设计作为汽车环境中的微控制器之间通讯的。高速的。高速CANCAN主要用于动力系统，主要用于动力系统， 容错容错CANCAN重要应用于对于数重要应用于对于数据传输可靠性的要求较低的场合，低成本的据传输可靠性的要求较低的场合，低成本的LINLIN总线是总线是CANCAN总线总线的扩充。利用的扩充。利用CANCAN总线构建车内网关键技术有：总线构建车内网关键技术有： 1)1)总线传输信息的速率、容量、优先等级、节点容量等；总线传输信息的速率、容量、优先等级、节点容量等；2)2)高高电磁干扰环境下的可靠数据传输；电磁干扰环境下的可靠数据传输；3)3)确定最大传输时的延时大确定最大传输时的延时大小；小；4)4)网络的容错技术；网络的容错技术；5)5)网络的监控和故障诊断功能。网络的监控和故障诊断功能。 汽车内温度变化范围大汽车内温度变化范围大(-45-100)(-45-100)，电磁干扰和其它电子噪，电磁干扰和其它电子噪声强，环境恶劣，网络在车内的运行可靠性尤为重要，这不但声强，环境恶劣，网络在车内的运行可靠性尤为重要，这不但体现在网络结构自身的容错能力和抗干扰能力上，而且也体现体现在网络结构自身的容错能力和抗干扰能力上，而且也体现在信号的编码方式和传输方式上。汽车局域网无一例外地都采在信号的编码方式和传输方式上。汽车局域网无一例外地都采用了同步串行传输方式，数据信号多采用用了同步串行传输方式，数据信号多采用PWMPWM和和NRZNRZ编码，通常编码，通常位速率高于位速率高于100kbps100kbps采用采用NRZNRZ编码，低于编码，低于100kbps100kbps采用采用PWMPWM编码方编码方式。式。4848类别类别特性特性高速高速CAN容错容错CANLIN数据链路层标准数据链路层标准ISO11898ISO11898-1UART/SCI串行接口物理层标准物理层标准ISO11898-2ISO11898-3ISO9141总线数目总线数目2（双绞线）2（双绞线）1总线最大速率总线最大速率1Mbps125kbps20kbps总线通信信号总线通信信号总线拓扑结构总线拓扑结构总线特征总线特征低成本的现场总线极高的总线利用率可靠的错误处理和检错机制节点错误不影响整个网络通讯多主结构依据优先权进行总线访问通讯截止支持双绞线、同轴电缆或光纤更安全的现场总线节约总线驱动力，降低功耗引下线的长度不再受限制一对导线上的对称信号传输可以检测和处理各种短路和中断可以在一条导线上进行非对称数据传输单线传输，成本低支持单主机多从机系统可靠性高节约总线驱动力从机可以自适应总线时钟源增强了错误侦测能力容易开发，缩短了上市时间汽车应用汽车应用发动机管理主体总线车体电子乘员舒适系统车体电子车门与车顶节点乘员舒适系统座位节点座位、车门与天窗模块开关面板汽车方向盘乘员舒适系统494950504.LIN BusLIN LIN 总线总线即即区域互连网络（区域互连网络（Local Interconnect Local Interconnect NetworkNetwork），是一种结构简单、配置灵活、成本低廉的新型），是一种结构简单、配置灵活、成本低廉的新型低速串行总线。用作低速串行总线。用作CANCAN等高速总线的辅助网络或子网络，等高速总线的辅助网络或子网络，在带宽在带宽低低、功能简单、实时性要求低的场合、功能简单、实时性要求低的场合（如车身电器如车身电器）使用使用。LINLIN基于基于UART / SCIUART / SCI接口协议接口协议，总线为主从节点构架，一个总线为主从节点构架，一个主节点可支持主节点可支持1616个从节点；从节点中不用晶振，也能做到个从节点；从节点中不用晶振，也能做到自同步性。电缆长度可到自同步性。电缆长度可到4040米，数据传输率可达米，数据传输率可达 20 kbps 20 kbps。 物理接口：很少物理接口：很少MCUMCU有有LINLIN硬件，大多数用硬件，大多数用SCISCI或或UARTUART来提供来提供支持。因为支持。因为LINLIN物理层是单线物理层是单线 12V 12V总线，需要一个外部收发总线，需要一个外部收发器来转换电平。如器来转换电平。如IMC33689IMC33689（MotoMoto）和和TLE6259-2GTLE6259-2G。LINLIN主节点向从节点发出周期性的检测信号，结果由从节点主节点向从节点发出周期性的检测信号，结果由从节点反馈给主控制器。总线上的所有消息以帧的形式发送，帧反馈给主控制器。总线上的所有消息以帧的形式发送，帧由一个帧头和响应字段由一个帧头和响应字段(response field)(response field)组成。主控器件组成。主控器件始终在总线上发送帧头，帧头至少由一个始终在总线上发送帧头，帧头至少由一个1313位字段、一个位字段、一个同步字节和一个同步字节和一个6 6位标识符组成，该标识符的范围为位标识符组成，该标识符的范围为0 0到到6363。响应字段由。响应字段由 两个、四个和八个数据字节和具有倒置两个、四个和八个数据字节和具有倒置8 8位位和的校验和字段，以及所有的数据字节和标识符组成。和的校验和字段，以及所有的数据字节和标识符组成。5151帧帧包含一个包含一个1313位的同步间隔字段（位的同步间隔字段（Synch Break FieldSynch Break Field）、一个由）、一个由主任务产生的同步字段（主任务产生的同步字段（Synch FieldSynch Field），以及一个辨识字段），以及一个辨识字段（Identifier FieldIdentifier Field）。其中每一个字节字段都以串行位元组方）。其中每一个字节字段都以串行位元组方式发送，起始位的第一位为式发送，起始位的第一位为“0 0”，而终止位为，而终止位为“1 1”。由主任务。由主任务执行的信号标头会依进度表决定每个信号的传输时间，以确保数执行的信号标头会依进度表决定每个信号的传输时间，以确保数据传输的确定性。据传输的确定性。LINLIN信号的响应部分包含一个数据域位（信号的响应部分包含一个数据域位（Data Data FiledFiled），长度为），长度为2 / 4 / 82 / 4 / 8个字节，和一个长度为一个字节的验个字节，和一个长度为一个字节的验证字段（证字段（Checksum FieldChecksum Field）。）。52525. 汽车线控技术和汽车线控技术和FlexRay线控技术（线控技术（by-wireby-wire），就是由），就是由“电线电线”或者电信号实现或者电信号实现传递控制，而不是通过机械连接装置来操作的。线控技传递控制，而不是通过机械连接装置来操作的。线控技术已经被广泛用于航空业，汽车电子中各种线控制系统术已经被广泛用于航空业，汽车电子中各种线控制系统或线驱动系统将迅速发展或线驱动系统将迅速发展，如线控制动、线控转向、线如线控制动、线控转向、线控油门、线控悬架等。控油门、线控悬架等。线控系统的基本结构原理是：驾驶员的操纵指令通过人线控系统的基本结构原理是：驾驶员的操纵指令通过人机接口转换为电信号传到执行机构，控制执行机构的动机接口转换为电信号传到执行机构，控制执行机构的动作；传感器感知功能装置的状态，通过电信号传给人机作；传感器感知功能装置的状态，通过电信号传给人机接口，反馈给驾驶员。线控系统需要高性能控制器，还接口，反馈给驾驶员。线控系统需要高性能控制器，还需要有精确高速的通讯协议网络、容错技术和分配独立需要有精确高速的通讯协议网络、容错技术和分配独立处理功能的模块。处理功能的模块。线控系统在人机接口通讯、执行机构和传感机构之间，线控系统在人机接口通讯、执行机构和传感机构之间，与其他的系统之间要进行大量的信息传输，要求网络的与其他的系统之间要进行大量的信息传输，要求网络的实时性好、可靠性高，而且要求具有冗余的实时性好、可靠性高，而且要求具有冗余的“功能实现功能实现”，以保证在故障时仍可实现装置的基本功能。，以保证在故障时仍可实现装置的基本功能。5353线控技术的特点有：线控技术的特点有：省力，人们可以不用直接操作机械力。省力，人们可以不用直接操作机械力。操纵控制通过驾驶员完成，响应快操纵控制通过驾驶员完成，响应快，取消机械传动滞后，取消机械传动滞后。便于实现个性化设计，驾驶特性如制动、转向、加速等过程便于实现个性化设计，驾驶特性如制动、转向、加速等过程都是程序设定的，设计师可设计不同的程序供用户选择。都是程序设定的，设计师可设计不同的程序供用户选择。质量轻。线控系统取消了许多机械连接装置、液压装置和气质量轻。线控系统取消了许多机械连接装置、液压装置和气压装置，简化了结构和生产工艺，便于实现汽车轻量化。压装置，简化了结构和生产工艺，便于实现汽车轻量化。维护用品可大大减小，减少维护费用。减少车身质量并简化维护用品可大大减小，减少维护费用。减少车身质量并简化维护工作，可能磨损的部件更少了，如使用线控制动无需制维护工作，可能磨损的部件更少了，如使用线控制动无需制动液，使汽车更为环保，减少维护。动液，使汽车更为环保，减少维护。可集成汽车可集成汽车其它其它装置，装置，如如导航和导航和巡航巡航，汽车，汽车成为完整电器成为完整电器。安装测试简单快捷，更稳固的电子接口（模块结构），隔板安装测试简单快捷，更稳固的电子接口（模块结构），隔板间无机械连接，简单布置就能增加电子控制功能。间无机械连接，简单布置就能增加电子控制功能。线控技术的缺点线控技术的缺点：可靠可靠性性电磁干扰、器件失效、软件电磁干扰、器件失效、软件程序的设计、网络攻击等等。电路失效而没有机械冗余就会程序的设计、网络攻击等等。电路失效而没有机械冗余就会导致灾难性的后果导致灾难性的后果。所以研究的重点是系统的可靠性和安全所以研究的重点是系统的可靠性和安全性。性。5454线控技术在汽车上的运用线控技术在汽车上的运用：线控制动（线控制动（brake by-wirebrake by-wire）：线控制动系统由实现电子化的）：线控制动系统由实现电子化的供能装置、控制装置、传动装置、制动器供能装置、控制装置、传动装置、制动器4 4个部分组成。个部分组成。线控转向系统（线控转向系统（Steering By Wire Steering By Wire ）：由具有容错功能控制）：由具有容错功能控制单元、执行器、传感器和冗余电控单元组成，取消了转向盘与单元、执行器、传感器和冗余电控单元组成，取消了转向盘与转向轮之间的机械连接。可自由设计汽车转向的力传递特性转向轮之间的机械连接。可自由设计汽车转向的力传递特性和和角传递特性。角传递特性。线控油门（线控油门（throttle by-wirethrottle by-wire）：也称为电控油门，即发动机）：也称为电控油门，即发动机的油门是通过电子控制的。用电子连接代替机械连接，油门踏的油门是通过电子控制的。用电子连接代替机械连接，油门踏板位置传感器，将位置变化转变为电信号，驾驶员与油门间通板位置传感器，将位置变化转变为电信号，驾驶员与油门间通过电信号连接。控制方式精确。过电信号连接。控制方式精确。线控系统线控系统中中软件决定汽车行驶特征，如加速、制动、转弯等软件决定汽车行驶特征，如加速、制动、转弯等。 线控技术研究的难点在于高性能控制器的研制，需要高效的线控技术研究的难点在于高性能控制器的研制，需要高效的容错技术，使得系统出现故障时能够保障可靠性。容错技术，使得系统出现故障时能够保障可靠性。但但机械系统损坏有过程，而线控制系统的失效是瞬间的。如果机械系统损坏有过程，而线控制系统的失效是瞬间的。如果线控制系统失效线控制系统失效时时汽车汽车在在高速行驶，后果可能非常严重。电子高速行驶，后果可能非常严重。电子控制要完全取代机械操作还需要时间。控制要完全取代机械操作还需要时间。5555FlexRay FlexRay 是一种用于汽车的高速是一种用于汽车的高速1 1可确定性可确定性2 2，具备故障容错，具备故障容错3 3的的总线系统。总线系统。FlexRayFlexRay协议底盘控制、车身和动力总成等场合。协议底盘控制、车身和动力总成等场合。FlexRayFlexRay通信系统还包括一种特殊设计的高速收发器，并定义通信系统还包括一种特殊设计的高速收发器，并定义了了FlexRayFlexRay节点不同部件间的硬件和软件接口。节点不同部件间的硬件和软件接口。 FlexRay FlexRay协议协议定义了网络汽车系统中的通信过程格式和功能。定义了网络汽车系统中的通信过程格式和功能。FlexRayFlexRay利用利用两条独立的物理线路进行通信，每条的数据速率为两条独立的物理线路进行通信，每条的数据速率为10Mbps10Mbps。实实现冗余传输现冗余传输以以容错，也可用两条线路传输不同消息。容错，也可用两条线路传输不同消息。除了线控操作以外，除了线控操作以外，FlexRayFlexRay在汽车动力总成和安全电子系统在汽车动力总成和安全电子系统等等需要高速数据传输方面也有应用。还可以工作在较低的数据需要高速数据传输方面也有应用。还可以工作在较低的数据速率。速度低于速率。速度低于1Mbps1Mbps时，支持传输总线结构时，支持传输总线结构( (如如CAN)CAN)；速度在；速度在1Mbps1Mbps以上时，以点到点连接。以上时，以点到点连接。FlexRayFlexRay符合符合TDMATDMA（Time Division Multiple AccessTime Division Multiple Access）的原则，）的原则，部件和信息都被分配了确定的时间槽，在这期间它们可以唯一部件和信息都被分配了确定的时间槽，在这期间它们可以唯一的访问总线。时间槽是经固定的周期而重复的。信息在总线上的访问总线。时间槽是经固定的周期而重复的。信息在总线上的时间是可以完全预测出来的，因而对总线的访问是确定性的。的时间是可以完全预测出来的，因而对总线的访问是确定性的。5656FlexRay协议将其时间周期分为静态段和动态段两个部分，静态段采用TDMA方式在确定的时间槽传输时间驱动类型的数据。在动态段，时间槽是动态分配的。每种情况下只有一小段时间（“mini-slots”）允许唯一的总线访问。如果在mini-slot中出现了总线访问，时间槽就会按照需求动态扩展。5757节点的同步：为了实现功能的同步，同步信息是在周期的静态节点的同步：为了实现功能的同步，同步信息是在周期的静态段传输的。通过特殊的算法，所有本地时钟和全局时钟同步。段传输的。通过特殊的算法，所有本地时钟和全局时钟同步。 FlexRayFlexRay的网络节点是由主处理器，通信控制器的网络节点是由主处理器，通信控制器（CC)CC)，可选的，可选的总线监控器总线监控器（BGBG）和总线驱动器和总线驱动器（BD)BD)组成的。主处理器组成的。主处理器的的数数据通过控制器传送。据通过控制器传送。BDBD连接着连接着CCCC和总线，或是连接和总线，或是连接BGBG和总线。和总线。主处理器把控制器分配的时间槽通知给主处理器把控制器分配的时间槽通知给BGBG，然后，然后BGBG就允许就允许FlexRayFlexRay控制器在这些时间槽中来传输数据。控制器在这些时间槽中来传输数据。5858FlexRayFlexRay以其确定的网络通讯、高速的数据传输及强以其确定的网络通讯、高速的数据传输及强大的容错功能，很可能成为将来汽车上的底盘系统、大的容错功能，很可能成为将来汽车上的底盘系统、动力系统及线控系统通讯新标准，并取代高速动力系统及线控系统通讯新标准，并取代高速TTCANTTCAN网络。网络。20052005年年PhilipsPhilips推出了全球第一个推出了全球第一个FlexRayFlexRay系系统解决方案，统解决方案，20092009年年8 8月月3 3日据博世公司消息，在当日据博世公司消息，在当前宝马前宝马7 7系中配备的博世系中配备的博世ESPESP（ (Electronic (Electronic Stability Program)Stability Program)是全球第一个带有是全球第一个带有FlexRayFlexRay界面界面的制动控制系统。通过这一新数据总线，系统能够的制动控制系统。通过这一新数据总线，系统能够与相应的传感器、自适应巡航控制（与相应的传感器、自适应巡航控制（ACCACC）、集成底）、集成底盘管理系统（盘管理系统（ICMICM）、发动机以及传输控制单元通信。）、发动机以及传输控制单元通信。博世：博世：“FlexRayFlexRay为网络化新的可能性铺平了道路，为网络化新的可能性铺平了道路，并通过豪华级车型上当前和未来的辅助和安全系统，并通过豪华级车型上当前和未来的辅助和安全系统，为全面、及时的通讯奠定了坚实的基础。为全面、及时的通讯奠定了坚实的基础。”除了制除了制动控制系统，博世还为宝马动控制系统，博世还为宝马7 7系的系的ACCACC和柴油发动机和柴油发动机供应控制单元，这些单元也包含供应控制单元，这些单元也包含FlexRayFlexRay数据总线的数据总线的界面。界面。5959其它协议其它协议新一代汽车主干通信网络新一代汽车主干通信网络TTCANTTCAN、FlexRayFlexRay和和TTPTTP(Time (Time Triggered Protocol)Triggered Protocol) 都采用了时间驱动的机制都采用了时间驱动的机制, , 不确定不确定性仅仅是时间同步的误差。性仅仅是时间同步的误差。1 1）TTCANTTCAN：TTCANTTCAN和和CANCAN兼容。定义了时间周期兼容。定义了时间周期和和多个时间多个时间间隔，有些时间间隔专用于特定的无需仲裁网络节点。间隔，有些时间间隔专用于特定的无需仲裁网络节点。节点采用节点采用TDMATDMA的网络通道分配方式，所有节点都存有预先的网络通道分配方式，所有节点都存有预先定义的时间表，节点错误将退出通信网络。定义的时间表，节点错误将退出通信网络。2 2）ByteflightByteflight标准：标准：BMWBMW等等于于19961996年年开发开发的高速网络通讯的高速网络通讯协议协议（10Mbps10Mbps），），以更弹性的方式处理不同带宽的兼容以以更弹性的方式处理不同带宽的兼容以及电子系统的增加，并具备容错能力。给安全元件的高优及电子系统的增加，并具备容错能力。给安全元件的高优先级信息固定等待时间，以保证其发送。先级信息固定等待时间，以保证其发送。3 3） TTPTTP：原应用于航空产品：原应用于航空产品，基于严格的基于严格的TDMATDMA时序安排，时序安排，具有非常可靠和容错的特性。节点具有非常可靠和容错的特性。节点间由间由两个重复的通道连两个重复的通道连接。该协议的节点成本比其他协议的成本更高。接。该协议的节点成本比其他协议的成本更高。60606.6. 汽车网络应用层汽车网络应用层在在ISOISO- -OSIOSI模型模型中中，CANCAN协议定义协议定义的是的是物理层及数据链路物理层及数据链路层规范，这为不同的汽车厂商制定符合自身需要的应用层规范，这为不同的汽车厂商制定符合自身需要的应用层协议提供了很大的便利。如需要建立更加完善的系统。层协议提供了很大的便利。如需要建立更加完善的系统。如如CANopenCANopen、SAE J1939SAE J1939等。等。1 1）SAE J1939SAE J1939J1939J1939协议由美国协议由美国SAE( Society of Automotive SAE( Society of Automotive Engineer)Engineer)组织维护和推广。组织维护和推广。 J1939 J1939协议是目前在大型汽协议是目前在大型汽车中应用最广泛的网络方案，车中应用最广泛的网络方案， 在在CANCAN的基础上增加了网的基础上增加了网络层、应用层协议和网络管理规范。包括若干具体规范。络层、应用层协议和网络管理规范。包括若干具体规范。SAE J1939SAE J1939协议在商用车辆、舰船、轨道机车、农业机械协议在商用车辆、舰船、轨道机车、农业机械和大型发动机中是应用最广泛的应用层协议，基于和大型发动机中是应用最广泛的应用层协议，基于CANbusCANbus总线，可达到总线，可达到 250Kbps250Kbps的通讯速率。在的通讯速率。在SAE J1939SAE J1939协议中，不仅仅指定了传输类型、报文结构及其分段、协议中，不仅仅指定了传输类型、报文结构及其分段、流量检查等，而且报文内容本身也做了精确的定义。流量检查等，而且报文内容本身也做了精确的定义。6161J1939J1939技术为车辆传感器、执行器和控制器提供标准化技术为车辆传感器、执行器和控制器提供标准化高速网络连接，在不同的高速网络连接，在不同的ECUECU间实现高速数据共享以提间实现高速数据共享以提高车辆电子控制系统的灵活性、可靠性、可维修性。高车辆电子控制系统的灵活性、可靠性、可维修性。 目前车辆的目前车辆的ECUECU大都带大都带SAE J1939 /CANSAE J1939 /CAN接口。针对具有接口。针对具有SAE J1939 CANSAE J1939 CAN接口的接口的ECUECU产品，集成实现车辆网络，完产品，集成实现车辆网络，完成自定义成自定义ECUECU的信息采集和各的信息采集和各ECUECU间的信息交换。间的信息交换。 J1939J1939协议具有如下特点：协议具有如下特点：(1)(1)以以CAN2.0BCAN2.0B协议为基础，物理层标准与协议为基础，物理层标准与ISO11898ISO11898规范规范兼容并采用符合该规范的兼容并采用符合该规范的CANCAN控制器及收发器。通讯速控制器及收发器。通讯速率最高可达到率最高可达到250Kbps250Kbps。终端。终端120120电阻。电阻。(2)(2)采用采用PDUPDU传送信息，每个传送信息，每个PDUPDU相当于相当于CANCAN协议中的一帧。协议中的一帧。由于每个由于每个CANCAN帧最多可传输帧最多可传输8 8个字节数据，因此个字节数据，因此PDUPDU的传的传输具有很高的实时性。输具有很高的实时性。(3)(3)利用利用CAN2.0BCAN2.0B扩展帧格式的扩展帧格式的2929位标志符定义每一个位标志符定义每一个PDUPDU的含义以及该的含义以及该PDUPDU的优先级。的优先级。(4)J1939(4)J1939协议主要作为汽车中应用的通讯协议，对汽车协议主要作为汽车中应用的通讯协议，对汽车中应用到的各类参数都进行了规定。参数的规定符合中应用到的各类参数都进行了规定。参数的规定符合ISO11992ISO11992标准。标准。6262ECUECU网络上的网络上的ECU ECU 包括标准（设备）包括标准（设备）ECUECU、网络、网络ECUECU和诊断和诊断开发工具。开发工具。ECUECU至少有一个名称（至少有一个名称（64bit64bit）和地址（）和地址（8it8it），）， 在网在网络里用地址作标识。络里用地址作标识。ECUECU通过网络通信，构成测控系统。通过网络通信，构成测控系统。 交换的数据包括交换的数据包括测量数据，控制数据，状态标志和故障诊断代码。测量数据，控制数据，状态标志和故障诊断代码。J1393J1393中对不同数据格式，顺序和数据范围作了详细规中对不同数据格式，顺序和数据范围作了详细规定。定。ECUECU要求有一点的储存和数据处理能力。要求有一点的储存和数据处理能力。ECUECU之间的通之间的通信方式可以是点对点（信方式可以是点对点（PDU1PDU1）或者广播（）或者广播（PDU2PDU2）。）。ECUECU要求有诊断和可以报告故障（故障模式、等级和一要求有诊断和可以报告故障（故障模式、等级和一个特别规定的个特别规定的19bit19bit疑点参数号疑点参数号SPNSPN）有时在一个网络内有时在一个网络内ECU ECU 过多时，在有拖车等等时需要过多时，在有拖车等等时需要组成多网段系统。组成多网段系统。63632 2）J1939J1939协议内容协议内容（1 1） 车辆网络拓扑结构车辆网络拓扑结构具有具有SAE J1939/CANSAE J1939/CAN接口的接口的ECUECU产品接上仪表板连成网络，为产品接上仪表板连成网络，为了使自定义了使自定义ECUECU对外通信尽量不影响对外通信尽量不影响ECUECU产品间的通信，整个产品间的通信，整个网络分为两个网段（必要时可合并成一个网段）。网段网络分为两个网段（必要时可合并成一个网段）。网段A A包含包含信息交互信息交互ECUECU，发动机，发动机ECUECU，变速器及其缓速器，变速器及其缓速器ECUECU，ABS ECUABS ECU；网段；网段B B包括信息交互包括信息交互ECUECU，发动机外围、，发动机外围、I I桥及桥及IIII桥桥ECUECU，分，分动器动器ECUECU，IIIIII桥及桥及IVIV桥桥ECUECU。信息交互。信息交互ECUECU用两个用两个CANCAN端口分别端口分别与两个网段连接，具有报文转发功能。与两个网段连接，具有报文转发功能。在多轴（桥）驱动的汽车，为了将输出的动力分配给各驱动桥设有分动器6464（2 2） 车辆网络通信设计车辆网络通信设计 按照按照SAE J1939SAE J1939协议，车辆网络通信设计包括：协议，车辆网络通信设计包括：物理层物理层 ：实现所有：实现所有ECUECU的网络电气连接。采用特征阻抗为的网络电气连接。采用特征阻抗为120 120 的屏蔽双绞线，的屏蔽双绞线，CAN_HCAN_H为黄色、为黄色、CAN_LCAN_L绿色。网段尽可能使绿色。网段尽可能使用线性拓扑结构，波特率用线性拓扑结构，波特率250 kbps250 kbps。干线两端。干线两端120 120 终端匹终端匹配。配。ECUECU使用短支线与网段干线连接，在网段中采用不相等布使用短支线与网段干线连接，在网段中采用不相等布置以防止产生驻波。置以防止产生驻波。数据链路层数据链路层 ：数据链路层在物理层之上提供了可靠的数据传：数据链路层在物理层之上提供了可靠的数据传输功能，实现了应用层报文的数据交换。通过数据链路层的输功能，实现了应用层报文的数据交换。通过数据链路层的组织，实现了发送数据帧必须具有的同步、顺序控制、错误组织，实现了发送数据帧必须具有的同步、顺序控制、错误控制和流控制等功能。控制和流控制等功能。以上兼容以上兼容CANCAN规范。规范。网络层：多个网段存在时需要网络互联网络层：多个网段存在时需要网络互联ECUECU，其功能包括报文，其功能包括报文转发、报文过滤、报文地址转换、报文重组及数据库管理。转发、报文过滤、报文地址转换、报文重组及数据库管理。网络层功能对于特定网络层功能对于特定ECUECU来说是可选的，网络中仅信息交互来说是可选的，网络中仅信息交互ECUECU用到网络层功能。用到网络层功能。 6565应用层应用层 : :定义针对车辆应用的信号定义针对车辆应用的信号( (参数参数) )和报文和报文( (参数组参数组) )。应用层通过参数描述信号，给每个参数分配了一个应用层通过参数描述信号，给每个参数分配了一个1919位的可位的可疑参数编号疑参数编号(SPN)(SPN)；通过参数组描；通过参数组描 述报文，给每个参数组分述报文，给每个参数组分配了一个配了一个2424位的参数组编号位的参数组编号(PGN)(PGN)。SPNSPN用来标识与用来标识与ECUECU相关的相关的故障诊断元素、部件或参数组中参数；故障诊断元素、部件或参数组中参数；PGNPGN用来唯一标识一个用来唯一标识一个 特定参数组。除已分配的参数和参数组外，用户还可通过分特定参数组。除已分配的参数和参数组外，用户还可通过分配未使用的配未使用的SPNSPN给自定义参数和定义专有报文对应用层进行补给自定义参数和定义专有报文对应用层进行补充。充。SAE J1939SAE J1939的技术规范及软硬件开发测试平台如图所示：的技术规范及软硬件开发测试平台如图所示：该系统由该系统由1111个网络节点组成，以个网络节点组成，以J1939J1939网络为骨干，集成了现网络为骨干，集成了现代汽车技术的网络精华。包括代汽车技术的网络精华。包括LINbusLINbus，GPRS/GSMGPRS/GSM（无线（无线TCP/IPTCP/IP网），网），BluetoothBluetooth（蓝牙），（蓝牙），USBUSB，及嵌入式以太网等，及嵌入式以太网等最新技术。汽车的动力部分单元是通过嵌入式硬件数字仿真最新技术。汽车的动力部分单元是通过嵌入式硬件数字仿真技术实现的。技术实现的。各单元的简介如下：各单元的简介如下： 6666系统中的这些节点单元可组成较完善的网络测试环境，大多数单元已实现产品化。并适合汽车EMC要求。因而可与实际的汽车电子产品互换连接。以此为基础可组成汽车电子总线技术电控单元仿真测试平台。配备专业测试仪器后可组建CAN-BUS实验室，该系统具有标准化和可扩展性的特点。6767各单元的简介如下：各单元的简介如下： （1 1）发动机）发动机ECMECM仿真单元仿真单元 ( (节点节点1)1) ：实现（实际）发动机：实现（实际）发动机的总线仿真功能，产生发动机的总线仿真功能，产生发动机10201020种电控时实参数，模拟种电控时实参数，模拟汽车发动机实际运行状态。适合汽车汽车发动机实际运行状态。适合汽车EMCEMC要求。要求。（2 2）NMT/NMT/车身电控制单元（节点车身电控制单元（节点2 2）: :可实现可实现J1939/81J1939/81规定规定的网络管理功能和诊断纪录功能，发报警控制信息，有的网络管理功能和诊断纪录功能，发报警控制信息，有1616个光电隔离输出接口（个光电隔离输出接口（50V/500mA50V/500mA）和）和8 8个数字信号（传感个数字信号（传感器）输入接口及器）输入接口及4 4个模拟传感器接口，控制功能可现场编程个模拟传感器接口，控制功能可现场编程修改。适合多种汽车修改。适合多种汽车EMCEMC开发要求。开发要求。 （3 3）缓速器仿真单元（节点）缓速器仿真单元（节点3 3）：可根据汽车运行状态和）：可根据汽车运行状态和车速控制电磁缓速器的驱动接口。车速控制电磁缓速器的驱动接口。（4 4）ABSABS仿真单元（节点仿真单元（节点4 4）：根据汽车网络综合参数控制）：根据汽车网络综合参数控制ABSABS制动力和启动时间。制动力和启动时间。（5 5）AMTAMT仿真单元（节点仿真单元（节点5 5）：根据设计参数可仿真实现变）：根据设计参数可仿真实现变速箱与发动机速箱与发动机ECMECM的通讯。的通讯。（6 6）非对称网桥（节点）非对称网桥（节点6 6）: :可实现高速网（动力系统）和可实现高速网（动力系统）和低速网（仪表信息电气控制系统）的流量不对称桥接，从低速网（仪表信息电气控制系统）的流量不对称桥接，从而保证总线负载率的安全和电气安全。而保证总线负载率的安全和电气安全。6868（7 7）LIN BUS LIN BUS 网关（节点网关（节点7 7）: :实现实现LIN-BUSLIN-BUS传感器、电气传感器、电气控制系统和控制系统和CAN-BUSCAN-BUS系统的互联。并遵从系统的互联。并遵从J1939J1939协议。协议。（8 8）J1939MFMJ1939MFM（节点（节点8 8）: : J1939J1939多功能汽车综合参数仪表多功能汽车综合参数仪表（汽车信息中心），可实现（汽车信息中心），可实现1414种汽车运行参数的实时显示种汽车运行参数的实时显示（中文（中文LCDLCD），可编程），可编程3005000Km3005000Km历史车况记录并具备故障历史车况记录并具备故障报警信息显示功能。适合汽车报警信息显示功能。适合汽车EMCEMC要求。要求。 （9 9）J1939J1939汽车仪表（节点汽车仪表（节点9 9）: : 实现实现J1939J1939总线式汽车仪总线式汽车仪表。可适配多种汽车仪表总成。表。可适配多种汽车仪表总成。（1010）J1939J1939转以太网转以太网/USB/USB（网关节点（网关节点1010）: : 可实现以太网可实现以太网或或USBUSB接口与通用计算机连接进入接口与通用计算机连接进入J1939J1939网络网络, ,对总线负载率对总线负载率进行统计分析进行统计分析, ,开放开放APIAPI接口。接口。（1111）J1939J1939运行实时参数记录（节点运行实时参数记录（节点1111）: : 接入接入J1939J1939网网络可记录络可记录2020万条运行参数，用于实时分析各万条运行参数，用于实时分析各ECUECU单元的运行单元的运行情况，亦可在实际运行的汽车中测试运行参数，并通过情况，亦可在实际运行的汽车中测试运行参数，并通过GMS/GPRSGMS/GPRS网络接入网络接入InternetInternet网络服务器。抗电子干扰能力网络服务器。抗电子干扰能力很强，适合汽车很强，适合汽车EMCEMC要求。要求。6969CANopenCANopen协议集定义了基于协议集定义了基于CANCAN的分布式工业自动化系统的应的分布式工业自动化系统的应用标准以及用标准以及CANCAN应用层通信标准。应用层通信标准。CANopenCANopen是是CAN-in-CAN-in-Automation (CiA)Automation (CiA)定义的标准之一。定义的标准之一。在称为在称为“设备子集设备子集”的协议中描述的协议中描述了了重要的设备类型重要的设备类型：如数如数字和模拟的输入输出模块，驱动设备，操作设备，控制器，字和模拟的输入输出模块，驱动设备，操作设备，控制器，可编程控制器或编码器。设备子集定义了不同类型的标准设可编程控制器或编码器。设备子集定义了不同类型的标准设备及其相应的功能。备及其相应的功能。CANopenCANopen标准最核心的部分是通过对象字典（标准最核心的部分是通过对象字典（Object Object DictionaryDictionary）对设备功能进行描述。对象字典分为两部分，）对设备功能进行描述。对象字典分为两部分，第一部分包括基本的设备信息，例如设备第一部分包括基本的设备信息，例如设备IDID，制造商，通信，制造商，通信参数等等。第二部分描述了特殊的设备功能。参数等等。第二部分描述了特殊的设备功能。一个一个1616位的索引和一个位的索引和一个8 8位的子索引唯一确定了对象字典的位的子索引唯一确定了对象字典的入口。通过对象字典的入口可以对设备的入口。通过对象字典的入口可以对设备的“应用对象应用对象”进行进行基本网络访问，设备的基本网络访问，设备的“应用对象应用对象”可以是输入输出信号，可以是输入输出信号，设备参数，设备功能和网络变量等等。设备参数，设备功能和网络变量等等。CANopenCANopen7070CANopenCANopen设备的功能及特性以电子数据单（设备的功能及特性以电子数据单（EDSEDS）的形式）的形式，采采用用ASCIIASCII格式描述。实际设备设置通过所谓的设备配置文件格式描述。实际设备设置通过所谓的设备配置文件（DCF- Device Configuration FileDCF- Device Configuration File）进行描述。）进行描述。EDSEDS和和DCFDCF都可以从都可以从InternetInternet上下载，并可以存储在设备之中。上下载，并可以存储在设备之中。CANopenCANopen分为两种基本的数据传输机制：通过进程数据对象分为两种基本的数据传输机制：通过进程数据对象(PDO)(PDO)对小型的数据进行高速数据交换以及通过服务数据对对小型的数据进行高速数据交换以及通过服务数据对象（象（SDO- Service Data ObjectsSDO- Service Data Objects）对对象字典进行访问。）对对象字典进行访问。后者主要用于在设备配置过程中传输参数以及传输大数据块。后者主要用于在设备配置过程中传输参数以及传输大数据块。进程数据对象通常采用事件触发、循环或请求方式发送，作进程数据对象通常采用事件触发、循环或请求方式发送，作为广播对象，它的上层并没有附加协议。一个为广播对象，它的上层并没有附加协议。一个PDOPDO最大可传最大可传输输8 8字节数据。在连接一个同步报文的时候，整个网络都可字节数据。在连接一个同步报文的时候，整个网络都可以采用同步方式对以采用同步方式对PDOPDO进行传送和接收进行传送和接收 (Synchro-nous (Synchro-nous PDOs)PDOs)。通过存储在对象字典中的。通过存储在对象字典中的PDOPDO映射映射(PDO Mapping)(PDO Mapping)结结构，可以对应用对象到构，可以对应用对象到PDOPDO对象的分配对象的分配(Transmission (Transmission Object)Object)进行调整，这可以保证设备可以对不同的应用需求进行调整，这可以保证设备可以对不同的应用需求进行调整。进行调整。7171通过传输通过传输SDOSDO可以实现可靠的数据传输，由两个可以实现可靠的数据传输，由两个CANCAN对象对象在两个网络节点间通过点对点的通信来实现这一过程。在两个网络节点间通过点对点的通信来实现这一过程。通过传输对象字典的索引以及子索引，可以定位相应的通过传输对象字典的索引以及子索引，可以定位相应的对象字典入口。通过对象字典入口。通过SDOSDO传送报文可以不受长度的限制，传送报文可以不受长度的限制，但传送但传送SDOSDO报文需要额外的协议开销。报文需要额外的协议开销。标准化的事件触发的高优先级突发报文用于报告设备故标准化的事件触发的高优先级突发报文用于报告设备故障，可以通过中心时钟报文来提供整个系统的系统时钟。障，可以通过中心时钟报文来提供整个系统的系统时钟。准备和协调建立一个分布式的自动化系统所需的功能准备和协调建立一个分布式的自动化系统所需的功能 都都适于适于CALCAL网络管理（网络管理（NMTNMT）定义的机制，同样可应用于周）定义的机制，同样可应用于周期性的节点维护期性的节点维护(node guarding)(node guarding)。可以选择通过可以选择通过Heartbeat MessageHeartbeat Message来显示来显示CANopenCANopen设备设备的通信能力。的通信能力。PDOPDO和和SDOSDO的的CANCAN报文标识符可以直接通过对报文标识符可以直接通过对象字典的数据结构的入口标志符进行分配象字典的数据结构的入口标志符进行分配, ,或者，在简单或者，在简单的系统中，也可用预定义的标志符。的系统中，也可用预定义的标志符。7272汽车电子设计的系统方法汽车电子设计的系统方法电子设备在汽车中的应用急剧增加。这些设备通常都电子设备在汽车中的应用急剧增加。这些设备通常都是小型且网络化的，同时还具有一个友好的用户接口。是小型且网络化的，同时还具有一个友好的用户接口。为了确保各个设备良好工作并满足汽车应用中的各种为了确保各个设备良好工作并满足汽车应用中的各种使用要求，汽车电子的设计需要采用系统设计的方法。使用要求，汽车电子的设计需要采用系统设计的方法。为了实现电子设备间以及和外部系统间的互联，在车为了实现电子设备间以及和外部系统间的互联，在车辆系统中，采用了如辆系统中，采用了如CANCAN或者或者COMCOM协议来实现内部通讯，协议来实现内部通讯，采用蜂窝系统和采用蜂窝系统和802.11802.11以及蓝牙协议来实现外部数据以及蓝牙协议来实现外部数据的通讯。的通讯。远程信息设备的占用空间必须尽可能地小。汽车厂家远程信息设备的占用空间必须尽可能地小。汽车厂家应用在高端远程信息处理中的芯片，大多是应用在高端远程信息处理中的芯片，大多是FPGAFPGA设计设计的快速的快速SoPC(SoPC(可编程系统芯片可编程系统芯片) )，有时也可考虑采用，有时也可考虑采用ASICASIC。ASICASIC或者或者FPGAFPGA的使用驱动着的使用驱动着IPIP重用。重用。7373技术展望技术展望现代汽车是一个智能化网络计算平台。汽车网络贯穿整现代汽车是一个智能化网络计算平台。汽车网络贯穿整车的每个单元即控制系统、信息系统、驾驶系统和传感车的每个单元即控制系统、信息系统、驾驶系统和传感执行系统均由控制局域网执行系统均由控制局域网CAN-BUSCAN-BUS互连，掌握应用层网互连，掌握应用层网络标准并开发嵌入式软件是关键技术。络标准并开发嵌入式软件是关键技术。中国中国CANCAN网络系统轿车已成功运行。但目前大部分的汽网络系统轿车已成功运行。但目前大部分的汽车还没有采用汽车总线车还没有采用汽车总线CANCAN的设计，因而存在着不少弊的设计，因而存在着不少弊端。比如一旦发动机出现故障时，由于缺乏基于端。比如一旦发动机出现故障时，由于缺乏基于CANCAN总总线的测试维修设备，目前我们的维修人员使用的方法只线的测试维修设备，目前我们的维修人员使用的方法只能是在发动机上钻孔，将传感器直接放进发动机内部进能是在发动机上钻孔，将传感器直接放进发动机内部进行测量，操作繁琐、设备复杂，且不利于保护发动机的行测量，操作繁琐、设备复杂，且不利于保护发动机的整体结构。整体结构。将车内的控制网络与信息网络如故障信息检测系统，车将车内的控制网络与信息网络如故障信息检测系统，车况自动纪录系统，实时驾驶信息显示系统（智能化数字况自动纪录系统，实时驾驶信息显示系统（智能化数字仪表）与嵌入式因特网互连仪表）与嵌入式因特网互连, , 将会是今后汽车计算平台将会是今后汽车计算平台的关键核心技术。的关键核心技术。7474CanbusCanbus的应用的应用汽车内部网络汽车内部网络 （SAE-J1939SAE-J1939）7575多网段的车辆内部网络系统多网段的车辆内部网络系统 7676交通系统中的数据语音混合通信应用系统交通系统中的数据语音混合通信应用系统7777参考资料参考资料现场总线现场总线CANCAN原理与应用技术原理与应用技术 饶运涛饶运涛 邹继军邹继军 郑勇芸郑勇芸 编著编著 20022002年年6 6月第月第1 1版版定价：定价：34.0034.00元元内容包括：计算机网络技术与内容包括：计算机网络技术与 现场总线的现场总线的基本原理、概念和它们之间的密切关系；基本原理、概念和它们之间的密切关系；CANCAN的的2.02.0规范规范和几种功能典型且流行的和几种功能典型且流行的CANCAN控制器和驱动器的详细资控制器和驱动器的详细资料；在作者实验和开发应用料；在作者实验和开发应用CAN CAN 技术的成果基础上，详技术的成果基础上，详细介绍了细介绍了CANCAN的应用开发技术，从硬件的设计到各个基的应用开发技术，从硬件的设计到各个基本软件功能模块的编写，其中包括本软件功能模块的编写，其中包括CANCAN控制器与单片机、控制器与单片机、PCPC机的不同方式的接口机的不同方式的接口 技术等。这些资料可供读者直技术等。这些资料可供读者直接参考使用（含源程序代码从汇编语言到接参考使用（含源程序代码从汇编语言到WindowsWindows下的下的VxDVxD和和DLLDLL），以便尽快进入实践阶段。书中还介绍了作），以便尽快进入实践阶段。书中还介绍了作者已完成并者已完成并 投入使用的一个投入使用的一个CANCAN系统设计的实例。系统设计的实例。网络资源：网络资源：askask googlegoogle “周立功周立功”, ,