LIN总线与FlexRay总线课件

车载网络技术

--LIN&FlexRay1汽车总线技术2LIN总线3FlexRay总线主要内容1汽车总线技术汽车总线是指汽车内部导线采用总线控制的一种技术，通常叫汽车总线或汽车总线技术。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，逐渐形成了一个复杂的大系统。1汽车总线技术SAE（美国汽车工程师协会）将总线分为A、B、C、D四类。1汽车总线技术2LIN总线3FlexRay总线主要内容LIN（LocalInterconnectNetwork)，局部互联网络，是一种低成本的串行通讯网络，用于实现汽车中的分布式电子系统控制。LIN的目标是为现有汽车网络(例如CAN总线)提供辅助功能，在不需要CAN总线的带宽和多功能的场合比如智能传感器和制动装置之间的通讯，使用LIN总线可大大节省成本2LIN总线什么是LIN总线？2LIN总线为什么用LIN总线？LINfitsinatthelowendofincarmultiplexing,makingaLINsystemacosteffectivesolutionLIN网络由数据链路层和物理层构成数据链路层逻辑链路控制子层（LLC）报文滤波、恢复管理、报文确认等媒体访问控制子层（MAC）是LIN的核心对来自LLC的报文封装串行化对来自物理层的数据进行解串、错误检测等由故障界定管理实体进行监控物理层定义了信号如何在总线媒体上传输定义物理层的驱动器/接收器特性2LIN总线LIN网络结构物理层采用单线连接，两个电控单元间的最大传输距离为40m其总线驱动器和接收器的规范遵从改进的ISO9141单线标准。低成本LIN是基于SCI/UART(通用异步收发接口的单总线串行通信)协议；目前几乎所有的微控制器芯片上都有SCI/UART接口。低传输速率，小于20kb/s单主控器/多从设备模式，无需仲裁机制2LIN总线LIN总线主要特点在总线拓扑结构的LIN网络中，由主节点控制对传输介质的访问，从节点只是应答主节点的命令。不需要仲裁和冲突管理机制。同步机制简单从节点不需晶振或陶瓷振荡器就能实现自同步，节省了从设备的硬件成本。通信确定性主节点控制整个网络的通信，控制不同节点的传输时间；每个报文帧的长度是预知的；采用调度表，保证信号的周期性传输、保证总线不出现超负载现象。报文的数据长度可变LIN应答帧报文的数据场长度可在0~8个字节之间变化，便于不同任务的通信应用。2LIN总线LIN总线主要特点不需改变LIN从节点的硬件和软件就可以在网络上增加节点LIN总线的网络节点数一般不超过16，否则，节点增加将会减少网络阻抗，导致环境条件变差。每增加一个节点，就会降低3％的阻抗采用奇偶校验和求和校验相结合的双重校验机制。2LIN总线LIN总线主要特点2LIN总线LIN的通信任务（一）基本概念主机节点：控制网络中各节点通信的节点一个LIN网络上的通信总是由主发送任务发起的在主节点上可执行主通信任务和从通信任务可控制整个总线网络和协议主通信任务：在主节点上运行的，用于控制总线上所有的通信，负责报文的进度表、发送报文头的任务。常见主任务：如定义传输速率，发送同步时间间隔、同步场、标识符场，监控并通过检查校验和验证数据的有效性。2LIN总线LIN的通信任务（一）基本概念从节点：总线上的2-16个成员，它们在主节点发送适当ID后接收或发送数据从通信任务：从节点从事的任务都称为从通信任务；但主节点也会执行从任务节点接收来自主通信任务的ID节点根据ID决定做什么：接收数据、发送数据或什么都不做发送数据时，节点发送数据字节（2、4或8个字节）及检验字节2LIN总线LIN的通信任务（二）LIN通信LIN协议是一主多从结构，通信只能由主节点中的主任务发起，一个完整的LIN报文帧的传输是由主任务和从任务共同实现的，主任务发送“报头”，从任务发送或接受“响应”。在总线上发送的信息，有长度可选的固定格式。每个报文帧都包括2、4或8个字节的数据以及3个字节的控制、安全信息（同步场、标识符场和校验场）。通过主机控制单元中的从任务，数据可以被主机控制单元发送到任何从机控制单元。相应的主机报文ID可以触发从机-从机通信。2LIN总线报文传输—报文帧报文帧是由主机任务向从机任务传送同步和标识符信息，并将一个从机任务的信息传送到所有其他从机任务。一个主机节点发送的报文头；一个主机或从机节点发送的响应组成。报文传输是由报文帧的格式表示和控制。2LIN总线报文传输—报文帧（1）字节场（ByteFields）格式：说明：每一个字节场的长度是10个位定时（BitTime）；起始位（StartBit）是一个‘显性’位，标志字节场的开始；8个数据位，从最低位开始发送；停止位（StopBit）是一个‘隐性’位，标志字节场的结束。2LIN总线报文传输—报文帧（2）报文头场（HeaderFields）同步间隔（SynchronisationBreak）说明：作用：标识报文的开始，由主节点发送；使得所有的从机任务和总线时钟信号同步。同步间隔：至少13bit的显性位，之后紧随至少1bit隐性值的同步界定符。同步界定符的作用：用来检测接下来的同步场（SynchField）的起始位。2LIN总线报文传输—报文帧（2）报文头场（HeaderFields）同步场（SynchField）说明：包含了时钟的同步信息，同步场的格式是“0x55”，表现在8个位定时中有5个下降沿（即：‘隐性’到‘显性’的跳变）。2LIN总线报文传输—报文帧（2）报文头场（HeaderFields）标识符场（IdentifierField）说明：定义了报文的内容和长度；6个标识符位（ID0~ID5）和2个标识符奇偶校验位（P0、P1）；ID4和ID5定义了数据场的数据长度。2LIN总线报文传输—报文帧（3）响应场（ResponseFields）数据场（IdentifierField）说明：由多个8位的字节场组成，传输由LSB开始。2LIN总线报文传输—报文帧（3）响应场（ResponseFields）校验和场（ChecksumField）说明：校验和场是数据场所有字节的和的反码；所有数据字节的和的补码与校验和字节之加的和必须是“0xFF”。2LIN总线报文确认如果直到帧的结尾都没有检测到错误，报文对发送器和接收器都有效；如果报文发生错误，则主机和从机任务都认为报文没有发送。2LIN总线报文错误位错误向总线发送一个位的单元同时也在监控总线，当监控到的位的值和发送的不同时，则在这个位定时检测到一个位错误。校验和错误所有数据字节的和的补码与校验和字节相加的和不是‘0xFF’标识符奇偶错误从机不响应错误从机任务在发送SYNCH和标识符场时，在最大长度时间内未完成报文帧的发送同步场不一致错误从机检测到的同步场的边沿在给出的容差之外没有总线活动在接收到最后一个有效信息后，在tTime_Out时间内未检测到有效的同步间隔或字节场。2LIN总线LIN总线应用典型的LIN总线应用是汽车中的联合装配单元，如门、方向盘、座椅、空调、照明灯、湿度传感器和交流发电机等。对于这些成本比较敏感的单元，LIN可以使一些机械元件，如智能传感器、制动器或光敏期间等得到较广泛的应用。菲利普半导体公司基于CAN/LIN总线提出的汽车车身网络层解决方案1汽车总线技术2LIN总线3FlexRay总线主要内容（一）概况FlexRay是FlexRay协会在克莱斯勒公司的典型应用以及BMW公司Bytefight通信系统基础上，开发的一个与确定性和故障容错有密切关系的、更可靠的高速汽车网络系统。2000年9月，宝马和戴姆勒-克莱斯勒联合飞利浦（现恩智浦）和摩托罗拉（现飞思卡尔）创建了FlexRay联盟，之后博世、通用和大众也成为其核心成员。他们制定了满足未来车内控制应用通信需求的FlexRay通信协议。随着FlexRay通信协议逐步发展成熟，几乎全球所有知名的汽车厂商和电子、半导体公司都加入了该联盟，为该协议的发展提供各个方面的技术支持，致力于推广FlexRay通信系统在全球的采用，使其成为高级动力总成、底盘和线控系统的标准协议。3

FlexRay总线（一）概况FlexRay总线特点：支持静态时间和动态时间驱动的两种通信机制；灵活的容错能力，支持单通道和双通道操作；高的数据传输速率和网络使用率，每个通道的速度均达到10Mbps；可靠的错误检测功能，包括时域的总线监测机制和数字CRC校验；可采用多种网络拓扑结构，包括总线结构、星型结构以及多星型结构；FlexRay总线在重负载下可以关闭部分节点，使其仅接收数据而不发送数据，减少数据重发次数，使得总线负载很快下降。FlexRay总线的这些特点使其可以替代CAN总线，适合车载骨干网络、分布式控制系统以及安全系统等应用场合。3

FlexRay总线（一）概况3

FlexRay总线恩智浦FlexRay总线技术在汽车上的应用情况（一）概况第一辆FlexRay量产车：BMWX5-48i，主要应用在电子控制减震器系统，采用星型拓扑结构。3

FlexRay总线首款运用FlexRay技术的汽车FlexRay系统组成（一）概况2008年，宝马7系中采用了多达12个FlexRay节点收发器（含一个网关），FlexRay以跨系统方式实现行驶动态管理系统和发动机管理系统的联网。3

FlexRay总线BMW新7系车中FlexRay节点在整车中的布置及其网络结构（二）FlexRay总线技术1.帧格式结构数据帧结构包括：头部段、负载段和尾部段三部分3

FlexRay总线（二）FlexRay总线技术2.帧的编码与解码FlexRay采用非归零编码机制。编码与解码主要包括3个过程：编码与解码过程；位过滤过程；唤醒模式解码过程。这些过程设计的三个技术：位时钟对齐采样与多数表决通道空闲检测

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FlexRay总线（二）FlexRay总线技术3.媒介访问控制

媒介访问控制以一个循环进行的通信周期为基础。

FlexRay提供了两种访问方式：静态的基于时分多址的访问方式动态的基于微型时槽的访问方式4.时钟同步

FlexRay协议使用分布式时钟同步机制。

时钟同步过程实现了周期起始的初始化、偏差值的测量与存储、相位与速率修正值得计算三个过程。3

FlexRay总线（二）FlexRay总线技术5.媒介访问控制唤醒与启动是FlexRay的核心机制之一。首先由外部事件唤醒冷启动节点的CPU，并与总线驱动器和通信控制器协作，完成该节点的唤醒操作。之后，冷启动节点在通信信道上传输唤醒符号，处于休眠状态的节点在接到唤醒符号后，对该节点的CPU和通信控制器进行上电，从而启动节点。3

FlexRay总线（三）FlexRay的实现方式1.FlexRay初始化

FlexRay的初始化主要实现FlexRay网络通信之间的唤醒、启动、时间同步，是实现FlexRay网络正常通信的基础。2.FlexRay通信发送

当FlexRay网络正常启动后，才可以进行FlexRay数据通信。FlexRay总线通信主要是基于时间触发。3.FlexRay通信接收

FlexRay数据接收也是采用中断方式，FlexRay协议控制器采用“提前搜索算法”来保证数据准时接收。3

FlexRay总线（四）FlexRay的应用领域1.替代CAN总线在数