基于CAN總線協議的車載網絡基于TTCAN總線協議的網絡基于FlexRay總線協議的網絡車載網絡測試技術議題基于CAN總線協議的車載網絡Controller（控制器）Area（局域）Network（網絡）CANBus-控制器局域網絡總線CAN總線系統-歷史歷史:CAN是由Bosch和Intel在八十年代末開發,用于連接客車和卡車ECU的標準化的總線系統。CAN2.0標準在1991年發布，迄今沿用。在1992年首先應用在MercedesS-系列車中(連接發動機和變速箱ECU)。1993年CAN成為國際標準ISO11898(高速應用)和ISO11519（低速應用）。如今CAN總線在自動化領域中作為現場總線普遍使用。CAN總線系統-基礎概念數據總線:各個節點間進行數據通信的通道，即所謂的信息高速公路。多路傳輸:在同一個通道上或線路上同時進行多條信息的傳輸。CAN總線使用的“時分多路傳輸”CAN總線系統-基礎概念位速率:指總線的通信傳輸速率，單位是位/秒(bit/s)。在CAN總線中一般用的單位是kbit/s。注意:CAN總線的最高位速率和通信距離相關。CAN總線組成數據傳輸線數據傳輸終端數據傳輸終端通信節點通信節點CAN總線組成-硬件（導線）傳輸線:兩條導線分別叫CAN-High和CAN-Low線，或者簡稱CAN-H和CAN-L，扭絞在一起形成雙絞線。+1V-1V外界的干擾同時作用于兩根導線產生的電磁波輻射相互抵消~0VCAN-Bus的差分電壓傳輸線采用雙絞線，其絞距為20mm，截面積為0.35mm2或0.5mm2。修理時不能有大于50mm的線段不絞合。8CAN總線組成-硬件（導線信號）CAN-H的高電平為：3.5伏CAN-H的低電平為：2.6伏CAN-L的高電平為:2.4伏CAN-L的低電平為：1.5伏邏輯“1”:CAN-H=2.6V CAN-L=2.4V電壓差=2.6V-2.4V=0.2V邏輯“0”：CAN-H=3.5V CAN-L=1.5V電壓差=3.5V-1.5=2.0V驅動性CAN總線電壓信號（大眾）9CAN總線組成-硬件（導線信號）10差分傳輸具有很強的抗干擾能力CAN總線組成-硬件（導線信號）由于CAN-H線和CAN-L線是緊密的放置在一起的，所以干擾脈沖X就總是有規律地同時作用在兩條線上。11CAN總線組成-硬件（數據傳輸終端）數據傳輸線數據傳輸終端數據傳輸終端通信節點通信節點數據傳輸終端實際上就是兩個阻抗為120歐姆的電阻，也稱為終端電阻?？偩€上的總阻抗大概是60-70歐姆左右。終端電阻的大小和傳輸線相關。12CAN總線組成-硬件（數據傳輸終端）數據傳輸終端作用：正確匹配的波形，保證傳輸信號不發生變形，保證通信的順利進行。CAN總線組成-硬件（分支線）數據傳輸線數據傳輸終端數據傳輸終端通信節點通信節點分支線的長度不能太長，一般不要超過6M14CAN總線組成-硬件（通信節點）數據傳輸線數據傳輸終端數據傳輸終端通信節點通信節點通信節點：總線上數據通信的發起者和接受者。在汽車上CAN總線的通信節點一般是各種電腦，例如：發動機控制電腦、電機控制器電腦、電池管理系統電腦、自動變速器電腦、ESP電腦、燈光組合開關電腦、儀表電腦等15傳感器執行元件模塊控制器CAN控制器CAN收發器TXRX汽車電腦CAN總線組成-硬件（通信節點）傳感器執行元件模塊控制器CAN控制器CAN收發器TXRX汽車電腦CAN-HCAN-L16傳感器執行元件模塊控制器CAN控制器CAN收發器TXRXCAN總線組成-硬件（通信節點）傳感器執行元件模塊控制器CAN控制器CAN收發器TXRX17CAN總線組成-軟件軟件：就是通信規則，我們也稱為通信協議。例如：規定通信的速度是多快，規定通信的格式，規定通信的優先級等等。18CAN總線組成-軟件（多主通信）所有控制單元都具有相同的條件，即每一個節點的權利相同都能占用總線（發送和接收）。SG1電機控制單元發送/接收SG2電池管理單元SG3發動機控制單元SG4變速箱控制單元CAN-Bus發送/接收發送/接收發送/接收19CAN總線組成-軟件（廣播通信）總線上的所有模塊都能接受到發送模塊發送的信息。20CAN總線組成-軟件（廣播通信）總線上的所有模塊都能接受到發送模塊送發送的信息。CAN總線組成-軟件（幀結構）標示符I仲裁域12控制域6數據域8<N<64CRC校驗域15結束域70000111111111CAN總線組成-軟件（優先級）自動箱控制單元ABS控制單元發動機控制單元優先權？DatabuswiresCAN總線組成-軟件（仲裁功能）仲裁丟失：仲裁期間，每一個發送器都對發送位的電平與被監控的總線電平進行比較。如果電平相同，則這個單元可以繼續發送。如果發送的是邏輯電平“1”而監視的是邏輯電平“0”，那么單元就失去了仲裁，必須退出發送狀態。仲裁功能：如果2個或2個以上的單元同時開始傳送報文，那么就會有總線訪問沖突，仲裁的機制確保了報文和時間均不損失，保證高優先級數據的順利傳輸。CAN總線組成-軟件（仲裁功能）CAN總線組成-軟件（仲裁功能）ABS/EDS控制單元

發動機控制單元

自動變速器控制單元數據總線－線路低位高位發動機控制單元發送失敗自動變速器控制單元發送失敗標識符越小優先級越高，標識符為“0000000000”的數據報文是所有可能出現的報文中優先級最高的。CAN總線組成-軟件（數據類型）數據類型數據幀過載幀遠程幀錯誤幀CAN總線組成-軟件（數據類型）數據幀：數據幀將數據從發送器傳輸到接收器。遠程幀：總線單元發出遠程幀，請求發送具有同一標識符的數據幀。CAN總線組成-軟件（數據類型）錯誤幀：數據幀將數據從發送器傳輸到接收器。過載幀：過載幀用于在先行和后續數據幀（或遠程幀）之間提供一附加的延時。CAN總線組成-軟件（錯誤重傳）錯誤重傳功能：當某一通信節點發送一個數據幀之后，它必須接受到一個應答信號，才認為發送已經成功，否則該通訊節點重發該數據幀。目的：在存在干擾的情況下，盡可能的保證通訊能夠成功。CAN總線組成-軟件（錯誤斷開）錯誤斷開功能：當某一通信節點出現一定次數的通信錯誤后，能主動從總線上退出。相當于該節點從物理上同總線斷開連接。目的：防止通信出錯的節點對總線上其它節點的產生影響，保證總線上剩下的節點能正常通信。CAN總線-應用目前世界上絕大多數汽車制造廠商都采用CAN總線來實現汽車內部控制系統之間的數據通信。CAN總線-應用CAN總線為什么在汽車上得到了如此廣泛的應用呢？CAN總線-優點在該例中，共需要5條數據線進行數據傳遞，也就是說，每項信息都需要一個獨立的數據線。面臨問題：如果傳遞信號項目多，還需要更多的信號傳輸線，這樣會導致電控單元針腳數增加、線路復雜、故障率增多及維修困難。CAN總線-優點各控制單元之間的所有信息都通過兩根數據線進行交換——CAN數據總線通過該種數據傳遞形式，所有的信息，不管控制單元的多少和信息容量的大小，都可以通過這兩條數據線進行傳遞，能大規模的減少系統的復雜性。CAN總線-優點CAN總線-優點（1）利用最少的傳感器信號線來傳遞多用途的傳感信號。（2）電控單元和電控單元插腳最小化應用，節省有限空間。（3）線束與接頭更少，故障率低，檢修方便，系統穩定性高。（4）如果系統需要增加新的功能，僅需軟件升級即可。（5）各電控單元的監測器對所連接的CAN總線進行實時監測。通過控制單元和輔助安全措施對傳遞信息的持續檢查，可以達到最低的故障率。（6）CAN數據總線符合國際標準，以便于一輛車上不同廠家的電控單元間進行數據交換。奧迪A8車載網絡驅動CAN車距調節CAN舒適CAN儀表CAN診斷CANCAN總線-應用實例CAN總線-應用實例混合動力電動汽車CAN網絡五洲龍FDG6111HEVG2混合動力客車CAN總線-應用實例一種低成本純電動汽車CAN網絡電動汽車CAN總線技術電動汽車車載網絡中的電子設備主要包括：車載顯示單元（DCU）、車身控制模塊（BCM）、電池組管理系統（BMS）、電機控制單元（ISU）等。根據觸發條件的不同，CAN網絡中傳輸的信號可以分為事件型、周期型、混合型3種傳輸模式。電動汽車的信號量遠遠大于傳統汽車，雖然總線上信號量較多，但是可以按照發送的性質將其分為兩類：突發性數據和周期性數據，而不同性質的CAN信號用不同的接收方式保證其可靠性和實時性。7.6.5電動汽車網絡信號周期性信號：電池組管理系統（BMS）、電機控制單元（ISU）等模塊中的信號大多為周期性傳遞的，信號傳遞速度快，從接收到處理完成的時間間隔需要盡可能的小，不能超過信號的發送周期，如果不能及時處理信號的情況發生則很可能造成數據堵塞，甚至可能會影響動力系統的控制性能。突發性信號：車載顯示單元（DCU）、車身控制模塊（BCM）、智能空調模塊（HVAC）等模塊發送的信號多為突發性信號。這些信號多為一些按鍵數據和對一些開關量的控制，特點是信號發送頻率不固定且對數據到達的先后順序沒有特別的要求。電動汽車CAN總線技術電動汽車的車載電子設備有兩種不同性質的CAN總線數據流，因此合理的網絡結構可以減少微處理器（MCU）的負載、提高控制系統的性能；反之，不合理的網絡結構會加大MCU的負載，降低系統性能，甚至造成CAN報文丟失，影響控制精度。為此可將信息交換比較密集并且具有相同數據性質的ECU放在一個子網中，即采用雙子網結構，不僅滿足了電動汽車的設計要求，同時成本低、易實現。然后，根據各子網控制系統的要求確定每個子網的CAN總線通信速率，根據通信速率采用合適的總線控制器，兩個子網之間通過網關連接實現信息共享。電動汽車CAN總線技術電動汽車基本網絡拓撲結構如圖所示。

電動汽車CAN總線技術CAN總線系統-網關由于電壓電平和通信速度不同，所以在CAN驅動總線和CAN舒適總線之間無法直接通信。

需要在這兩個系統之間能完成一個轉換。這個轉換過程是通過所謂的網關來實現的。根據車輛的不同網關可能安裝在組合儀表內或者其他電腦單元內。由于通過CAN數據總線的所有信息都供網關使用，所以網關也用作診斷接口。CAN1網關CAN2CAN總線系統-網關分析過程：驅動CAN-L（綠線）和CAN-H的波形交替出現結論：驅動CAN–L和CAN-H短路CAN總線-波形分析（驅動CAN總線）分析過程：波形基本正常，但是驅動CAN-L和CAN-H波形的尖峰出現了明顯的過沖現象。結論：終端電阻適配CAN總線-波形分析（驅動CAN總線）基于TTCAN總線協議的網絡TTCAN是基于傳統CAN總線的一種高層協議,其通信是基于時間觸發的,因而適用于安全相關的場合，已被采納為國際標準ISO118984TTCAN總線出現的背景CAN的開發與應用成本較高CAN是事件觸發協議，當許多消息同時要求發送時，競爭結果使低優先級消息發送的時間推后很多，甚至不能滿足其時限的要求。為了使低優先級消息發送時間減少，不得不修改消息的優先級分配，這種變化增加了維修、管理的成本。由于系統中消息量與種類的變化，消息的送達時間會變化，又增加了認證和驗證的工作量和成本。在開發新功能方面，也受到消息優先級設置上的相互影響，不易單獨推進。CAN達不到線控技術的要求線控技術可能簡化汽車的結構、降低成本、提高控制能力，是一個重要發展的方向。但要達到與原來機械—液壓系統同樣的可靠性，需要通信系統有更高的確定性與冗余度。CAN達不到這一確定性要求，所以要改進。當然，新的協議不能在性能上比CAN還差。TTCAN總線出現的背景通過時間觸發協議，使消息在調度好的時間片內發送，可以消除總線的爭用，消息傳送的確定性得到了保證，總線的利用率也得到了提高。由于一部分消息不具有周期性質，需要提供合理的帶寬與時隙分布。幾乎同時出現的還有其他時間觸發協議，早一點的有TTP/C,晚一點的有FTTCAN、FlexRay等。它們都是在特定時隙指定周期性消息或事件消息的傳送，細節上雖有區別，但沒有根本的區別。與其他協議比較，TTCAN的優點是它用現有的CAN芯片就可以實現，因此價格便宜。這些經濟上的考慮是TTCAN出現的直接推動力量。TTCAN的缺點與問題（1）TTCAN與CAN是不兼容的TTCAN要求獨占窗，因此它不能和CAN混合使用在一個系統中。帶CAN通信口的ECU不受TTCAN的約束，可在任意時刻發送，就有可能在總線空閑時爭得發送權，使TTCAN的調度發送完全失效。汽車廠在采用TTCAN時必須將所有要用到的ECU都改為用TTCAN的方式，這就要重新認證和驗證所有的ECU，涉及大的工作量和投資。如果用網關將CAN的ECU過渡到TTCAN網，其成本的增加更大，只具有實驗意義。（2）TTCAN在惡劣環境下誤幀太多TTCAN要回避這個問題，就要求更完善的抗干擾措施，這意味著成本的提高。TTCAN的缺點與問題（3）由預留ErrorFrame幀引起的開銷大TTCAN沒有禁止ErrorFrame，由于錯誤可能出現在任何時間，就可能發生在幀的最后處，每一個Slot都要預留ErrorFrame的時間，否則它會阻礙下一個Slot內消息的發送，這是很大的開銷，使TTCAN遠達不到設想的100%的總線利用率。假定最小的數據幀為1B數據，長為65位，而ErrorFrame為20位，那么這項開銷達到23.5%。（4）Slot用途不同造成時間利用率低由與TTCAN規定調度好的Cycle中的Slot劃分是一樣的，但可能的用途不同。不同的Cycle同一Slot里可能安排了長短不一的消息，此時對短幀來說，留下的時間就浪費了。（5）事件消息被阻塞的延遲可能性增大在TTCAN中，由于調度結果造成幾個連續的Slot都是獨占窗，此時事件消息要等待的時間很長，必須有特別的設計加以處理。TTCAN的缺點與問題（6）網絡內的時間同步要求較高用軟件來實現時就得留出時間以容許主從節點間的同步誤差，這就又減少了帶寬。如用Level2的硬件實現，就不可能馬上使成本低到與CAN一樣。實際上，置TTCAN于一種新的與CAN無關的總線的地位，要與其他總線作全面的比較，TTCAN就沒有其他總線好了。（7）丟幀處理兩難TTCAN在傳送出錯的情況下，不對本幀進行自動重發。在應用上要有所考慮?；蛘哂帽葘嶋H需要更多的發送，丟掉就算了的策略，這也會浪費帶寬；或者由應用層在仲裁窗組織重發，但這相當復雜。如用冗余的第2條總線，意味著成本的加倍。（8）仲裁窗的要求較難實現在仲裁窗判斷事件消息能否發完，然后控制事件消息的發送是不容易實現的。用軟件來實時處理來不及，又沒有現成的硬件。基于FlexRay總線協議的網絡FlexRay是一種用于汽車的高速、可確定性的，具備故障容錯能力的總線技術，它將事件觸發和時間觸發兩種方式相結合，具有高效的網絡利用率和系統靈活性特點，可以作為新一代汽車內部網絡的主干網絡。FlexRay是汽車工業的事實標準(factostandard)。FlexRay總線網絡發展歷程1999Daimler-Chrysler和BMW開始進行FlexRay研究2000FlexRay協會成立，成員包括BWM、Bosch、DaimlerChrysler、GM、Freescale、NXP、Vector等2001出現第一個收發器原型2002VW在美國的FlexRay大會上宣稱支持FlexRay汽車工業宣布將來使用FlexRay2003開始鑒定FlexRay用于x-by-wire系統的可行性2006FlexRay首次應用于量產車，作為數據主干網用在了BMWX5的懸架系統上FlexRay作為標準總線將用于x-by-wire系統（制動、轉向…）、其它安全關鍵領域（工業、航空…）和用作數據主干網（相比CAN總線有更高的帶寬）FlexRay的應用領域(1)x-by-wire安全關鍵應用(2)基于FlexRay的“數據主干網”，通過網關與其它總線相連，如CAN、LIN、MOST(3)需要在不同ECU間進行交叉計算的分布式控制系統，比如動力系統和底盤系統FlexRay的技術特點FlexRay可以應用在無源總線和星形網絡拓撲結構中，也可以應用在兩者的組合拓撲結構中。這兩種拓撲均支持雙通道ECU，這種ECU集成多個系統級功能，以節約生產成本并降低復雜性。雙通道架構提供冗余功能，并使可用帶寬翻了一番。每個通道的最大數據傳輸率達到10Mbps。無源總線拓撲的主要優勢在于，采用設計工程師熟悉的汽車網絡架構，因而有效控制成本。在需要更高帶寬、更短延遲時間或確定性行為，而同時容錯功能并非必需的情況下，這種無源總線拓撲非常有用。典型的應用領域就是直接替換CAN以滿足帶寬要求。FlexRay產品開發進程經過數年的改進，FlexRay網絡標準已經成熟，系統開發商可以在新一代汽車中應用該標準。富士通已開發出了帶有FlexRayIP的開發系統和微控制器。下圖展示了該開發進程的路線圖。FlexRay產品FlexRay套件(SK-91F467-FLEXRAY)可確保設計者評估富士通獨立的FlexRay控制器(MB88121A)以及富士通的32位閃存微控制器MB91F467DA。該套件包括DECOMSYS::COMMSTACK驅動庫，可確保毫無困難地接入FlexRay通信控制器MB88121A。該套件包括以下幾部分：1.32位閃存微控制器MB91F467DA2.FlexRay應用標準型產品MB88121A3.兩個FlexRay信道(信道A,信道B)4.FlexRay板上物理層RS4855.供TZM的PL模塊使用的FlexRay物理層插件(FT1080)6.32Mbit板上靜態隨機存儲器7.三個高速CAN接口8.三個通用異步接收/發送裝置(UART)(可配置RS232或LIN模式)9.供用戶使用的96針/48針連接器(DIN41612)上的外部總線接10.FlexRayCD上的應用例子11.CD上的SoftuneWorkbench開發環12.DECOMSYS工具鏈示范AS8224FlexRay總線ActiveStar器件和收發器具有嵌入式比特整形器的AS8224是一個ActiveStar器件，符合FlexRay電氣物理層規范V2.1RevB，可用作有源集線器，包括4個FlexRay分支、通信控制器接口和Interstar接口。信息轉發是通過這六個通信路徑實現的。優化的Interstar接口組合使用信號處理函數，可使所連接的兩個以上AS8224器件類似于單個器件的時序特性。AS8221FlexRay標準收發器具有可選的監控電路（例如總線監控），在安全關鍵型應用中，當發生故障時可以使控制單元與通信網絡脫離，以保證其余網絡的通信。車用總線匯總LINTTPCANTT-CANIDBMOSTFLEXRARByteflight幾種總線的傳輸速率對比TTCAN和FlexRay總線的應用X-By-Wire系統線控轉向線控制動線控懸架線控油門線控離合車載網絡測試技術車載網絡測試滿足的要求：需考慮適應現行各類車用總線系統LIN總線系統CAN總線系統FlexRay總線系統需具有故障注入功能物理層故障：信號通斷、信號對地短路、信號線兩兩短路、信號串行阻抗控制和信號并行阻抗控制等；電氣層故障：共模幅度調整、電壓閾值調整、占空比調節、上升沿/下降沿斜率調整和信號延時等；協議層故障：實現基于總線協議，對不同的總線接口和信號接口產生自身的協議層故障,對特定含義的數據進行替換。豐富的數據觀察界面，通過軟件示波器，可以在遠程計算機上實時觀察當前的線路波形。同時也可以將數據保存，用于后續對數據進行回放和分析。車載網絡測試技術CAN總線測試可以分為單節點測試和總線系統集成測試兩部分。在系統集成之前，需要對單個節點設備進行測試，用以確定節點工作正確并且不會干擾總線的正常通訊。總線系統集成測試則是將各個節點都連接形成完整的CAN網絡，對集成后的系統進行測試以驗證整個系統運行的完整性和正確性、系統的通訊魯棒性、電器魯棒性以及系統的容錯自恢復功能等。車載網絡測試技術物理層測試驗證CAN節點及CAN總線網絡在電路設計、物理電平特性等方面的性能，保證節點能夠正確連接入總線。數據鏈路層測試測試單個節點的數據鏈路層參數，確保CAN網絡集成后總線通信性能的一致性。應用層測試包括應用層協議的測試、網絡管理功能測試和故障診斷測試等方面的內容。通過此測試檢測每個CAN節點是否按照系統的CAN總線通信規范實現了應用層協議，是否實現了相應的診斷功能，以及CAN網絡集成后的網絡管理功能是否達到了要求。車載網絡測試技術CAN總線測試系統：單元測試車載網絡測試技術CAN總線測試系統：網絡集成測試網絡測試必須先進行單元測試，然后才是系統集成測試。單元測試單元測試中只有一個被測設備(UUT)。單節點的物理層測試主要目的是驗證節點在電路設計、物理電平特性等方面的性能，這是保證節點能夠正確連接入總線的基礎。測試項目主要包括節點的電阻電容特性、節點差分電阻、總線終端電阻、CAN線上的物理電平特性等方面。數據鏈路層測試則包括了位定時測試、采樣點測試等內容，該測試內容主要用以保證各個節點的通訊參數能夠保持一致性，在組成網絡時能夠正常有效的工作。單節點應用層測試則包括了上層應用協議的測試、網絡管理功能的測試、故障診斷測試和功能測試等方面的內容。主要包括：數據庫使用正確性測試、通訊周期準確性測試、節點休眠喚醒功能測試、網絡管理功能測試、網關測試、錯誤幀頻率測試、電壓影響測試、總線物理故障測試、節點故障自恢復能力測試、通訊失敗的故障診斷功能測試等。CAN總線集成測試在單個節點測試通過后，需要將所有節點連入網絡，進行CAN總線系統集成測試，測試集成后的網絡性能。集成測試包含了更多的物理層和數據鏈路層測試