网络技术复习要点

1、汽车网络技术复习第1章 绪论所谓数据总线DB（Data Bus），简单地说，就是指一种能在一条（或几条）数据线上，同时（或分时）传输大量的按照一定规律进行编码的数据（信号）的技术，其所传输的数据（信号）可以被多个系统共享，从而最大限度地提高系统的信息传输效率，充分利用有限的资源。现场总线（Field bus）是一种工业数据通信总线，主要用于过程自动化控制（如钢铁冶金、啤酒酿造）、制造自动化控制（如机械加工）、楼宇自动化控制等领域，以解决工业现场的智能化仪器仪表、控制器、执行机构等现场设备间的数字通信以及这些现场控制设备和高级控制系统之间的信息传递问题。目前，汽车电子系统控制中应用最广泛的是CA

2、N总线。在总线系统中节点包括控制单元和总线辅助设备，控制单元由控制器、滤波器、收发器、两个数据传输终端组成。在现场总线系统中，传统意义上的传感器、执行器称为总线辅助装置。节点工作原理现场总线是一个网络系统，每一个节点都可以向网络发送信息，同时也可以接收网络信息，节点可以根据这些信息决定控制策略，向执行器发送指令。各节点之间的关系是平等的，节点的信息（包括所有传感器信息和控制信息）是共享的。网络拓扑结构分类汽车网络的拓扑结构主要有线形结构、星形结构、环形结构等几种。按信息传输速度分美国汽车工程师学会（SAE）的汽车网络委员会按照系统的复杂程度、传输流量、传输速度、传输可靠性、动作响应时间等参量，

3、将汽车数据传输网络划分为A、B、C、D、E五类。汽车网络标准与协议A类网络通信大部分采用通用异步接收/发送标准UART 。A类网络通信目前首选的标准是局域互联网LIN（Local Interconnect Network）。A类网络通信目前首选的标准是局域互联网LIN（Local Interconnect Network）。LIN是用于汽车分布式电控系统的一种低成本串行通信系统，它是一种基于UART的数据格式、主从结构的单线12V的总线通信系统，主要用于智能传感器和执行器的串行通信。LIN总线采用低成本的单线连接，传输速度最高可达20kbit/s，对于低端的大多数应用对象（如中央门锁控制、空调

4、系统控制等）来说，这个速度是完全可以满足要求的。 LIN总线的媒体访问采用单主/多从的机制，不需要进行仲裁，在从节点中不需要晶体振荡器而能进行自同步，这极大地减少了硬件平台的成本，大大降低了汽车电子装置的开发、生产和服务费用。B类网络通信中使用最广泛的标准是CAN总线。CAN总线是德国BOSCH公司开发的一种串行数据通信协议，它是一种多主总线，通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光导纤维。通信速率可达1Mbit/s。B类网络通信的国际标准是ISO11898，其传输速率在100kbit/s左右。在C类标准中，欧洲的汽车制造商大多采用CAN总线标准ISO11898。ISO11898主要面向乘用车电子控

5、制单元之间的通信，信息传输速率大于125kbit/s，最高可达1Mbit/s。安全总线主要是用于安全气囊系统，以连接碰撞强度传感器（减速度传感器）、碰撞安全传感器等装置，为汽车的被动安全提供保障。byteflight主要以BMW公司为中心制订。数据传输速率为10Mbit/s，光纤可长达43m。byteflight不仅可以用于安全气囊系统的网络通信，还可用于X-by-Wire系统的通信和控制。 现今，在汽车上使用的故障自诊断系统主要有OBD-（On-Board Diagnostics-）、OBD-和E-OBD（European On-Board Diagnostics）标准。汽车多媒体网络和协议

6、属于D类总线系统，分为三种类型，分别是低速、高速和无线，对应SAE的分类相应为IDB-C（Intelligent Data BUS-CAN）、IDB-M（Multimedia）和IDB-Wireless，其传输速率在250100Mbit/s之间。第2章 CAN总线2.2 CAN总线的工作原理CAN是Controller Area Network（控制器局域网）的缩写，是国际标准化的串行通信协议。目前，CAN总线是汽车网络系统中应用最多、也最为普遍的一种总线技术。3.CAN总线的传输速率目前，CAN总线系统中的信号是采用数字方式经铜导线传输的，其最大稳定传输速率可达1000K

7、bit/s （1Mbit/s）。大众和奥迪公司将最大标准传输速率规定为500Kbit/s，并将CAN总线系统分为三个专门的系统：驱动CAN总线（高速），亦称动力CAN总线，其标准传输速率为500Kbit/s，可基本满足实时要求，主要用于发动机、变速器、ABS、转向助力等汽车动力系统的数据传输。舒适CAN总线（低速），其标准传输速率为100 Kbit/s，主要用于空调系统、中央门锁（车门）系统、座椅调节系统的数据传输。信息CAN总线（低速），其标准传输速率为100Kbit/s，主要用于对时间要求不高的领域，如导航系统、组合音响系统、CD转换控制等。2.CAN总线的数据结构CAN总线所传递的每条完

8、整信息由7个区构成，信息最大长度为108 bit。在两条CAN导线上，所传输的数据内容是相同的，但是两条导线的电压状态相反。 5.冲突仲裁如果多个控制单元同时发送信息，那么数据总线上就必然会发生数据冲突。为了避免发生这种情况，CAN总线具有冲突仲裁机制。 按照信息的重要程度分配优先权，确保优先权高的信息能够优先发送。4.舒适/信息CAN总线的单线工作模式舒适/信息CAN总线具有单线工作能力。如果因断路、短路或与蓄电池电压相连而导致两条CAN导线中的一条不工作了，那么舒适/信息CAN总线就会切换到单线工作模式。第3章 光学总线2.光学传输的优点:导线少且重量轻；传输速度快；不会产生电磁干扰，同时

9、对电磁干扰也不敏感。3.2 MOST总线MOST是Media Oriented Systems Transport的缩写。顾名思义， MOST是一种用于多媒体数据传输的网络系统。 MOST系统可连接汽车音响系统、视频导航系统、车载电视、高保真音频放大器、车载电话、多碟CD播放器等模块，其数据传输速率最高可达22.5Mbit/s，而且没有电磁干扰。 MOST的组成与系统状态MOST总线系统采用环形拓扑结构。控制单元通过光导纤维沿环形方向将数据发送到下一个控制单元。这个过程一直在持续进行，直至首先发出数据的控制单元又接收到这些数据为止。可以通过数据总线自诊断接口和诊断CAN总线来对MOST系统进行

10、故障诊断。3.3 byteflight总线byteflight 系统是由 BMW 与 Motorola、Elmos、Infineon 合作开发的，主要用于传输时间上要求特别紧迫的安全气囊系统数据。byteflight系统的数据传输速率为10Mbit/s，可以满足对数据传输的实时性要求非常高的汽车安全气囊系统的要求，且可在强电磁干扰条件下可靠地传输数据。byteflight在ISIS（智能安全集成系统）和 ASE （高级安全电子设备）中使用。这两个安全系统负责控制安全气囊、安全带拉紧装置和断开安全蓄电池接线柱。3.4 光导纤维的使用与维修 为了表征光波在传输过程中的损失程度，引入了光波信号衰减这

11、一概念。如果在传输过程中，由于历经多次转发，光波的功率降低了，就称之为发生了光波信号衰减。光波信号的衰减程度用衰减常数来表示，其单位为分贝（dB）。衰减常数的定义为：对于衰减常数为3dB的光波传输系统而言，光波信号会衰减一半。在光学总线系统中，一般将3dB作为光波传输系统衰减常数的极限值，超出极限值即认为光波传输系统的信号衰减幅度过大，必须予以维修或更换。第4章 子总线系统4.1 LIN总线LIN是Local Interconnect Network的缩写，意为局域互联网。LIN总线所控制的控制单元一般都分布在距离较近的空间内（如车顶、仪表台、车门等处），所以LIN也被称为“局域子系统”。LI

12、N总线在汽车上的应用领域主要有防盗系统、自适应大灯、氙气前照灯、驾驶员侧开关组件、外后视镜、中控门锁、电动天窗、空调系统的鼓风机、加热器控制等。LIN总线系统的突出特点是LIN总线是单线式总线，仅靠一根导线传输数据。 LIN总线系统的构成有三个部分：LIN上级控制单元，亦即LIN主控制单元；LIN从属控制单元，亦即LIN从控制单元；单根导线。 1）LIN主控制单元的功能LIN主控制单元连接在CAN数据总线上，执行以下功能：（1）监控数据传输过程和数据传输速率，发送信息标题。（2）LIN主控制单元的软件内已经设定了一个周期，该周期用于决定何时将哪些信息发送到LIN数据总线上多少次。（3）LIN主

13、控制单元在LIN数据总线系统的LIN控制单元与CAN总线之间起“翻译”作用，它是LIN总线系统中唯一与CAN数据总线相连的控制单元。（4）通过LIN主控制单元进行与之相连的LIN从控制单元的自诊断。4.3 BSD总线BSD是Bit-serial data interface的简称，即位串行数据接口。在BMW车系中，BSD总线属于子总线系统，采用线形结构，数据以单线形式传输，传输速率为9.6 Kbit/s。 1.电源管理系统中的BSD总线在电源管理系统中，智能蓄电池传感器IBS（Intelligent Battery Sensor）与发动机控制单元之间通过BSD总线传输数据，实现通信。4.4 蓝

14、牙技术蓝牙技术是一种支持短距离通信（一般10m以内）的无线电技术。能在移动电话、掌上电脑（PDA）、无线耳机、笔记本电脑、无线鼠标、计算机相关外设等众多设备之间进行无线信息交换。 第5章 以太网与FlexRay以太网是应用最为广泛的局域网，包括标准的以太网（10Mbit/s）、快速以太网（100Mbit/s）和10G以太网（10Gbit/s）等。以太网采用的是CSMA/CD访问控制法，符合IEEE802.3标准。 以太网在汽车上的应用在BMW车系的F01/F02车型上采用快速以太网（100Mbit/s）作为快速编程接口（图5-1）。同时，快速以太网负责在CIC（车辆信息计算机）与RSE（后座区

15、娱乐系统）之间传输媒体数据。5.2 FlexRay目前，FlexRay总线已经成为汽车网络系统的标准，将在未来很多年内，引领汽车网络系统的发展方向。FlexRay是继CAN 和LIN之后的最新研发成果，可以有效管理多重安全和舒适功能，如FlexRay适用于线控操作（X-by-Wire）。2.FlexRay的数据传输速率FlexRay的最大数据传输速率为每通道10MBit/s，明显高于以前在车身和动力传动系统/底盘方面所用的数据总线。以前只有使用光导纤维才能达到该数据传输速率。3.FlexRay的优点作为汽车网络系统的标准，FlexRay具有以下优点：（1）数据传输速率较高（可达10Mbit/s

16、）。（2）确定性（实时）数据传输。（3）数据通信可靠。（4）支持系统集成。第6章 网关与诊断总线网关（gateway，略作GW）是在采用不同体系结构或协议的网络之间进行互通时，用于提供协议转换、数据交换等网络兼容功能的设备。2.网关的作用（1）网关可以把局域网上的数据转变成可以识别的OBD II诊断数据语言，方便诊断；（2）网关可以实现低速网络和高速网络的信息共享；（3）与计算机系统中的网关作用一样，负责接收和发送信息；（4）激活和监控局域网络的工作状态；（5）实现汽车网络系统内数据的同步性；（6）对信息标识符作翻译。6.2 诊断总线 K诊断总线2000年以前，奥迪、大众车系使用K诊断总线（简

17、称K-线）传输故障信息。K诊断总线用于汽车故障诊断仪与相应控制单元之间的信息交换，负责网关与故障诊断接口之间的通信。 大众车系的诊断CAN总线2000年后，奥迪车系、大众车系开始采用汽车诊断、测量和信息系统VAS5051或汽车诊断和服务信息系统VAS5052来进行自诊断，并通过诊断CAN总线完成诊断控制单元和车上其它控制单元之间的数据交换。诊断CAN总线也是未屏蔽的双绞线。在全双工模式时，数据传输速率为500kbit/s。 宝马车系的诊断CAN总线宝马汽车集团将BMW车系的诊断CAN总线称为D-CAN总线。D-CAN总线采用线形、双线结构，最大数据传输速率为500 Kbit/s。第7章 典型汽

18、车网络系统 奥迪A6网络子系统1. AUDI A6乘用车舒适总线系统Audi A6舒适总线系统的数据传输速率最大为100kbit/s，属于CAN/B级别，舒适CAN总线采用双绞线进行数据传输，具有单线工作能力。2. AUDI A6乘用车驱动总线系统Audi A6驱动总线系统的数据传输速率最大为500kbit/s，属于CAN/C级别。驱动CAN总线采用双绞线进行数据传输。3. AUDI A6乘用车信息娱乐系统Audi A6信息娱乐系统采用光学总线进行数据传输，数据传输速率最大为21.2Mbit/s。光学总线采用光导纤维（光纤，亦称光缆）进行语音和图象数据的传输，总线结构为环形。4. AUDI A

19、6乘用车LIN总线系统AUDI A6乘用车LIN总线系统主要控制空调系统、防盗报警系统、轮胎压力监控系统、安全气囊系统的座椅占用识别等。各个LIN总线系统之间的数据交换是由控制单元通过CAN总线实现的。5. AUDI A6乘用车子总线系统AUDI A6乘用车子总线系统的最大数据传输速率为500 kbit/s（自适应灯光系统），负责不同领域的各个子总线系统没有定义统一的传输标准，可以采用不同的数据协议和信号形式进行数据传输，通过主控制器的自诊断功能来完成故障诊断工作。6. AUDI A6乘用车网关（诊断接口）作为全车网络系统的核心控制单元，AUDI A6乘用车网关既是整车不同总线之间的接口，也是

20、汽车故障诊断仪与全车各个控制单元之间的接口。同时，作为诊断总线的主控制单元，网关还负责进行MOST环路断开诊断、总线系统的休眠/唤醒以及电控元件保护等工作。7.2 宝马车系汽车网络系统按照控制能力和数据传输速率的不同，宝马车系网络系统原则上分为两大类，即主总线系统和子总线系统。主总线系统负责跨系统的数据交换，数据交换量大，且数据传输速率差别很大，参差不齐。子总线系统负责系统内的数据交换，用于交换特定系统内数据量相对较少的数据。网关用作多个网络之间的接口，即使各总线系统的传输速率不同，网关也可以进行数据交换。 表7-2 宝马车系主总线系统主总线系统数据传输速率总线结构K总线*9.6 kbit/s

21、线形，单线D总线10.5115 kbit/s线形，单线CAN100 kbit/s线形，双线K-CAN100 kbit/s线形，双线F-CAN100 kbit/s线形，双线PT-CAN500 kbit/s线形，双线byteflight10 Mbit/s星形，光纤MOST22.5 Mbit/s环形，光纤*在早期车型中，K总线称为I总线。表7-3 宝马车系子总线系统子总线系统数据传输速率总线结构K总线协议9.6 kbit/s线形，单线BSD位串行数据接口9.6 kbit/s线形，单线DWA总线9.6 kbit/s线形，单线LIN总线9.619.2 kbit/s线形，单线7.3 大众车系汽车网络系统2.大众车系CAN网络的类型 目前大众车系的CAN总线系统划分为驱动系统、舒适系统、信息系统、仪表系统、诊断系统五个局域网，通过网关构成一个完整的汽车网络体系。 7.4 法国车系汽车网络系统法国车系汽车网络系统使用的是VAN网络。VAN的全称是Vehicle Area Network，即汽车局域网。VAN数据总线系统协议是一种只需要中等通信速率的通信协议，适用于车身功能和车辆舒适性功能的管理，1994年成为国际标准。VAN的数据传输速率可达1Mbit/s (40m内)，按SAE的分类应该属于C类汽车总