1、 課程章節(jié)及學(xué)時分配課程章節(jié)及學(xué)時分配 1. 秦貴和，車上網(wǎng)絡(luò)技術(shù)秦貴和，車上網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 機械工業(yè)出版社 2003.62. 胡思德，汽車車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)詳解胡思德，汽車車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)詳解 機械工業(yè)出版社 2006.6 3. 付百學(xué)，胡勝海，汽車車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)付百學(xué)，胡勝海，汽車車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 機械工業(yè)出版社 2012.3 參參 考考 書書 主要內(nèi)容主要內(nèi)容1.1 1.1 計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識 1.2 1.2 總線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與原理總線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與原理1.3 1.3 汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)概述汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)概述 汽車上應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的必要性汽車上應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的必要性 F汽車上電控裝置的增多，使連接這些裝置的線路

2、越來越復(fù)雜，造成線束龐大，布線困難；F線路和接頭的增加成為安全問題的巨大隱患；F難于維護。 在這種情況下，減少線束成為一個必須要解決的問題。因此網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)成為必然的選擇。 汽車上應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的必要性汽車上應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的必要性F在汽車上將越來越多地使用線控技術(shù)（XBW)，線控系統(tǒng)在人機接口、執(zhí)行機構(gòu)和傳感機構(gòu)之間以及其他系統(tǒng)之間要進行大量信息傳輸，即線控技術(shù)是以網(wǎng)絡(luò)通信為基礎(chǔ)的，而基于串行通信的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是實現(xiàn)這種通信功能的最佳結(jié)構(gòu)。 汽車上應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的必要性汽車上應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的必要性F未來汽車上應(yīng)能提供任何辦公室或家庭中的網(wǎng)絡(luò)信息服務(wù)，在智能交通系統(tǒng)中，一個汽車應(yīng)具有接收和提供相關(guān)信息的功能

3、，完成這些功能需要很強的通信能力和數(shù)據(jù)共享能力，因此要用到汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。 汽車上應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的必要性汽車上應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的必要性u 計算機網(wǎng)絡(luò)的定義計算機網(wǎng)絡(luò)的定義 計算機網(wǎng)絡(luò)定義為“以相互共享資源(硬件、軟件和數(shù)據(jù)等方式)和計算機間傳輸信息為目的而連接起來、且各自具備獨立功能的計算機系統(tǒng)之集合”。 1.1 1.1 計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識 “廣義的廣義的”計算機網(wǎng)絡(luò)計算機網(wǎng)絡(luò) 在協(xié)議控制下由兩臺或兩臺以上計算機計算機、若干臺終端設(shè)備終端設(shè)備、數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備以及便于終端終端和計算機之間或者若干臺計算機之間數(shù)據(jù)流動的通信控通信控制處理機制處理機等所組成的系統(tǒng)之集合。這個定義表

4、明計算機網(wǎng)是在協(xié)議控制下在協(xié)議控制下通過通信系統(tǒng)通信系統(tǒng)來實現(xiàn)計算機之間的連接。 1.1 1.1 計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識u計算機網(wǎng)絡(luò)的類型計算機網(wǎng)絡(luò)的類型按跨度分類按跨度分類l局域網(wǎng)（局域網(wǎng)（Local Area Network, LAN） 局域網(wǎng)是在一個有限區(qū)域內(nèi)連接的計算機網(wǎng)絡(luò)，是最常見、應(yīng)用最廣的一種網(wǎng)絡(luò)，特點是連接范圍窄、用戶數(shù)少、配置容易、連接速率高。汽車上的網(wǎng)絡(luò)是多個局部網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)結(jié)構(gòu)。 1.1 1.1 計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識 1.1 1.1 計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識l 城域網(wǎng)（城域網(wǎng)（Metropolitan Area Network，MA

5、N） 是在一個城市，但不在同一地理小區(qū)范圍內(nèi)的計算機互聯(lián)。連接距離可以在10-100公里。與LAN相比擴展的距離更長，連接的計算機數(shù)量更多，在地理范圍上可以說是LAN網(wǎng)絡(luò)的延伸。在一個大型城市或都市地區(qū)，一個MAN網(wǎng)絡(luò)通常連接著多個LAN網(wǎng)。如連接政府機構(gòu)、醫(yī)院、電信、公司企業(yè)的LAN等。l 廣域網(wǎng)（廣域網(wǎng)（Wide Area Network, WAN）：）： 廣域網(wǎng)也稱為遠程網(wǎng)，可以覆蓋一個國家、一個地區(qū)或橫跨幾個洲，形成國際性的計算機網(wǎng)絡(luò)。廣域網(wǎng)通常可以利用公用網(wǎng)絡(luò)（如公用數(shù)據(jù)網(wǎng)、公用電話網(wǎng)、衛(wèi)星通信等）進行組建，將分布在不同國家和地區(qū)的計算機系統(tǒng)連接起來，達到資源共享的目的。廣域網(wǎng)的連線

6、距離極長，因此信息衰減比較嚴重，連接速度通常低于局域網(wǎng)或城域網(wǎng)，使用的設(shè)備也相當昂貴。 1.1 1.1 計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識 按用途分類按用途分類l 公共網(wǎng)絡(luò)：是向社會開放的網(wǎng)絡(luò)體系l 專用網(wǎng)絡(luò)：是由學(xué)校、機關(guān)、政府部門或公司等組建， 不允許其他部門和單位使用的網(wǎng)絡(luò)。 1.1 1.1 計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識 按按拓撲結(jié)構(gòu)拓撲結(jié)構(gòu)分類分類l 星型網(wǎng)星型網(wǎng) 在星型拓撲構(gòu)型中，節(jié)點通過點到點通信線路與中心節(jié)點連接。任何兩節(jié)點之間的通信都要通過中心節(jié)點。 1.1 1.1 計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識特點：特點：結(jié)構(gòu)簡單，易于實現(xiàn)，便于管理；通信功能簡單，可以根據(jù)需

7、要由中心處理機分時或按優(yōu)先權(quán)排隊進行處理；中心處理機負載過重，擴充困難； 1.1 1.1 計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識 1.1 1.1 計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識每臺入網(wǎng)計算機均需與中心處理機有線路直接互連，因此線路利用率低，信道容量浪費較大；可靠性對中心機敏感，中心節(jié)點的故障可能造成全網(wǎng)癱瘓； 由于應(yīng)用汽車網(wǎng)絡(luò)的目的之一就是簡化線束，所以這種結(jié)構(gòu)不可能成為整車網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)，但有可能在一個部件或總成上使用。l 總線型網(wǎng)總線型網(wǎng) 是從計算機的總線訪問控制發(fā)展而來的。采用稱為公共總線的傳輸介質(zhì)，將各計算機直接與總線連接，信息沿總線介質(zhì)逐個節(jié)點廣播傳送。 1.1 1.1 計算機網(wǎng)絡(luò)基

8、礎(chǔ)知識計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識 特點：特點：由一條總線連接入網(wǎng)計算機，所以信道利用率較高；網(wǎng)絡(luò)長度和網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)受傳輸延時、驅(qū)動能力及訪問機制的限制；適合于傳輸距離較短、節(jié)點數(shù)不是很多的情況； 1.1 1.1 計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識由于所有的入網(wǎng)計算機共用一條傳輸信道，因此總線型網(wǎng)的一個特殊問題就是信道的訪問控制權(quán)的分配，并由此產(chǎn)生一系列處理機制；分時訪問總線； 目前，局域網(wǎng)多采用此種方式,汽車上的網(wǎng)絡(luò)多采用這種結(jié)構(gòu)，尤其是低端網(wǎng)絡(luò)。 1.1 1.1 計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識l 環(huán)型網(wǎng)環(huán)型網(wǎng) 環(huán)形網(wǎng)絡(luò)是指入網(wǎng)節(jié)點通過網(wǎng)絡(luò)部件連到一個環(huán)形物理鏈路中。整個網(wǎng)絡(luò)發(fā)送的信息就是在這個

9、環(huán)中傳遞，通常把這類網(wǎng)絡(luò)稱之為令牌環(huán)網(wǎng)。 1.1 1.1 計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識 特點：特點：由于一次通信信息在網(wǎng)中傳輸最大時間是固定的，因此實時性較高；每個網(wǎng)上節(jié)點只與其他相鄰兩個節(jié)點有物理鏈路直接互連，因此傳輸控制機制較為簡單；一個節(jié)點出故障可能會終止全網(wǎng)運行，因此可靠性較差； 1.1 1.1 計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識由于汽車上線控技術(shù)要求實時性好的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，有一些車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)支持這種結(jié)構(gòu)。環(huán)型網(wǎng)由于其點一點通信路由的唯一性，因此，不宜在廣域范圍內(nèi)組建計算機網(wǎng)絡(luò)。它是一種較為實用的局域網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)，尤其是在實時性要求較高的環(huán)境。 1.1 1.1 計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識計

10、算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識l 樹型網(wǎng)樹型網(wǎng) 由多個星型網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)稱為多級星型網(wǎng)絡(luò)，多級星型網(wǎng)絡(luò)按層次方式排列即形成樹型網(wǎng)絡(luò)。 1.1 1.1 計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識 特點：特點：樹型結(jié)構(gòu)網(wǎng)是分級的集中控制式網(wǎng)絡(luò)；與星型網(wǎng)絡(luò)相比，其通信線路總長度短，成本較低，節(jié)點易于擴充，除葉節(jié)點及其相連的線路外，任一節(jié)點及其相連的線路故障都會使系統(tǒng)受到影響。 1.1 1.1 計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識u計算機網(wǎng)絡(luò)的功能計算機網(wǎng)絡(luò)的功能資源共享資源共享 網(wǎng)絡(luò)中的計算機不僅可以使用本機的資源，還可以使用網(wǎng)絡(luò)中其他計算機的資源。資源共享提高了網(wǎng)絡(luò)中軟、硬件的利用率，增強了網(wǎng)絡(luò)中計算機的處理能力，這

11、是計算機網(wǎng)絡(luò)最主要的功能。 1.1 1.1 計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識 1.1 1.1 計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識 數(shù)據(jù)通信數(shù)據(jù)通信 通過網(wǎng)絡(luò)可以實現(xiàn)終端、計算機與計算機之間的高速可靠地傳送數(shù)據(jù)并進行信息處理，利用這一特點，可將分散在各個地區(qū)的單位或部門用計算機網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系起來，進行統(tǒng)一的調(diào)配、控制和管理。這是計算機網(wǎng)絡(luò)最基本的功能。 1.1 1.1 計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識均衡負載互相協(xié)作均衡負載互相協(xié)作 當某臺計算機負擔過重時，或該計算機正在處理某項工作時，網(wǎng)絡(luò)可將新任務(wù)轉(zhuǎn)交給空閑的計算機來完成，以均衡各計算機的負載，提高處理問題的實時性。通過網(wǎng)絡(luò)可以緩解用戶資

12、源缺乏的矛盾，使各種資源得到合理的調(diào)整。 1.1 1.1 計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識分布處理分布處理 對大型綜合性問題，可將問題各部分交給不同的計算機分頭處理，即通過網(wǎng)絡(luò)將問題分散到多個計算機上進行分布式處理，可以充分利用網(wǎng)絡(luò)資源，擴大計算機的處理能力，增強實用性，同時也可使各地的計算機通過網(wǎng)絡(luò)資源共同協(xié)作，進行聯(lián)合開發(fā)、研究等。 1.1 1.1 計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識提高計算機的可靠性提高計算機的可靠性 將計算機連成網(wǎng)絡(luò)后，網(wǎng)絡(luò)中各個計算機互為后備，這樣網(wǎng)絡(luò)可靠性會大大增高。當某一處計算機發(fā)生故障時，可由別處的計算機代為處理，還可以在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點上設(shè)置備用設(shè)備作為全網(wǎng)絡(luò)公

13、用后備，這樣，整個計算機網(wǎng)絡(luò)就不會由于某臺設(shè)備出現(xiàn)故障而癱瘓，大大提高了計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的可靠性和可用性。 1.1 1.1 計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識u 計算機網(wǎng)絡(luò)中的一些基本概念計算機網(wǎng)絡(luò)中的一些基本概念節(jié)點：節(jié)點：是網(wǎng)絡(luò)活動的核心組成部分，包括終端節(jié)點和中間節(jié)點。終端節(jié)點一般是網(wǎng)絡(luò)連接的應(yīng)用系統(tǒng)和設(shè)備，他們利用網(wǎng)絡(luò)發(fā)送或接收信息；中間節(jié)點提供信息的轉(zhuǎn)送服務(wù)、信息流量控制等網(wǎng)絡(luò)服務(wù)功能。 1.1 1.1 計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識計算機網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)計算機網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu) (Topology) 所謂網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)是指網(wǎng)絡(luò)的鏈路和節(jié)點在地理上所形成的幾何結(jié)構(gòu)或物理布局。 1.1 1.

14、1 計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識 報文報文 (message) 是網(wǎng)絡(luò)中信息交換與傳輸?shù)臄?shù)據(jù)單元，即站點一次性要發(fā)送的數(shù)據(jù)塊。報文包含了將要發(fā)送的完整的數(shù)據(jù)信息，其長度可變，報文傳輸過程中會不斷的封裝成分組、包、幀來傳輸，封裝的方式就是添加一些信息段。可以將其看成是按照一定格式組織起來的數(shù)據(jù)。 1.1 1.1 計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識幀幀（Frame）是獨立的網(wǎng)絡(luò)信息傳輸單元，是網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)淖钚挝?。 1.1 1.1 計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識 協(xié)議：協(xié)議：協(xié)議可定義為在兩實體間控制信息交換的規(guī)則之集合。即在通信內(nèi)容通信內(nèi)容、怎怎樣通信樣通信以及何時通信何時通信等

15、方面，兩個實體要遵從相互可以接受的一組約定和規(guī)則。這些約定和規(guī)則的集合稱為協(xié)議。 1.1 1.1 計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識協(xié)議三要素：協(xié)議三要素：一個通信協(xié)議通常對語法、語義和定時三個方面進行約定語法：確定通信雙方之間“如何講”，即由邏輯說明構(gòu)成，要對信息或報文中各字段格式化，說明報頭字段、命令和應(yīng)答的結(jié)構(gòu)等；語義：確定通信雙方之間“講什么”，即由過程說明構(gòu)成，要對發(fā)布請求、執(zhí)行動作以及返回應(yīng)答予以解釋，并確定用于協(xié)調(diào)和差錯處理的控制信息；定時規(guī)則：指出事件的順序以及進度匹配、排序。 1.1 1.1 計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識 計算機網(wǎng)絡(luò)信息的傳送方式計算機網(wǎng)絡(luò)信息的傳送

16、方式l 電路交換 電路交換就是兩臺計算機在相互通信時使用一條實際的物理鏈路，并在通信中自始至終使用該條線路進行信息傳輸，且不許他機共享該線路的信道容量。電路交換事實上來源于公共電話交換網(wǎng)，由于這種網(wǎng)的實用性和地域的寬廣性，早期的計算機通信幾乎都使用電路交換方式。 1.1 1.1 計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識l 報文交換報文交換 當發(fā)送方有數(shù)據(jù)發(fā)送時，就將數(shù)據(jù)按一定格式構(gòu)成數(shù)據(jù)塊，即報文，然后發(fā)送出去，相鄰的轉(zhuǎn)接交換機收到這個報文后先存儲這個報文，當這個報文傳輸所需的鏈路空閑時就將它轉(zhuǎn)發(fā)出去，直到到達接收端。這也就是存儲-轉(zhuǎn)發(fā)方式，與信件的郵遞方式相似。 1.1 1.1 計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知

17、識計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識l 分組交換分組交換 發(fā)送端將所要發(fā)送信息拆成一個個分組發(fā)送出去，轉(zhuǎn)接交換機每次轉(zhuǎn)發(fā)的是一個分組(而不像報文交換那樣是一整段有意義的信息)、接收端把接收到的分組再逐段組裝成報文。這種方式既增加了通信線路利用率，又提高了數(shù)據(jù)通信的實時性，但報文的組裝和拆卸以及各分組在網(wǎng)絡(luò)上的傳輸都要進行附加的管理，這增大了網(wǎng)絡(luò)開銷。 1.1 1.1 計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識 傳輸速率傳輸速率 單位時間傳輸?shù)男畔⒈砻骶W(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)乃俣龋话阌脝挝粫r間傳輸?shù)亩M制位數(shù)表示。單位時間傳輸?shù)亩M制位數(shù)稱為波特率，單位為bps（bit per second）。 1.1 1.1 計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知

18、識計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識 網(wǎng)絡(luò)訪問的觸發(fā)方式網(wǎng)絡(luò)訪問的觸發(fā)方式 按照節(jié)點訪問網(wǎng)絡(luò)的觸發(fā)方式，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議可以分為基于時間觸發(fā)的通信協(xié)議和基于事件觸發(fā)的通信協(xié)議。 在時間觸發(fā)協(xié)議（TTP，Time Triggered Protocol）中，按一定規(guī)則安排每個節(jié)點發(fā)送信息的時刻和信息發(fā)送的延續(xù)時間。這種方式信息傳送延時抖動小，實時性好。特點是網(wǎng)絡(luò)事件發(fā)生的時間可以預(yù)知。 1.1 1.1 計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識 在事件觸發(fā)協(xié)議（ETP，Event Triggered Protocol）中，節(jié)點在需要發(fā)送信息或請求發(fā)送信息時，才啟動網(wǎng)絡(luò)訪問過程，否則處于接收狀態(tài)。在一個節(jié)點要發(fā)送信息時，可能有信

19、息在占用總線，或者有優(yōu)先級高的信息要發(fā)送。因此，使用這種方式，節(jié)點從有數(shù)據(jù)要發(fā)送到接收節(jié)點接收到數(shù)據(jù)的延時有很大的不確定性，實時性差。 1.1 1.1 計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識串行通信串行通信 串行數(shù)據(jù)傳輸時，數(shù)據(jù)是一位一位地在通信線上傳輸?shù)模扔删哂袔孜豢偩€的計算機內(nèi)的發(fā)送設(shè)備，將幾位并行數(shù)據(jù)經(jīng)并-串轉(zhuǎn)換硬件轉(zhuǎn)換成串行方式，再逐位經(jīng)傳輸線到達接收站的設(shè)備中，并在接收端將數(shù)據(jù)從串行方式重新轉(zhuǎn)換成并行方式，以供接收方使用。串行數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣纫炔⑿袀鬏斅枚啵珜τ诟采w面極其廣闊的公用電話系統(tǒng)來說具有更大的現(xiàn)實意義。車上網(wǎng)絡(luò) 1.1 1.1 計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識 介質(zhì)

20、訪問控制方式介質(zhì)訪問控制方式l 帶沖突檢測的載波監(jiān)聽多路訪問（帶沖突檢測的載波監(jiān)聽多路訪問（CSMA/CD） CSMA/CD是采用爭用技術(shù)的一種介質(zhì)訪問控制方法 載波監(jiān)聽（載波監(jiān)聽（carrier sense）:網(wǎng)絡(luò)上各個工作站在發(fā)送數(shù) 據(jù)前都要監(jiān)聽總線上有沒有數(shù)據(jù)傳輸。若有數(shù)據(jù)，則不發(fā) 送數(shù)據(jù)；若無數(shù)據(jù)傳輸，則立即發(fā)送準備好的數(shù)據(jù)。 多路訪問（多路訪問（multiple access）:網(wǎng)絡(luò)上的所有工作 站使用同一條總線收發(fā)數(shù)據(jù)，且發(fā)送數(shù)據(jù)是廣播式的。 1.1 1.1 計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識 沖突（沖突（collision）: 若網(wǎng)上有兩個或兩個以上工作站同時發(fā)送數(shù)據(jù)，在總線上

21、就會產(chǎn)生信號的混合，工作站都辨別不出真正的數(shù)據(jù)是什么。這種情況稱為數(shù)據(jù)沖突。為了減少沖突發(fā)生，工作站在發(fā)送數(shù)據(jù)過程中還要不停地檢測自己發(fā)送的數(shù)據(jù)，有沒有在傳輸過程中與其他工作站的數(shù)據(jù)發(fā)生沖突，這就是沖突檢測（collision detected）。可將CSMA/CD形象地概括為用先聽后發(fā)/邊聽邊發(fā)的方法來共享傳輸介質(zhì)。CAN總線 1.1 1.1 計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識 CSMA/CD方式的數(shù)據(jù)接收過程相對簡單：網(wǎng)上每個節(jié)點都監(jiān)聽媒體，如果有信號傳輸，則收集信息，得到幀；節(jié)點分析和判斷幀中的接收地址；如果接收地址為本節(jié)點地址，復(fù)制接收該幀；否則，丟棄該幀。 1.1 1.1 計算機網(wǎng)

22、絡(luò)基礎(chǔ)知識計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識l令牌環(huán)（Token Ring）訪問控制 通過在環(huán)型網(wǎng)上傳遞令牌實現(xiàn)對介質(zhì)的訪問控制。只有當某個站點接收到令牌時，才能利用環(huán)路發(fā)送或接收信息。當環(huán)線上的各站都沒有幀發(fā)送時，稱為空標記。當一個站要發(fā)送幀時，需等待令牌通過，并將空標記換為忙標記，緊跟著令牌，用戶站把數(shù)據(jù)幀發(fā)送至環(huán)上。因為是忙標記 ， 所 以 其 他 站 不 能 發(fā) 送 幀 ， 必 須 等 待 。 1.1 1.1 計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識 1.1 1.1 計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識l令牌總線（令牌總線（Token Bus）訪問控制）訪問控制 令牌總線訪問控制是在物理總線上建立一個邏輯

23、環(huán)，令牌在邏輯環(huán)路中依次傳遞，其操作原理與令牌環(huán)相似。它同時具有上述兩種方法的優(yōu)點，既具有總線網(wǎng)的接入方便和可靠性較高的優(yōu)點，也具有令牌環(huán)網(wǎng)的無沖突和發(fā)送時延有確定的上限值的優(yōu)點。因此，它是一種簡單、公平、性能良好的介質(zhì)訪問控制方法。 1.1 1.1 計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識網(wǎng)關(guān)網(wǎng)關(guān) 又叫協(xié)議轉(zhuǎn)換器，是連接不同網(wǎng)絡(luò)能實現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)協(xié)議轉(zhuǎn)換的設(shè)備。網(wǎng)關(guān)是一種復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備，可以支持不同協(xié)議之間的轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)不同協(xié)議網(wǎng)絡(luò)之間的互連。網(wǎng)關(guān)具有對不兼容的高層協(xié)議進行轉(zhuǎn)換的能力，為了實現(xiàn)異構(gòu)設(shè)備之間的通信，網(wǎng)關(guān)需要對不同的鏈路層、專用會話層、表示層和應(yīng)用層協(xié)議進行翻譯和轉(zhuǎn)換。 1.1 1.1

24、 計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識u 計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)開放系統(tǒng)互連開放系統(tǒng)互連(Open System Interconnection， OSI) 基本參考模型基本參考模型OSI的體系結(jié)構(gòu)具有七個層次，每個層次都在完成信息交換的任務(wù)中擔當一個相對獨立的角色，具有特定的功能。其中，第七層是高層，第一層為最低層。 1.1 1.1 計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識 1.1 1.1 計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識局域網(wǎng)的概念局域網(wǎng)的概念 是一種在有限區(qū)城內(nèi)提供各類數(shù)據(jù)通信設(shè)備互連的通信網(wǎng)絡(luò)。這里的數(shù)據(jù)通信設(shè)備可以是計算機、終端、外部設(shè)備、傳感器、電話、電視收發(fā)器、基于

25、微處理器的應(yīng)用系統(tǒng)或智能裝置等。 1.1 1.1 計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識局域網(wǎng)的特點局域網(wǎng)的特點較小的地域范圍，短距離傳輸；高數(shù)據(jù)傳輸速率，低誤碼率；采用廣播方式傳輸數(shù)據(jù)信號，一個節(jié)點發(fā)出的信號可被網(wǎng)上所有的節(jié)點接收不考慮路由選擇的問題，甚至可以忽略O(shè)SI網(wǎng)絡(luò)層的存在。 1.1 1.1 計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識局域網(wǎng)的功能局域網(wǎng)的功能 資源共享：主要包括軟件、硬件和數(shù)據(jù) 庫等數(shù)據(jù)資源的共享。 通信交往：數(shù)據(jù)、文件的傳輸；電子郵 件；視頻會議等。 1.1 1.1 計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識 汽車網(wǎng)絡(luò)分類汽車網(wǎng)絡(luò)分類l SAE的分類的分類p A類網(wǎng)絡(luò)p B類網(wǎng)絡(luò)

26、p C類網(wǎng)絡(luò) 1.2 1.2 車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)概述車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)概述p A類網(wǎng)絡(luò)類網(wǎng)絡(luò) 面向傳感器/執(zhí)行器控制的低速網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)傳輸位速率通常為 1-10kbit/s。 主要應(yīng)用于電動門窗、中控鎖、座椅調(diào)節(jié)、燈光控制等。LINJ1587/J1708/J1922,BEAN 1.2 1.2 車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)概述車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)概述p B類類網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò) 面向獨立模塊間數(shù)據(jù)共享的中速網(wǎng)絡(luò)，位速率一般為 10-125kbit/s。主要應(yīng)用于電子車輛信息中心、故障診斷、儀表顯示、安全氣囊等系統(tǒng)。 如：J1850,LS-CAN 1.2 1.2 車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)概述車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)概述p C類類網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò) 面向高速、實時閉環(huán)控制的多路傳

27、輸網(wǎng)，最高位速率可達 1Mbit/s，主要用于發(fā)動機和自動變速的動力控制、防滑控制、懸架控制等系統(tǒng)， 以簡化分布式控制和進一步減少車身線束。如：HS_CAN 1.2 1.2 車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)概述車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)概述l 按領(lǐng)域分類按領(lǐng)域分類p 動力系統(tǒng)/底盤系統(tǒng)（Powertrain/Chassis）p 舒適系統(tǒng)/車身（Comfort/Body）p 信息娛樂系統(tǒng)（Infotainment）p 診斷（Diagnostics）p 線控系統(tǒng)（X-by-Wire） 1.2 1.2 車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)概述車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)概述l 具體應(yīng)用于車上的網(wǎng)絡(luò)：具體應(yīng)用于車上的網(wǎng)絡(luò)：p局部互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)（LIN，Local Intercon

28、nect Network）1998年由多家汽車生產(chǎn)廠商（Audi, Daimlerchrysler, Volvo,Volkswagen）、元器件生產(chǎn)廠（Motorola）和開發(fā)工具公司聯(lián)合發(fā)起的一個汽車低端網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，A級網(wǎng)絡(luò)；p TTP/A：應(yīng)用目標與LIN基本一致，基于時間觸發(fā)訪問方式的協(xié)議， A級網(wǎng)絡(luò)；p SAEJ1850：最初由美國的Ford, GM, Chrysler公司提出，他們當中的很多車型采用其作為B級網(wǎng)絡(luò)使用； 1.2 1.2 車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)概述車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)概述pCAN協(xié)議：由Bosch公司提出，最早在歐洲汽車上廣泛使用，目前包括美國、日本的公司也將其作為B級或C級網(wǎng)絡(luò)使用pTT

29、P/C和FlexRay: 是以線控系統(tǒng)為主要應(yīng)用目標的C級汽車網(wǎng)絡(luò)協(xié)議pMOST和D2B：是由媒體領(lǐng)域引入的標準，由于媒體信息音像傳輸數(shù)據(jù)量大，要求傳輸速率高，一般采用光纖或同軸電纜作為物理層媒介p無線局部網(wǎng)絡(luò)：在汽車控制系統(tǒng)和媒體系統(tǒng)應(yīng)用中有一些探索性工作，藍牙技術(shù)（Bluetooth）,Zigbee。 1.2 1.2 車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)概述車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)概述l 汽車網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)汽車網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)總線型網(wǎng)絡(luò)總線型網(wǎng)絡(luò)星型網(wǎng)絡(luò)星型網(wǎng)絡(luò)環(huán)型網(wǎng)絡(luò)環(huán)型網(wǎng)絡(luò)混合型網(wǎng)絡(luò)混合型網(wǎng)絡(luò) 1.2 1.2 車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)概述車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)概述l典型的汽車總線網(wǎng)絡(luò)典型的汽車總線網(wǎng)絡(luò)低端控制系統(tǒng)：低端控制系統(tǒng)：包括僅需要簡單串行通

30、信的ECU、智能傳感器、執(zhí)行器等，這是LIN總線最適合的領(lǐng)域。底盤及車身控制系統(tǒng)：底盤及車身控制系統(tǒng)：包括傳統(tǒng)的車身控制和動力傳動控制、ABS、自動變速箱等。這是CAN的特長。 1.3 1.3 汽車總線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與特點汽車總線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與特點高安全線控系統(tǒng)高安全線控系統(tǒng)(X-By-Wire)：包括安全性要求很高的剎車和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，通訊要求高容錯性、高可靠性和高實時性。主要協(xié)議有TTCAN、FLexRay、TTP/C等。 1.3 1.3 汽車總線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與特點汽車總線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與特點信息娛樂系統(tǒng)信息娛樂系統(tǒng)：要求有高速率和高帶寬，如媒體播放器、導(dǎo)航系統(tǒng)等信息娛樂設(shè)備之間的互連需要更高速通信協(xié)議。目前主流

31、協(xié)議有MOST 、D2B和IDB-1394等。 1.3 1.3 汽車總線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與特點汽車總線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與特點車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展趨勢車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展趨勢FCAN，LIN將繼續(xù)在車身及動力系統(tǒng)領(lǐng)域得將繼續(xù)在車身及動力系統(tǒng)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用到廣泛的應(yīng)用F信息娛樂系統(tǒng)通信總線應(yīng)具有容量大、通信信息娛樂系統(tǒng)通信總線應(yīng)具有容量大、通信速度高等特點，因此，傳輸介質(zhì)逐漸使用光速度高等特點，因此，傳輸介質(zhì)逐漸使用光纖取代以往的銅線，面向信息娛樂系統(tǒng)的纖取代以往的銅線，面向信息娛樂系統(tǒng)的MOST和和D2B將在此領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。將在此領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。 1.3 1.3 汽車總線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與特點汽車總線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與特

32、點F對于安全等級要求更高的系統(tǒng)，如對于安全等級要求更高的系統(tǒng)，如轉(zhuǎn)向控制和制動系統(tǒng)及安全氣囊的轉(zhuǎn)向控制和制動系統(tǒng)及安全氣囊的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的發(fā)展方向是采用線控技網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的發(fā)展方向是采用線控技術(shù)。術(shù)。FlexRay、Byteflight將會在該將會在該領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。 1.3 1.3 汽車總線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與特點汽車總線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與特點2.1 2.1 CAN總線概述總線概述2.2 2.2 CAN通信協(xié)議通信協(xié)議 2.3 2.3 CAN網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)的基本組成和數(shù)據(jù)傳輸原理的基本組成和數(shù)據(jù)傳輸原理2.4 2.4 CAN主要部件的結(jié)構(gòu)和原理主要部件的結(jié)構(gòu)和原理2.5 2.5 CAN節(jié)點結(jié)構(gòu)與設(shè)計節(jié)點結(jié)

33、構(gòu)與設(shè)計 2.6 2.6 CAN網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用實例網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用實例 主要內(nèi)容主要內(nèi)容 u CAN的產(chǎn)生的產(chǎn)生 2.1 2.1 CAN總線概述總線概述 早期的ECUECU之間的之間的通信 為了解決現(xiàn)代汽車中眾多控制為了解決現(xiàn)代汽車中眾多控制 器及測試儀器之間的數(shù)據(jù)交換、實器及測試儀器之間的數(shù)據(jù)交換、實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享并盡量避免過多占用有現(xiàn)數(shù)據(jù)共享并盡量避免過多占用有限的車輛空間，在車輛電控系統(tǒng)中限的車輛空間，在車輛電控系統(tǒng)中引入了引入了CAN總線技術(shù)。總線技術(shù)。 2.1 2.1 CAN總線概述總線概述 CAN是由德國是由德國BOSCH公司在二公司在二十世紀八十年代初開發(fā)的、最初用于十世紀八十年代初開發(fā)的、最初用

34、于汽車電子裝置互聯(lián)的一種串行數(shù)據(jù)通汽車電子裝置互聯(lián)的一種串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議。主要用于汽車內(nèi)部大量控制信協(xié)議。主要用于汽車內(nèi)部大量控制器、測試儀器及執(zhí)行機構(gòu)之間的數(shù)據(jù)器、測試儀器及執(zhí)行機構(gòu)之間的數(shù)據(jù)通信。通信。 2.1 2.1 CAN總線概述總線概述基于總線（CAN）的ECUECU通信u CAN的應(yīng)用領(lǐng)域的應(yīng)用領(lǐng)域車輛系統(tǒng)交通控制系統(tǒng)工業(yè)儀器儀表智能建筑工業(yè)儀器儀表機器人嵌入式網(wǎng)絡(luò) 2.1 2.1 CAN總線概述總線概述u CAN的一些基本概念的一些基本概念 CAN是一種通過標準集成電路實現(xiàn)的具是一種通過標準集成電路實現(xiàn)的具有高可靠性的串行通信協(xié)議。它為串行通信有高可靠性的串行通信協(xié)議。它為串行通

35、信提供包括位定時、幀格式、信息識別、數(shù)據(jù)提供包括位定時、幀格式、信息識別、數(shù)據(jù)傳送、確認和錯誤檢測的通信協(xié)議。傳送、確認和錯誤檢測的通信協(xié)議。 CAN總總線可以用點對點，一點對多點及全局廣播幾線可以用點對點，一點對多點及全局廣播幾種方式發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。種方式發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。 2.1 2.1 CAN總線概述總線概述CANCAN報文：報文是報文：報文是CANCAN控制器和控制器和CPUCPU通信的主要手段，總通信的主要手段，總線上的信息以固定格式的報文發(fā)送，但長度有限制，當線上的信息以固定格式的報文發(fā)送，但長度有限制，當總線開放時，任何節(jié)點均可開始發(fā)送一個新報文。總線開放時，任何節(jié)點均可開始發(fā)送一

36、個新報文。 一個報文的內(nèi)容由其標識符一個報文的內(nèi)容由其標識符IDID命名。命名。IDID并不指出報文的并不指出報文的目的地址，但描述數(shù)據(jù)的含義，以便網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點目的地址，但描述數(shù)據(jù)的含義，以便網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點有可能借助有可能借助報文濾波報文濾波決定是否接受該數(shù)據(jù)。決定是否接受該數(shù)據(jù)。 2.1 2.1 CAN總線概述總線概述總線數(shù)值表示：總線可以具有兩種互補邏輯總線數(shù)值表示：總線可以具有兩種互補邏輯數(shù)值之一（數(shù)值之一（0或或1）；）； 總線定義了總線定義了“顯性顯性”和和”隱性隱性” 兩種狀態(tài)，兩種狀態(tài)，“顯性顯性” 由邏輯由邏輯“0”電電平表示，而平表示，而“隱性隱性” 以邏輯以邏輯“1”

37、電平表示電平表示。在。在“顯性顯性”和隱性和隱性”位同時發(fā)送期間，采位同時發(fā)送期間，采用總線的線用總線的線 “與與”操作，總線的最后數(shù)值操作，總線的最后數(shù)值將是將是“顯性顯性”。 2.1 2.1 CAN總線概述總線概述遠程數(shù)據(jù)請求：遠程數(shù)據(jù)請求：通過發(fā)送一個遠程幀，需要數(shù)據(jù)的節(jié)點可以請求另一個節(jié)點發(fā)送一個相應(yīng)的數(shù)據(jù)幀，該數(shù)據(jù)幀相對應(yīng)的遠程幀以相同的標識符ID命名。仲裁：仲裁：當總線空閑時，任何節(jié)點都可以發(fā)送信息，出現(xiàn)總線爭用時，具有最高優(yōu)先權(quán)的信息獲得總線的使用權(quán)。 2.1 2.1 CAN總線概述總線概述l仲裁過程：總線訪問沖突運用逐位仲裁規(guī)則，借助標識仲裁過程：總線訪問沖突運用逐位仲裁規(guī)則，

38、借助標識符符IDID解決。若具有相同解決。若具有相同IDID的一個數(shù)據(jù)幀和一個遠程幀同的一個數(shù)據(jù)幀和一個遠程幀同時初始化，數(shù)據(jù)幀優(yōu)先于遠程幀。在發(fā)送數(shù)據(jù)時，節(jié)點時初始化，數(shù)據(jù)幀優(yōu)先于遠程幀。在發(fā)送數(shù)據(jù)時，節(jié)點不斷監(jiān)聽總線狀態(tài)，每一個發(fā)送節(jié)點都對發(fā)送位電平與不斷監(jiān)聽總線狀態(tài)，每一個發(fā)送節(jié)點都對發(fā)送位電平與總線上被監(jiān)視電平進行比較。若相同，則該單元可以繼總線上被監(jiān)視電平進行比較。若相同，則該單元可以繼續(xù)發(fā)送。當發(fā)送一個續(xù)發(fā)送。當發(fā)送一個“隱性隱性”電平電平1 1，而監(jiān)控視到，而監(jiān)控視到“顯顯性性”電平電平0 0時，該節(jié)點丟失仲裁，并從下一位開始停止時，該節(jié)點丟失仲裁，并從下一位開始停止發(fā)送。發(fā)送。

39、 2.1 2.1 CAN總線概述總線概述u CAN總線的基本工作原理總線的基本工作原理 CAN總線的通信是通過一種類似于“會議”的機制實現(xiàn)的，但會議的過程并不是由一方（節(jié)點）主導(dǎo)，而是，每一個會議參加人員都可以自由的提出會議議題（多主通信模式）。 2.1 2.1 CAN總線概述總線概述會議CAN總線參會人員節(jié)點參會人員身份ID會議議題幀參會人員發(fā)言 順序裁定仲裁 2.1 2.1 CAN總線概述總線概述 2.1 2.1 CAN總線概述總線概述u CAN的特點的特點多主站依據(jù)優(yōu)先權(quán)進行總線訪問；多主站依據(jù)優(yōu)先權(quán)進行總線訪問；無破壞性的基于優(yōu)先權(quán)的仲裁；無破壞性的基于優(yōu)先權(quán)的仲裁；基于事件觸發(fā)的發(fā)送

40、方式，有出現(xiàn)長延時的基于事件觸發(fā)的發(fā)送方式，有出現(xiàn)長延時的可能。可能。借助接收濾波的多幀傳送；借助接收濾波的多幀傳送； 2.1 CAN 2.1 CAN總線概述總線概述短幀結(jié)構(gòu)（每條報文最多短幀結(jié)構(gòu)（每條報文最多8 8字節(jié)數(shù)據(jù)）字節(jié)數(shù)據(jù)）配置靈活性；配置靈活性；錯誤檢測和出錯標注；錯誤檢測和出錯標注；發(fā)送期間若丟失仲裁或由于出錯而遭發(fā)送期間若丟失仲裁或由于出錯而遭破壞的幀可自動重新發(fā)送；破壞的幀可自動重新發(fā)送；暫時錯誤和永久性故障節(jié)點的判別以暫時錯誤和永久性故障節(jié)點的判別以及故障節(jié)點的自動脫離及故障節(jié)點的自動脫離 。 2.1 CAN 2.1 CAN總線概述總線概述RNode 1Node 2RNo

41、de nu CAN網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)圖網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)圖 2.1 CAN 2.1 CAN總線概述總線概述uCAN的分層結(jié)構(gòu)的分層結(jié)構(gòu) CAN協(xié)議包括協(xié)議包括ISO/OSI參考模型中的最低兩參考模型中的最低兩層。層。l數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層l物理層物理層 2.2 CAN 2.2 CAN通信協(xié)議通信協(xié)議 編碼編碼/ /解碼解碼CAN協(xié)議中規(guī)定發(fā)送數(shù)據(jù)時采用協(xié)議中規(guī)定發(fā)送數(shù)據(jù)時采用位填充技術(shù)位填充技術(shù)，同，同步沿用位填充產(chǎn)生，即在發(fā)送時，最多可以有步沿用位填充產(chǎn)生，即在發(fā)送時，最多可以有5個連續(xù)的同極性位，如果要發(fā)送的位流中有個連續(xù)的同極性位，如果要發(fā)送的位流中有5個個以上同極性位時，每發(fā)送以上同極性位時，每發(fā)

42、送5個同極性位則填充一個同極性位則填充一個補位。個補位。CAN通過這種編碼規(guī)則檢查錯誤，如果在一幀報通過這種編碼規(guī)則檢查錯誤，如果在一幀報文中有文中有6個相同位，個相同位，CAN就知道發(fā)生了錯誤。就知道發(fā)生了錯誤。 CAN物理層功能物理層功能 位填充過程位填充過程CAN共定義共定義4種主要的幀類型：種主要的幀類型：F數(shù)據(jù)幀：數(shù)據(jù)幀將數(shù)據(jù)從發(fā)數(shù)據(jù)幀：數(shù)據(jù)幀將數(shù)據(jù)從發(fā)送器傳輸?shù)浇邮掌鳌Ｋ推鱾鬏數(shù)浇邮掌鳌 遠程幀：節(jié)點發(fā)出遠程幀，遠程幀：節(jié)點發(fā)出遠程幀，請求發(fā)送具有同一標識符的請求發(fā)送具有同一標識符的數(shù)據(jù)幀。數(shù)據(jù)幀。F 錯誤指示幀：任何單元檢測錯誤指示幀：任何單元檢測到總線錯誤就發(fā)出錯誤幀。到總線

43、錯誤就發(fā)出錯誤幀。F 超載幀：超載幀用在相鄰數(shù)超載幀：超載幀用在相鄰數(shù)據(jù)幀或遠程幀之間提供附加據(jù)幀或遠程幀之間提供附加的延時。的延時。 CAN協(xié)議的幀類型及幀格式協(xié)議的幀類型及幀格式數(shù)據(jù)幀或遠程幀與前數(shù)據(jù)幀或遠程幀與前一個幀之間都會有一一個幀之間都會有一個隔離域，即幀間間個隔離域，即幀間間隔。隔。數(shù)據(jù)幀和遠程幀可以數(shù)據(jù)幀和遠程幀可以使用標準幀及擴展幀使用標準幀及擴展幀兩種格式。兩種格式。CAN共定義共定義4種主要的幀類型：種主要的幀類型：F數(shù)據(jù)幀：數(shù)據(jù)幀將數(shù)據(jù)從發(fā)數(shù)據(jù)幀：數(shù)據(jù)幀將數(shù)據(jù)從發(fā)送器傳輸?shù)浇邮掌鳌Ｋ推鱾鬏數(shù)浇邮掌鳌 遠程幀：節(jié)點發(fā)出遠程幀，遠程幀：節(jié)點發(fā)出遠程幀，請求發(fā)送具有同一標識

44、符的請求發(fā)送具有同一標識符的數(shù)據(jù)幀。數(shù)據(jù)幀。F 錯誤指示幀：任何單元檢測錯誤指示幀：任何單元檢測到總線錯誤就發(fā)出錯誤幀。到總線錯誤就發(fā)出錯誤幀。F 超載幀：過載幀用在相鄰數(shù)超載幀：過載幀用在相鄰數(shù)據(jù)幀或遠程幀之間提供附加據(jù)幀或遠程幀之間提供附加的延時。的延時。 CAN協(xié)議的幀類型及幀格式協(xié)議的幀類型及幀格式數(shù)據(jù)幀或遠程幀與前數(shù)據(jù)幀或遠程幀與前一個幀之間都會有一一個幀之間都會有一個隔離域，即幀間間個隔離域，即幀間間隔。隔。數(shù)據(jù)幀和遠程幀可以數(shù)據(jù)幀和遠程幀可以使用標準幀及擴展幀使用標準幀及擴展幀兩種格式。兩種格式。遠程幀遠程幀uCAN總線狀態(tài)總線狀態(tài) CAN總線有總線有“顯性顯性” （DOMINA

45、NT）和）和“隱性隱性” （RECESSIVE）兩個狀態(tài)，）兩個狀態(tài)，CAN的總線數(shù)值為的總線數(shù)值為兩種互補邏輯數(shù)值之一。顯性狀態(tài)用邏輯數(shù)值兩種互補邏輯數(shù)值之一。顯性狀態(tài)用邏輯數(shù)值“0”表示，隱性狀態(tài)用邏輯表示，隱性狀態(tài)用邏輯“1”；當總線上的；當總線上的CAN控制控制器發(fā)送的都是隱性位時，此時總線狀態(tài)是隱性（邏器發(fā)送的都是隱性位時，此時總線狀態(tài)是隱性（邏輯輯1）。如果總線上有顯性位出現(xiàn)，隱性位總是讓位）。如果總線上有顯性位出現(xiàn)，隱性位總是讓位于顯性位，即總線上是顯性位狀態(tài)（邏輯于顯性位，即總線上是顯性位狀態(tài)（邏輯0）。）。 2.2 CAN 2.2 CAN通信協(xié)議通信協(xié)議 總線上總線上“顯性顯

46、性”電平支配電平支配“隱性隱性”電電平；平；邏輯邏輯“0” =“顯性顯性” 電平；電平；邏輯邏輯“1” =“隱性隱性”電平電平 2.2 CAN 2.2 CAN通信協(xié)議通信協(xié)議u CAN總線電平定義總線電平定義 CAN_H和和CAN_L表示表示CAN總線收發(fā)器與總線的兩接口引腳總線收發(fā)器與總線的兩接口引腳，信號是以兩線之間的，信號是以兩線之間的“差分差分”電壓電壓Vdiff傳送傳送的。在的。在“CAN_H”與與“CAN_L”的差值小于的差值小于0.5V時，認為總線是隱性狀態(tài)；時，認為總線是隱性狀態(tài)； “CAN_H”與與“CAN_L”的差值大于的差值大于0.9V時，認為總線是顯性狀時，認為總線是顯

47、性狀態(tài)。態(tài)。 2.2 CAN 2.2 CAN通信協(xié)議通信協(xié)議 2.2 CAN 2.2 CAN通信協(xié)議通信協(xié)議 2.3 2.3 CAN網(wǎng)絡(luò)的基本組成網(wǎng)絡(luò)的基本組成 和數(shù)據(jù)傳輸原理和數(shù)據(jù)傳輸原理 CAN控制器控制器 CAN收發(fā)器收發(fā)器 終端匹配電阻終端匹配電阻 數(shù)據(jù)傳輸線數(shù)據(jù)傳輸線 CAN的接口電路的接口電路 CAN網(wǎng)絡(luò)基本組成網(wǎng)絡(luò)基本組成 CAN網(wǎng)絡(luò)基本組成網(wǎng)絡(luò)基本組成也稱協(xié)議控制器。分獨立也稱協(xié)議控制器。分獨立的的 C A N 控 制 器 和 集 成控 制 器 和 集 成CAN控制器；控制器； CAN控制器主要實現(xiàn)了控制器主要實現(xiàn)了兩部分的功能兩部分的功能1：數(shù)據(jù)鏈數(shù)據(jù)鏈路層的全部功能路層的全

48、部功能；2：物：物理層的位定時功能。理層的位定時功能。 CAN控制器控制器 功能：提供功能：提供CAN控制器與物理總線之控制器與物理總線之間的接口，同時兼具接收和發(fā)送的功間的接口，同時兼具接收和發(fā)送的功能。能。 發(fā)送器：發(fā)送器： 位流位流 電壓信號電壓信號 接收器：接收器： 電壓信號電壓信號 位流位流 常用芯片：常用芯片：TJA1050、PCA82C250和和PCA82C251。 CAN 收發(fā)器收發(fā)器 CAN 收發(fā)器收發(fā)器終端電阻防止數(shù)據(jù)在線端被反終端電阻防止數(shù)據(jù)在線端被反射，以回聲的形式返回，影響射，以回聲的形式返回，影響數(shù)據(jù)的傳輸；通常阻值為數(shù)據(jù)的傳輸；通常阻值為120歐歐姆，但也并非固定

49、不變，姆，但也并非固定不變， 而是而是和使用的導(dǎo)線有關(guān)。和使用的導(dǎo)線有關(guān)。 CAN的終端電阻的終端電阻 CAN接口電路主要包括接口電路主要包括CAN 控制器與微控制器之間（獨立控制器與微控制器之間（獨立CAN控控制器）、制器）、CAN控制器與控制器與CAN總線收發(fā)器以及總線收發(fā)器以及CAN總線收發(fā)器與物理總總線收發(fā)器與物理總線之間的接口電路。線之間的接口電路。 CAN的接口電路的接口電路 CAN-TXD CAN-RXDuCAN總線的仲裁機制總線的仲裁機制 一個一個CAN報文的標識域被用做發(fā)生沖突后控制尋報文的標識域被用做發(fā)生沖突后控制尋址總線。如果多個站同時發(fā)送數(shù)據(jù)，而其中一個址總線。如果多個

50、站同時發(fā)送數(shù)據(jù)，而其中一個站發(fā)送一個站發(fā)送一個“0”位（顯性位），則正在監(jiān)聽總線位（顯性位），則正在監(jiān)聽總線的站都將讀到的站都將讀到“0”，相反，只有當所有站都發(fā)送，相反，只有當所有站都發(fā)送“1”（隱性位）時，正在監(jiān)聽總線的所有站才能（隱性位）時，正在監(jiān)聽總線的所有站才能讀到讀到“1”。實際上，。實際上，CAN總線就像一個大的總線就像一個大的“與與門門”，每個站都可以看到門輸出，這一特性被用，每個站都可以看到門輸出，這一特性被用來解決總線沖突。來解決總線沖突。 CAN的數(shù)據(jù)傳輸原理的數(shù)據(jù)傳輸原理總線空閑時，任何節(jié)點可以開始發(fā)送報文；總線空閑時，任何節(jié)點可以開始發(fā)送報文；總線上每條報文都具有唯一

51、的一個總線上每條報文都具有唯一的一個1111位或位或2929位標識位標識符；符；報文標識符的值越小，報文具有越高的優(yōu)先權(quán)；報文標識符的值越小，報文具有越高的優(yōu)先權(quán)；多個節(jié)點同時發(fā)送時多個節(jié)點同時發(fā)送時，總線在總線在“仲裁場仲裁場”進行進行“逐逐位仲裁位仲裁” ” ；傳送高優(yōu)先級報文的節(jié)點贏得仲裁，并繼續(xù)傳輸報傳送高優(yōu)先級報文的節(jié)點贏得仲裁，并繼續(xù)傳輸報文；文；失去仲裁的節(jié)點在總線空閑時重新傳送。失去仲裁的節(jié)點在總線空閑時重新傳送。 CAN的數(shù)據(jù)傳輸原理的數(shù)據(jù)傳輸原理節(jié)點節(jié)點數(shù)據(jù)報告數(shù)據(jù)報告11位標識符位標識符1Brake1(制動信號）制動信號）010 0111 00002Engine1（發(fā)動機

52、轉(zhuǎn)速）（發(fā)動機轉(zhuǎn)速）010 011100013Gearbox1（變速器輸出軸轉(zhuǎn)速）（變速器輸出軸轉(zhuǎn)速）011 1111 0000 CAN的數(shù)據(jù)傳輸原理的數(shù)據(jù)傳輸原理CAN CAN 總線的逐位仲裁過程總線的逐位仲裁過程u獨立獨立CAN控制器控制器 SJA1000 是是PHILIPS半導(dǎo)體半導(dǎo)體PCA82C200 CAN 控制器的替代產(chǎn)品，并增加了一種新控制器的替代產(chǎn)品，并增加了一種新的工作模式的工作模式PeliCAN 。獨立的。獨立的CAN控制器控制器SJA1000總是位于微型控制器總是位于微型控制器和收發(fā)器之間和收發(fā)器之間。2.4 CAN主要部件的結(jié)構(gòu)和原理主要部件的結(jié)構(gòu)和原理 BasicCA

53、N模式模式和和PCA82C200PCA82C200兼容。兼容。BasicCANBasicCAN模式是上電后默認的操作模式是上電后默認的操作模式，因此用模式，因此用PCA82C200PCA82C200開發(fā)的已有硬件和軟件，可以開發(fā)的已有硬件和軟件，可以直接在直接在SJA1000SJA1000上使用而不用作任何修改。上使用而不用作任何修改。PeliCAN模式模式是新的操作模式。它能夠處理所有是新的操作模式。它能夠處理所有CAN2.0BCAN2.0B規(guī)范的幀類規(guī)范的幀類型，并提供一些增強功能，使型，并提供一些增強功能，使SJA1000SJA1000能應(yīng)用于更寬的能應(yīng)用于更寬的領(lǐng)域。領(lǐng)域。2.4 CA

54、N主要部件的結(jié)構(gòu)和原理主要部件的結(jié)構(gòu)和原理 SJA1000的基本特性的基本特性F和和PCA82C200 獨立獨立CAN 控制器引腳兼容控制器引腳兼容F和和PCA82C200 獨立獨立CAN 控制器電氣兼容控制器電氣兼容F擴展的接收緩沖器擴展的接收緩沖器64 字節(jié)先進先出字節(jié)先進先出FIFOF同時支持同時支持11 位和位和29 位識別碼位識別碼F位速率可達位速率可達1Mbits/sF另外還具備另外還具備PeliCAN 模式的擴展功能模式的擴展功能2.4 CAN主要部件的結(jié)構(gòu)和原理主要部件的結(jié)構(gòu)和原理 SJA1000的封裝與管腳定義的封裝與管腳定義2.4 CAN主要部件的結(jié)構(gòu)和原理主要部件的結(jié)構(gòu)和

55、原理 SJA1000組成及各部分功能組成及各部分功能FCAN核心模塊核心模塊 F接口管理邏輯接口管理邏輯F 發(fā)送緩沖器發(fā)送緩沖器/接收緩沖器接收緩沖器F 驗收濾波器驗收濾波器F 位流處理器位流處理器F 位時序邏輯位時序邏輯F 錯誤管理邏輯錯誤管理邏輯 2.4 CAN主要部件的結(jié)構(gòu)和原理主要部件的結(jié)構(gòu)和原理 F 接口管理邏輯（接口管理邏輯（IML） 接口管理邏輯負責同外部主控制器的接口管理邏輯負責同外部主控制器的接口。該單元中的每一個寄存器都可接口。該單元中的每一個寄存器都可由主控制器通過由主控制器通過SJA1000的地址的地址/數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)總線訪問。總線訪問。2.4 CAN主要部件的結(jié)構(gòu)和原理主要

56、部件的結(jié)構(gòu)和原理 F發(fā)送緩沖器（發(fā)送緩沖器（TXB） SJA1000 的發(fā)送緩沖器存儲要在的發(fā)送緩沖器存儲要在CAN 總線上發(fā)總線上發(fā)送的數(shù)據(jù)，它能夠存儲一個完整的信息幀（擴展送的數(shù)據(jù)，它能夠存儲一個完整的信息幀（擴展的或標準的），主控制器可直接將標識符和數(shù)據(jù)的或標準的），主控制器可直接將標識符和數(shù)據(jù)送入發(fā)送緩沖區(qū)，然后置位命令寄存器（送入發(fā)送緩沖區(qū)，然后置位命令寄存器（CMR）中的發(fā)送請求位中的發(fā)送請求位TR，啟動，啟動CAN核心模塊讀取發(fā)核心模塊讀取發(fā)送緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)，按照送緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)，按照CAN協(xié)議封裝成完整的協(xié)議封裝成完整的CAN信息幀，通過收發(fā)器發(fā)往總線。信息幀，通過收發(fā)器發(fā)往總

57、線。2.4 CAN主要部件的結(jié)構(gòu)和原理主要部件的結(jié)構(gòu)和原理 發(fā)送緩沖器被分為發(fā)送緩沖器被分為描述符區(qū)和數(shù)據(jù)區(qū)描述符區(qū)和數(shù)據(jù)區(qū)，描述符區(qū)的第一，描述符區(qū)的第一個字節(jié)是幀信息字個字節(jié)是幀信息字節(jié)（幀信息），它節(jié)（幀信息），它說明了幀格式（說明了幀格式（SFF 或或EFF）、）、 遠遠程或數(shù)據(jù)幀以及數(shù)程或數(shù)據(jù)幀以及數(shù)據(jù)長度。據(jù)長度。2.4 CAN主要部件的結(jié)構(gòu)和原理主要部件的結(jié)構(gòu)和原理 接收緩沖器（接收緩沖器（RXB， RXFIFO ） 從從CAN 總線上收到的數(shù)據(jù)被存儲在總線上收到的數(shù)據(jù)被存儲在SJA1000 的存儲區(qū)，這個存儲區(qū)叫接收緩沖器。它是驗的存儲區(qū)，這個存儲區(qū)叫接收緩沖器。它是驗收濾波器和收濾波器和CPU之間的接口，用來儲存從之間的接口，用來儲存從CAN 總線上接收的信息。接收緩沖器（總線上接收的信息。接收緩沖器（RXB，13 個個字節(jié)）作為接收字節(jié)）作為接收FIFO （RXFIFO 長長64字節(jié)）的字節(jié)）的一個窗口可被一個窗口可被CPU 訪問。訪問。2.4 CAN主要部件的結(jié)構(gòu)和原理主要部件的結(jié)構(gòu)和原理 2.4 CAN主要部件的結(jié)構(gòu)和原理主要部件的結(jié)構(gòu)和原理 驗收濾波器（驗收濾波器（ACF） 完成接收信息的濾波，驗收濾波器把它其中的數(shù)完成接收信息的濾波，驗收濾波器把它其中的數(shù)據(jù)和接收的識別碼的內(nèi)容相比較以決定是否接收信據(jù)和接收的識別碼的內(nèi)容相比較以決定是否