常用車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)實用教案

1、1. 車用網(wǎng)絡(luò)在汽車(qch)上的應(yīng)用大致可以分為哪4個系統(tǒng)？ 復習(fx)測試 第1頁/共55頁第一頁，共56頁。車載網(wǎng)絡(luò)在汽車(qch)上的應(yīng)用大致可以分為：動力傳動系統(tǒng) 車身系統(tǒng) 安全系統(tǒng) 信息系統(tǒng)。 復習(fx)測試 第2頁/共55頁第二頁，共56頁。CAN總線(zn xin)1VAN系統(tǒng)(xtng)3LIN總線(zn xin) 2學 習 內(nèi) 容LAN系統(tǒng)4車載藍牙系統(tǒng)6MOST總線5第3頁/共55頁第三頁，共56頁。2.1 CAN總線(zn xin)的工作原理 CAN是Controller Area Network（控制器局域網(wǎng)）的縮寫，是國際標準化的串行通信協(xié)議。目前，CAN總線是

2、汽車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中應(yīng)用最多、也最為普遍(pbin)的一種總線技術(shù)。第4頁/共55頁第四頁，共56頁。1.CAN總線(zn xin)的特點 多主通信，控制單元間的數(shù)據(jù)交換都在同一平臺上進行。這個平臺稱為協(xié)議，CAN總線起到數(shù)據(jù)交換“高速公路(o s n l)”的作用。圖2-19 控制(kngzh)單元間的數(shù)據(jù)交換都在同一平臺上進行第5頁/共55頁第五頁，共56頁。圖2-20 CAN總線(zn xin)相當于數(shù)據(jù)交換的“高速公路”第6頁/共55頁第六頁，共56頁。 可以很方便(fngbin)地實現(xiàn)用控制單元來對系統(tǒng)進行控制，如發(fā)動機控制、變速器控制、ESP控制等。 可以很方便地加裝選裝裝置，為技術(shù)進步

3、(jnb)創(chuàng)造了條件，為新裝備的使用埋下了伏筆。CAN總線是一個(y )開放系統(tǒng)，可以與各種傳輸介質(zhì)進行適配，如銅線和光導纖維（光纖）。 對控制單元的診斷可通過K線來進行，車內(nèi)的診斷有時通過CAN總線來完成（如安全氣囊和車門控制單元），稱為“虛擬K線”。隨著技術(shù)的進步，今后有逐步取消K線的趨勢。 可同時通過多個控制單元進行系統(tǒng)診斷。第7頁/共55頁第七頁，共56頁。2. CAN總線的結(jié)構(gòu)(jigu)特點可靠性高；使用方便；數(shù)據(jù)(shj)密度大；數(shù)據(jù)(shj)傳輸快；采用雙線傳輸，抗干擾能力強，數(shù)據(jù)(shj)傳輸?shù)目煽啃愿?。?頁/共55頁第八頁，共56頁。3.CAN總線(zn xin)的傳輸速

4、率 目前，CAN總線(zn xin)系統(tǒng)中的信號是采用數(shù)字方式經(jīng)銅導線傳輸?shù)模渥畲蠓€(wěn)定傳輸速率可達1000Kbit/s （1Mbit/s）。 大眾和奧迪公司(n s)將最大標準傳輸速率規(guī)定為500Kbit/s，并將CAN總線系統(tǒng)分為三個專門的系統(tǒng)： 驅(qū)動CAN總線（高速），亦稱動力CAN總線，其標準傳輸速率為500Kbit/s，可基本滿足實時要求，主要用于發(fā)動機、變速器、ABS、轉(zhuǎn)向助力等汽車動力系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸。 舒適CAN總線（低速），其標準傳輸速率為100 Kbit/s，主要用于空調(diào)系統(tǒng)、中央門鎖（車門）系統(tǒng)、座椅調(diào)節(jié)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸。 信息CAN總線（低速），其標準傳輸速率為100Kbi

5、t/s，主要用于對時間要求不高的領(lǐng)域，如導航系統(tǒng)、組合音響系統(tǒng)、CD轉(zhuǎn)換控制等。第9頁/共55頁第九頁，共56頁。4.CAN總線(zn xin)的自診斷功能控制單元具有自診斷功能，通過自診斷功能還可識別出與CAN總線相關(guān)(xinggun)的故障。用診斷儀讀出CAN總線故障(gzhng)記錄之后，即可按這些提示信息按圖索驥、順藤摸瓜，快速、準確地查尋并排除故障(gzhng)?？刂茊卧獌?nèi)的故障記錄用于初步確定故障，還可用于讀出排除故障后的無故障說明，即確認故障已經(jīng)被排除。如果想要更新故障顯示內(nèi)容，必須重新起動發(fā)動機。CAN總線正常工作的前提條件是車輛在任何工況均不應(yīng)有CAN總線故障記錄。 第10頁

6、/共55頁第十頁，共56頁。2.2.2 CAN總線(zn xin)的組成1.CAN總線(zn xin)的基本系統(tǒng) CAN總線的基本系統(tǒng)由多個控制(kngzh)單元和兩條數(shù)據(jù)線組成，這些控制(kngzh)單元通過所謂收發(fā)器（發(fā)射-接收放大器）并聯(lián)在總線導線上。 圖2-21 CAN總線的數(shù)據(jù)傳輸與公交車載運乘客相似第11頁/共55頁第十一頁，共56頁。 CAN總線系統(tǒng)采用雙絞線進行數(shù)據(jù)傳輸。這兩根導線(doxin)中，一根稱為CAN-High導線(doxin)，另一根導線(doxin)稱為CAN-Low導線(doxin)。在雙絞線上，信號是按相反相位傳輸?shù)?，這樣可有效抑制外部(wib)干擾。圖2-

7、22 CAN總線(zn xin)的雙絞線第12頁/共55頁第十二頁，共56頁。2.信息(xnx)的發(fā)送與接收 CAN數(shù)據(jù)總線在發(fā)送信息時，每個控制單元均可接收其他控制單元發(fā)送出的信息。在通信技術(shù)領(lǐng)域，也把該原理稱為(chn wi)廣播。第13頁/共55頁第十三頁，共56頁。圖2-26 單線(dnxin)CAN總線數(shù)據(jù)傳輸示意圖圖2-27 CAN總線上的信息交換(jiohun)（廣播原理）第14頁/共55頁第十四頁，共56頁。3. CAN數(shù)據(jù)總線傳輸(chun sh)的數(shù)據(jù)類型CAN數(shù)據(jù)(shj)總線所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)(shj)有4種類型：數(shù)據(jù)(shj)幀、遠程幀、錯誤幀和過載幀第15頁/共55頁第十

8、五頁，共56頁。3. 1 CAN總線(zn xin)的數(shù)據(jù)幀 數(shù)據(jù)幀的每條完整信息由7個域構(gòu)成，信息最大長度為108 bit。在兩條CAN導線上，所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)內(nèi)容是相同的，但是(dnsh)兩條導線的電壓狀態(tài)相反。 第16頁/共55頁第十六頁，共56頁。 開始域。開始域（長度為1bit）標志數(shù)據(jù)(shj)開始，CAN-High導線的電壓大約為5V（具體數(shù)值視系統(tǒng)而定），CAN-Low導線的電壓大約為0 V。第17頁/共55頁第十七頁，共56頁。 仲裁域。仲裁域（長度為11bit）用于確定所傳數(shù)據(jù)的優(yōu)先級。如果在同一時刻有兩個控制(kngzh)單元都想發(fā)送數(shù)據(jù)，則優(yōu)先級高的數(shù)據(jù)先行發(fā)出。第18頁/

9、共55頁第十八頁，共56頁。 控制(kngzh)域?？刂?kngzh)域（長度為6bit）用于顯示數(shù)據(jù)區(qū)中的數(shù)據(jù)數(shù)量，以便讓接收器（接收數(shù)據(jù)的控制(kngzh)單元）檢驗自己接收到的、來自發(fā)送器（發(fā)送數(shù)據(jù)的控制(kngzh)單元）的數(shù)據(jù)是否完整。 第19頁/共55頁第十九頁，共56頁。 數(shù)據(jù)(shj)域。數(shù)據(jù)(shj)與（長度不確定，視具體情況而定，最大長度為64bit）是信息的實質(zhì)內(nèi)容。第20頁/共55頁第二十頁，共56頁。安全域。安全域（長度為16bit）用于檢驗數(shù)據(jù)在傳輸中是否出現(xiàn)(chxin)錯誤。第21頁/共55頁第二十一頁，共56頁。 應(yīng)答域。應(yīng)答域（長度為2bit）是數(shù)據(jù)接收器發(fā)

10、給數(shù)據(jù)發(fā)送器的確認信號，表示接收器已經(jīng)正確、完整地收到了發(fā)送器發(fā)送的數(shù)據(jù)。如果檢測到在數(shù)據(jù)傳輸中出現(xiàn)錯誤，則接收器會迅速通知發(fā)送器，以便(ybin)發(fā)送器重新發(fā)送該數(shù)據(jù)。第22頁/共55頁第二十二頁，共56頁。 結(jié)束域。結(jié)束域（長度為7bit）標志(biozh)著數(shù)據(jù)的結(jié)束。第23頁/共55頁第二十三頁，共56頁。3.2 遠程(yunchng)幀l 遠程幀的功能是將數(shù)據(jù)請求從發(fā)送器傳到接收器。通過(tnggu)發(fā)送遠程幀，作為某數(shù)據(jù)接收器的控制單元會對不同的數(shù)據(jù)傳送進行初始化設(shè)置。l 遠程幀由開始域、仲裁域、控制域、安全域、應(yīng)答域和結(jié)束域6個不同的域組成第24頁/共55頁第二十四頁，共56頁。

11、2.3 錯誤(cuw)幀l 錯誤幀的功能是對所發(fā)送的數(shù)據(jù)進行錯誤檢測、錯誤標定及錯誤自檢。錯誤幀由兩個不同的域組成，第1個域為不同控制單元提供錯誤標志的疊加，第2個域是錯誤界定符。l 錯誤標志包括(boku)主動錯誤標志和被動錯誤標志兩種形式。第25頁/共55頁第二十五頁，共56頁。 接收器在電路尚未準備好或在間歇域期間檢測(jin c)到一個“顯性”位時，會發(fā)送過載幀，以延遲數(shù)據(jù)的傳送。過載幀包括過載標志和過載界定符兩個域。2.4 過載(guzi)幀第26頁/共55頁第二十六頁，共56頁。 數(shù)據(jù)幀或遠程幀與其前面幀的隔離是通過幀間空間實現(xiàn)的，無論其前面的幀為何類型。所不同的是過載幀與錯誤幀之

12、前沒有幀間空間，多個過載幀之間也不是由幀間空間隔離的。幀間空間包括間歇域和總線空閑的域。如果“錯誤被動”的控制單元(dnyun)已作為前一數(shù)據(jù)的發(fā)送器時，則其幀間空間除了間歇域、總線空閑域外，還包括掛起傳送域。間歇域包括3個“隱性”位，間歇期間所有的控制單元(dnyun)均不允許傳送數(shù)據(jù)幀或遠程幀，唯一要做的是標志一個過載條件2.4 幀間空間(kngjin)第27頁/共55頁第二十七頁，共56頁。4 CAN總線系統(tǒng)(xtng)元件的功能 CAN總線(zn xin)系統(tǒng)元件主要由K-線、控制單元、CAN構(gòu)件、收發(fā)器等組成。 1.K-線 K-線用于在CAN總線系統(tǒng)自診斷時連接汽車(qch)故障檢測

13、儀（如VAS5051），屬于診斷用的通訊線。2.控制單元 控制單元接收來自傳感器的信號，將其處理后再發(fā)送到執(zhí)行元件上。第28頁/共55頁第二十八頁，共56頁。圖2-29 CAN總線(zn xin)系統(tǒng)元件第29頁/共55頁第二十九頁，共56頁。3.CAN構(gòu)件(gujin) CAN構(gòu)件用于數(shù)據(jù)交換，為兩個(lin )區(qū)，一個是接收區(qū)，一個是發(fā)送區(qū)。CAN構(gòu)件通過接收郵箱或發(fā)送郵箱與控制單元相連。圖2-30 郵局(yuj)收發(fā)郵件4.收發(fā)器 收發(fā)器就是一個發(fā)送-接收放大器，在接收數(shù)據(jù)時，收發(fā)器把CAN構(gòu)件連續(xù)的比特流（亦稱邏輯電平）轉(zhuǎn)換成電壓值（線路傳輸電平）；當發(fā)送數(shù)據(jù)時，收發(fā)器把電壓值（線路傳

14、輸電平）轉(zhuǎn)換成連續(xù)的比特流。線路傳輸電平非常適合在銅質(zhì)導線上進行數(shù)據(jù)傳輸。第30頁/共55頁第三十頁，共56頁。 收發(fā)器通過TX-線（發(fā)送導線）或RX-線（接收導線）與CAN構(gòu)件相連。RX-線通過一個(y )放大器直接與CAN總線相連，并總是在監(jiān)聽總線信號。1）收發(fā)器的特點(tdin) 狀態(tài)狀態(tài) 晶體三極管狀態(tài)晶體三極管狀態(tài)電阻狀態(tài)電阻狀態(tài) 總線電平總線電平 1截止（相當于開關(guān)斷開）截止（相當于開關(guān)斷開）無源無源 高阻抗高阻抗 1 0導通（相當于開關(guān)閉合）導通（相當于開關(guān)閉合）有源有源 低阻抗低阻抗 0表2-2 收發(fā)器內(nèi)晶體(jngt)三極管的狀態(tài)與總線電平之間的對應(yīng)關(guān)系圖2-31 收發(fā)器的T

15、X-線與總線的耦合第31頁/共55頁第三十一頁，共56頁。2）多個收發(fā)器與總線(zn xin)導線的耦合 當有多個(du )收發(fā)器與總線導線耦合時，總線的電平狀態(tài)將取決于各個收發(fā)器開關(guān)狀態(tài)的邏輯組合。 收發(fā)器收發(fā)器A 收發(fā)器收發(fā)器B 收發(fā)器收發(fā)器C 總線電平總線電平 1 1 1 1（5 V） 1 1 0 0（0V） 1 0 1 0（0V） 1 0 0 0（0V） 0 1 1 0（0V） 0 1 0 0（0V） 0 0 1 0（0V） 0 0 0 0（0V）表2-3 收發(fā)器開關(guān)的狀態(tài)與總線(zn xin)電平的邏輯關(guān)系圖2-32 3個收發(fā)器接到一根總線導線上第32頁/共55頁第三十二頁，共56頁

16、。2.2.4 CAN總線(zn xin)的數(shù)據(jù)傳輸過程1.信息格式的轉(zhuǎn)換(zhunhun) 首先是發(fā)動機控制單元的傳感器接收到發(fā)動機轉(zhuǎn)速信息（轉(zhuǎn)速值）。該值以固定(gdng)的周期（循環(huán)往復地）到達微控制器的輸入存儲器內(nèi)。 發(fā)動機轉(zhuǎn)速值按協(xié)議被轉(zhuǎn)換成標準的CAN信息格式。 狀態(tài)區(qū)（標識符）=發(fā)動機_1，數(shù)據(jù)區(qū)（信息內(nèi)容）=發(fā)動機轉(zhuǎn)速（即發(fā)動機轉(zhuǎn)速為xxx r/min）。當然，CAN總線上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)也可以是其他信息（如節(jié)氣門開度、冷卻液溫度、發(fā)動機轉(zhuǎn)矩等），具體內(nèi)容取決于系統(tǒng)軟件的設(shè)定。 圖2-33 發(fā)動機轉(zhuǎn)速值按協(xié)議被轉(zhuǎn)換成標準的CAN信息格式第33頁/共55頁第三十三頁，共56頁。2.請求(

17、qngqi)發(fā)送信息總線狀態(tài)查詢 如果發(fā)送郵箱內(nèi)有一個發(fā)動機轉(zhuǎn)速實時值，那么該值會由發(fā)送特征位（舉起的小旗）顯示出來(ch li)請求發(fā)送信息。 只有總線處于空閑狀態(tài)時，控制單元才能向總線上發(fā)送信息。CAN構(gòu)件(gujin)通過RX-線來檢查總線是否有源（是否正在交換其他信息），必要時會等待，直至總線空閑下來為止。 如果在某一時間段內(nèi)，總線電平一直為1（總線一直處于無源狀態(tài)），則說明總線處于空閑狀態(tài)。圖2-34 總線狀態(tài)查詢第34頁/共55頁第三十四頁，共56頁。3.發(fā)送信息 如果總線空閑下來(xi li)，發(fā)動機信息就會被發(fā)送出去。 圖2-35 信息(xnx)發(fā)送過程第35頁/共55頁第三十

18、五頁，共56頁。4.接收(jishu)過程 連接(linji)在CAN總線上的所有控制單元都接收發(fā)動機控制單元發(fā)送的信息，該信息通過RX-線到達CAN構(gòu)件各自的接收區(qū)。 接收(jishu)過程分兩步，首先檢查信息是否正確（在監(jiān)控層），然后檢查信息是否可用（在接收(jishu)層）。第36頁/共55頁第三十六頁，共56頁。1）檢查(jinch)信息是否正確（在監(jiān)控層） 接收器接收發(fā)動機的所有信息，并且在相應(yīng)的監(jiān)控層檢查這些信息是否正確。這樣就可以識別(shbi)出在某種情況下某一控制單元上出現(xiàn)的局部故障。 數(shù)據(jù)傳輸是否正確，可以通過監(jiān)控層內(nèi)的CRC校驗(xio yn)和數(shù)來進行校驗(xio yn

19、)。CRC校驗(xio yn)即為循環(huán)冗余碼校驗(xio yn)（Cycling Redundancy Check，略作CRC）。 如圖2-38所示，經(jīng)監(jiān)控層監(jiān)控、確認無誤后，已接收到的正確信息會到達相關(guān)CAN構(gòu)件的接收區(qū)。圖2-37 確認信息已經(jīng)妥收圖2-38 監(jiān)控層對信息進行監(jiān)控 第37頁/共55頁第三十七頁，共56頁。2）檢查(jinch)信息是否可用（在接收層） CAN構(gòu)件的接收層判斷該信息是否可用。如果該信息對本控制單元來說是有用(yu yn)的，則舉起接收旗，予以放行，該信息就會進入相應(yīng)的接收郵箱；如果該信息對本控制單元來說是無用的，則可以拒絕接收。第38頁/共55頁第三十八頁，共

20、56頁。5.沖突(chngt)仲裁 如果多個控制單元同時發(fā)送信息，那么數(shù)據(jù)總線上就必然(brn)會發(fā)生數(shù)據(jù)沖突。為了避免發(fā)生這種情況，CAN總線具有沖突仲裁機制。 按照信息(xnx)的重要程度分配優(yōu)先權(quán)，確保優(yōu)先權(quán)高的信息(xnx)能夠優(yōu)先發(fā)送。第39頁/共55頁第三十九頁，共56頁。（1）每個控制單元(dnyun)在發(fā)送信息時通過發(fā)送標識符來標識信息類別，信息優(yōu)先權(quán)包含在標識符中。（2）所有控制單元都通過(tnggu)各自的RX-線來跟蹤總線上的一舉一動并獲知總線狀態(tài)。（3）每個控制單元的發(fā)射器都將TX-線和RX-線的狀態(tài)一位一位地進行比較（它們可以(ky)不一致）。 圖2-40 避免數(shù)據(jù)沖

21、突的仲裁過程第40頁/共55頁第四十頁，共56頁。小 結(jié)1. CAN是Controller Area Network（ ）的縮寫(suxi)，是國際標準化的串行通信協(xié)議。第41頁/共55頁第四十一頁，共56頁。小 結(jié)1. CAN是Controller Area Network（控制器局域網(wǎng)）的縮寫(suxi)，是國際標準化的串行通信協(xié)議。第42頁/共55頁第四十二頁，共56頁。小 結(jié)2. CAN總線(zn xin)的特點：主從通信、多主通信 ？第43頁/共55頁第四十三頁，共56頁。小 結(jié)2. CAN總線的特點(tdin)：多主通信。第44頁/共55頁第四十四頁，共56頁。小 結(jié)3.CAN總線的基本系統(tǒng)由多個(du )控制單元和 組成。第45頁/共55頁第四十五頁，共56頁。小 結(jié)3.CAN總線的基本系統(tǒng)(xtng)由多個控制單元和兩條數(shù)據(jù)線組成。第46頁/共55頁第四十六頁，共56頁。小 結(jié)4.CAN總線系統(tǒng)(xtng)采用雙絞線進行數(shù)據(jù)傳輸。這兩根導線中，一根稱為CAN- 導線，另一根導線稱為CAN- 導線。第47頁/共55頁第四十七頁，共56頁。小 結(jié)4.CAN總線系統(tǒng)采用雙絞線進行(jnxng)數(shù)據(jù)傳輸。這兩根導線中，一根稱為CAN-High導線，另一根導線稱為C