第2章车载网络通讯协议第一讲

1、第第2章章 车载网络通讯协议车载网络通讯协议n2.1 常用基本名词术语常用基本名词术语n2.2 局域网的三个基本要素局域网的三个基本要素n2.3 车载网络的拓扑车载网络的拓扑 n2.4 通信协议通信协议 n2.5 位编码位编码n2.6 汽车对通信协议节点数的要求汽车对通信协议节点数的要求 n2.7 车载网络协议标准车载网络协议标准 2.1 常用基本术语常用基本术语n1 局域网局域网 在一个有限区域内连接的计算机网络。可以实现在一个有限区域内连接的计算机网络。可以实现这个系统内的资源共享和信息通讯。连接到网络上的这个系统内的资源共享和信息通讯。连接到网络上的可以是计算机、基于微控制器的应用系统或

2、智能装置。可以是计算机、基于微控制器的应用系统或智能装置。 汽车上的网络是多个局部网络的互联结构。汽车上的网络是多个局部网络的互联结构。2. 网关网关n网关是连接不同网络能实现不同网络协议转换的设备。网关是连接不同网络能实现不同网络协议转换的设备。n网关是网络上的一个节点，是连接异型网络的接口装网关是网络上的一个节点，是连接异型网络的接口装置。置。n网关的作用是对双方不同的协议进行翻译和解释，实网关的作用是对双方不同的协议进行翻译和解释，实现不同网络之间无差错数据通信。现不同网络之间无差错数据通信。n汽车上针对通用协议的汽车上针对通用协议的obd系统，系统，obd故障扫描故障扫描就是网关。就是

3、网关。3. 现场总线（现场总线（field bus）n现场总线是在工业过程控制和生产自动化领域发展起现场总线是在工业过程控制和生产自动化领域发展起来的一种网络体系。来的一种网络体系。n应用的装置：执行器、传感器和调节器等。应用的装置：执行器、传感器和调节器等。n现场总线定义为是将现场设备或仪表互联所形成的串现场总线定义为是将现场设备或仪表互联所形成的串行数字通信链路，是现场通信网络与行数字通信链路，是现场通信网络与控制系统控制系统的集成。的集成。ncan（controller area network）是广泛应用的现）是广泛应用的现场总线之一。场总线之一。现场总线的特点现场总线的特点n节点设备

4、一般比较简单，应用于实时性高的控制或检节点设备一般比较简单，应用于实时性高的控制或检测系统，节点功能差别大测系统，节点功能差别大n可靠性和容错能力强可靠性和容错能力强n实时性高实时性高n报文长度小，传输延时小报文长度小，传输延时小n成本低，结构简单成本低，结构简单n环境适应能力强，可以在恶劣环境下工作环境适应能力强，可以在恶劣环境下工作n数据传输速度较低数据传输速度较低 基于现场总线的分布式控制系统基于现场总线的分布式控制系统n直接控制直接控制计算机计算机现场设备现场设备现场设备现场设备现场设备现场设备分布式控制分布式控制计算机计算机现现场场设设备备现现场场设设备备计算机计算机现现场场设设备备

5、现现场场设设备备计算机计算机现现场场设设备备现现场场设设备备通信网络通信网络n基于现场总线的分布式控制系统基于现场总线的分布式控制系统智能现场设备智能现场设备智能现场设备智能现场设备智能现场设备智能现场设备现场总线现场总线分布式控制系统是网络技术和控制技术结合的产物。分布式控制系统是网络技术和控制技术结合的产物。车载网络是局域网与现场总线之间的结构。车载网络是局域网与现场总线之间的结构。分布式控制系统的优点分布式控制系统的优点n完成同样的功能，使用低高档微控制器构成的分布式完成同样的功能，使用低高档微控制器构成的分布式系统要比由一个高档微控制器构成的集中控制系统费系统要比由一个高档微控制器构成

6、的集中控制系统费用低。用低。n多处理系统可以对多个请求给出即时响应。多处理系统可以对多个请求给出即时响应。n被控系统本身就是一个分散系统，分布系统可减少通被控系统本身就是一个分散系统，分布系统可减少通信负担。信负担。n可以减少线束。可以减少线束。4. 节点（模块）节点（模块）n网络上的节点是网络活动的核心部分，对车载网络而网络上的节点是网络活动的核心部分，对车载网络而言，电子装置或控制单元就是网络节点。言，电子装置或控制单元就是网络节点。n智能传感器就是一种最简单的节点。智能传感器就是一种最简单的节点。necu是车载网络系统中最复杂的模块。是车载网络系统中最复杂的模块。5. 多路传输（多路复用

7、）多路传输（多路复用）n多路复用指多个用户使用一条介质线路时，线路资源多路复用指多个用户使用一条介质线路时，线路资源的分配方式。的分配方式。n频分方式（频分方式（fdm）：不同频率范围在一条线路上传送）：不同频率范围在一条线路上传送信息信息n码分方式（码分方式（cdm）：不同的信息编码机制）：不同的信息编码机制n时分方式（时分方式（tdm）：分时轮流使用总线）：分时轮流使用总线n汽车上是单线或双线分时多路传输系统汽车上是单线或双线分时多路传输系统6. 数据总线数据总线n模块间运行数据的通道，即信息高速公路。模块间运行数据的通道，即信息高速公路。n数据总线上的信息可以被任何控制单元利用。数据总线

8、上的信息可以被任何控制单元利用。n数据总线上不同的电平组合（编码方式）用于传输不数据总线上不同的电平组合（编码方式）用于传输不同的信息。同的信息。n数据总线可以是一条导线、两条导线，双线制数据线数据总线可以是一条导线、两条导线，双线制数据线常绞在一起，以抗干扰。常绞在一起，以抗干扰。n各汽车制造商一直在设计自己的数据总线。各汽车制造商一直在设计自己的数据总线。niso标准和标准和sae标准。标准。7. 帧帧n帧是数据传输的最小单元。帧是数据传输的最小单元。n一帧通常包括以下内容：一帧通常包括以下内容： 同步信号同步信号 控制信息控制信息 数据信息数据信息 错误检测错误检测 帧结束帧结束2.2

9、局域网的三个基本要素局域网的三个基本要素 n信号传输介质、网络的拓扑结构和介质访问控制协议信号传输介质、网络的拓扑结构和介质访问控制协议是局域网的三个基本要素。是局域网的三个基本要素。n信号传输介质和网络的拓扑结构是主要技术选择，在信号传输介质和网络的拓扑结构是主要技术选择，在很大程度上决定了局域网的数据传输速度、传输距离很大程度上决定了局域网的数据传输速度、传输距离以及节点数等指标。以及节点数等指标。1 信号传输介质信号传输介质n传输介质指连接网络节点的信息传输载体。传输介质指连接网络节点的信息传输载体。n用于局域网的传输介质有：双绞线、同轴电缆、光纤用于局域网的传输介质有：双绞线、同轴电缆

10、、光纤双绞线、同轴电缆和光纤的主要特性双绞线、同轴电缆和光纤的主要特性媒体媒体 信号类型信号类型 传输速率（传输速率（mbit/s) 传输距离传输距离 (km) 节点数节点数双绞线双绞线 数字数字 12 0.1 几十几十同轴电缆同轴电缆 数字数字/模拟模拟 1050 110 1001000光纤光纤 模拟模拟 100 1 几十几十n双绞线：用于低速传输，成本较低，传输距离近，非双绞线：用于低速传输，成本较低，传输距离近，非常适合汽车网络的情况，也是汽车网络使用最多的传常适合汽车网络的情况，也是汽车网络使用最多的传输媒体。输媒体。n同轴电缆：满足较高性能的要求，与双绞线相比，可同轴电缆：满足较高性

11、能的要求，与双绞线相比，可以提供较高的吞吐量，连接较多的设备，跨越更大的以提供较高的吞吐量，连接较多的设备，跨越更大的距离。距离。n光纤：受到成本和技术的限制，目前应用不多。光纤：受到成本和技术的限制，目前应用不多。2 网络拓扑结构网络拓扑结构1）星型网络拓扑结构）星型网络拓扑结构主主机机集线器集线器终端终端集线器集线器集线器集线器终端终端终端终端终端终端终端终端终端终端终端终端终端终端终端终端n以一台中心处理机为主组成的网络，各种类型的入以一台中心处理机为主组成的网络，各种类型的入网机均与该主机有物理链路直接相连。网机均与该主机有物理链路直接相连。n特点：主机负载大，扩充困难，但通信简单。特

12、点：主机负载大，扩充困难，但通信简单。n此结构不能成为整车网络的结构，可以在一个部件此结构不能成为整车网络的结构，可以在一个部件或总成上使用。或总成上使用。2）总线型网络拓扑结构）总线型网络拓扑结构 n所有入网计算机连接到一条传输信息线上，即一条传所有入网计算机连接到一条传输信息线上，即一条传输线。输线。n特点：分时访问总线、信道利用率高、网络长度和节特点：分时访问总线、信道利用率高、网络长度和节点数目受限点数目受限n汽车车载网络多采用这种结构。汽车车载网络多采用这种结构。分接头分接头主机主机分接头分接头主机主机分接头分接头主机主机端点匹配端点匹配端点匹配端点匹配3）环型网络拓扑结构）环型网络

13、拓扑结构n入网计算机通过网络接口部件连接到一个环形物理链路中。入网计算机通过网络接口部件连接到一个环形物理链路中。n特点：点点通信、传输机制简单、实时性好，但是网络可靠性差，特点：点点通信、传输机制简单、实时性好，但是网络可靠性差，网络扩充困难。网络扩充困难。n有些汽车在线控技术上采用这种实时性高的网络结构。有些汽车在线控技术上采用这种实时性高的网络结构。主机主机主机主机主机主机主机主机网络接口网络接口网络接口网络接口网络接口网络接口网络接口网络接口3 介质访问控制（介质访问控制（mac）协议）协议n网络节点不是采用物理链路完全连接，而是共享传输网络节点不是采用物理链路完全连接，而是共享传输媒

14、体，网络节点获取传输介质使用权的方式。媒体，网络节点获取传输介质使用权的方式。n载波监听多路访问载波监听多路访问/冲突检测（冲突检测（cmsa/cd）：发送时）：发送时首先监听介质上是否有信号在传输；没有则发送，有首先监听介质上是否有信号在传输；没有则发送，有则等待。当有冲突发生时，终止发送并进行处理。则等待。当有冲突发生时，终止发送并进行处理。4 网络访问的触发方式网络访问的触发方式n时间触发协议（时间触发协议（ttpttp，time triggered protocoltime triggered protocol）：）：按一定规则安排每个节点发送信息的时刻和信息发送按一定规则安排每个节点

15、发送信息的时刻和信息发送的延续时间。信息传输延时小的延续时间。信息传输延时小, ,实时性好，网络时间发实时性好，网络时间发生的时间可以预知，比较适合车上控制网络系统。生的时间可以预知，比较适合车上控制网络系统。n事件触发协议（事件触发协议（etpetp，event triggered protocolevent triggered protocol）：）：节点在需要发送信息或请求发送信息时才启动网络访节点在需要发送信息或请求发送信息时才启动网络访问过程问过程, ,否则处于接收状态。一个节点要发送信息时，否则处于接收状态。一个节点要发送信息时，可能有信息占有总线，信息传输延时不确定，实时性可能有信息占有总线，信息传输延时不确定，实时性差。差。2.3 车载网络的拓扑