分布式總線技術(shù)的基本原理及協(xié)議分析(20160411)

1、第三章分布式總線技術(shù)的基本原理及協(xié)議分析當(dāng)前的汽車電子技術(shù)可分為四大類，即發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)、車輛傳動(dòng)電控系統(tǒng)、車內(nèi)電控系統(tǒng)和數(shù)據(jù)傳遞系統(tǒng)田。在不同的汽車電子控制系統(tǒng)中，針對(duì)不同的設(shè)備控制都需要有一套相匹配的電子控制單元(ECU)，當(dāng)這些電子控制單元采用分布式設(shè)計(jì)進(jìn)行管理信息傳遞時(shí)，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)共享數(shù)據(jù)，可以大大減少控制系統(tǒng)所需傳感器的數(shù)量，從而降低車輛的研發(fā)、生產(chǎn)成本。電子控制系統(tǒng)之間的信息與數(shù)據(jù)交換主要是通過專門的通訊線路來(lái)完成的。傳統(tǒng)的通訊線路只是單線的傳遞而多路復(fù)用分布式總線網(wǎng)絡(luò)，則布置了一個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)，有效的將所有的車載電氣系統(tǒng)組合在一起。目前車企中常用的底層車輛通信協(xié)議協(xié)議以CAN為主，而

2、上層協(xié)議則根據(jù)企業(yè)的不同、應(yīng)用車型定位的不同而不同，常見的上層協(xié)議有SAEJ1939、OSEK等ii電子技術(shù)、信息技術(shù)高速發(fā)展的今天，汽車電子技術(shù)也在突飛猛進(jìn)的發(fā)展，目前可分為四大類技術(shù)：1、車輛傳動(dòng)電控系統(tǒng)。2、發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)。3、數(shù)據(jù)傳遞系統(tǒng)。4、車內(nèi)電控系統(tǒng)。每一種汽車電子控制系統(tǒng)，都針對(duì)不同的設(shè)備控制系統(tǒng)，有自己相應(yīng)的一套電子控制單元(ECU)，如果這些電子控制單元使用了分布式的設(shè)計(jì)，來(lái)對(duì)控制信號(hào)在各設(shè)備間進(jìn)行傳輸時(shí)，數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)共享就成為可能。這樣就大大降低了控制系統(tǒng)對(duì)傳感器數(shù)量的依賴，進(jìn)而也降低了汽車研發(fā)、生產(chǎn)環(huán)節(jié)的成本。電子控制系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳遞和信息控制一般是經(jīng)過相應(yīng)的數(shù)據(jù)通訊傳

3、輸線路來(lái)進(jìn)行的。原有的通訊線路只是單線的傳遞，而多路復(fù)用分布式總線網(wǎng)絡(luò)，則布置了一個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)，有效的將所有的車載電氣系統(tǒng)組合在一起。目前車企中常用的車輛底層通信協(xié)議，以CAN最常見，上層的通信協(xié)議會(huì)根據(jù)車企不同、車型的功能定位不同，而有所差異。一般多見的上層通信協(xié)議有SAEJ1939、OSEK等iii。現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)是一種公開性、數(shù)字化、多接點(diǎn)通信的控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，是現(xiàn)場(chǎng)智能設(shè)備之間通信、信號(hào)傳遞的聯(lián)系紐帶，將各種所需智能設(shè)備掛接在總線網(wǎng)絡(luò)上作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，使之連接成一種網(wǎng)絡(luò)互連結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步構(gòu)成自動(dòng)化控制設(shè)備網(wǎng)絡(luò)它糅合了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)等不同方向的技術(shù)發(fā)展，是高度知識(shí)綜合與技術(shù)

4、集成的產(chǎn)物，是通信網(wǎng)絡(luò)一種開放式和分布式的新模式。現(xiàn)在的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在傳統(tǒng)的測(cè)量、傳感、控制電器設(shè)備中加入了專門用于數(shù)字計(jì)算和數(shù)字通信的微處理器，利用雙絞線、電纜和光纖等通信傳輸介質(zhì)將幾個(gè)這種自動(dòng)化的控制設(shè)備網(wǎng)絡(luò)，是將計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、通信技術(shù)的綜合運(yùn)用，而形成的一種新的技術(shù)集成的產(chǎn)物。使通信網(wǎng)絡(luò)具有開放式和分布式兼顧的新的技術(shù)。目前現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在傳統(tǒng)的測(cè)量、傳感、控制電器設(shè)備中加入了專門用于數(shù)字化通信與數(shù)字化計(jì)算的運(yùn)算處理器，通過電路線路和數(shù)字通信線路(電路線路一般用普通電纜；數(shù)字傳輸線路一般使用同軸電纜、雙絞線、光纖等)等數(shù)字信號(hào)通信介質(zhì)把幾個(gè)甚至十幾個(gè)電氣傳感控制設(shè)備組成網(wǎng)絡(luò)

5、系統(tǒng)，依據(jù)不同行業(yè)、不同應(yīng)用的不同通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，運(yùn)用于實(shí)際生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)智能測(cè)量設(shè)備之間通信的系統(tǒng)訶。§3.1CAN協(xié)議分析§3.1.1CAN總線概述目前流行的現(xiàn)場(chǎng)總線中，技術(shù)最為成熟、應(yīng)用領(lǐng)域最廣的一種就是控制器局域網(wǎng)CAN(ControllerArearNetwork)總線，從傳輸方式上來(lái)說(shuō)，它是一種串行通信網(wǎng)絡(luò)，能夠有效的支持車內(nèi)電子設(shè)備的分布式控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)。CAN總線被廣泛應(yīng)用于很多領(lǐng)域跟行業(yè)，一個(gè)重要的原因就是因?yàn)樗母咝阅?、高可靠性以及?dú)特的設(shè)計(jì)等特點(diǎn)。ISO根據(jù)該總線的網(wǎng)絡(luò)規(guī)范制定出了國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO11898，使其推廣成為國(guó)際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)。在汽車

6、電子行業(yè)中，CAN常常被用于微控制器的通訊，用于交換車載電子控制設(shè)備與ECU之間的信息數(shù)據(jù),構(gòu)成了一個(gè)完整的汽車電子控制網(wǎng)絡(luò)。比如：發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)、車載儀表系統(tǒng)、變速箱控制系統(tǒng)中，均嵌入CAN控制系統(tǒng)v。該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)下的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議制定出了ISO11898標(biāo)準(zhǔn)，成就其為國(guó)際上使用最為廣泛的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)。在汽車電子行業(yè)中，CAN常常被用于微控制器的數(shù)字傳輸，應(yīng)用于ECU和車載電子控制設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換和信息傳輸。構(gòu)建了一個(gè)相對(duì)全面的汽車電子控制網(wǎng)絡(luò)。例如車載儀表系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)管理模塊、變速箱控制模塊中均嵌入CAN控制系統(tǒng)v。一個(gè)由CAN總線構(gòu)成的單一控制網(wǎng)絡(luò)中，理論上可以連接無(wú)數(shù)個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。但是在實(shí)際研

7、發(fā)過程中，網(wǎng)絡(luò)掛載節(jié)點(diǎn)數(shù)目受到硬件設(shè)備的電氣特性所限制，例如，CAN總線結(jié)構(gòu)的單一控制網(wǎng)絡(luò)里面，理論上可以無(wú)限制的在上面連接網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，但在實(shí)際的實(shí)驗(yàn)過程中，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的負(fù)載數(shù)量會(huì)受到硬件的電氣性能的制約，比如本項(xiàng)目中所使用NXP公司TJA1040CAN收發(fā)器芯片，技術(shù)手冊(cè)顯示同一網(wǎng)絡(luò)中最多可以連接110個(gè)以內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。并且CAN總線最高報(bào)文傳輸速率可達(dá)1Mbps,保證了系統(tǒng)控制信息傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性。ISO在1993年依照CAN總線規(guī)范，按照傳輸速度分別制訂了國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)：基于高速應(yīng)用的ISO11898和基于低速應(yīng)用的ISO11519。CAN總線網(wǎng)絡(luò)利用多主的節(jié)點(diǎn)方式通過串行線路進(jìn)行傳輸，其基本網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

8、規(guī)范要求，設(shè)計(jì)后的傳輸網(wǎng)絡(luò)應(yīng)具有較高的位傳輸速率和抗電磁干擾性，并且能夠及時(shí)準(zhǔn)確的檢測(cè)出網(wǎng)絡(luò)傳輸過程中產(chǎn)生的各種錯(cuò)誤。規(guī)范要求，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)節(jié)點(diǎn)間傳輸距離達(dá)到10km時(shí),CAN總線仍能提供至少50kbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率。由于CAN總線信息傳輸所具有的實(shí)時(shí)性能，CAN總線網(wǎng)絡(luò)己經(jīng)在汽車工業(yè)、航空工業(yè)、工業(yè)控制、安全防護(hù)等根據(jù)這個(gè)要求設(shè)計(jì)出來(lái)的網(wǎng)絡(luò)傳輸拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)應(yīng)該有很高的傳輸速率和很低的電磁干擾，還能夠很快通過各種校驗(yàn)方法檢測(cè)出很多信號(hào)噪音和傳輸錯(cuò)誤。協(xié)議規(guī)定，網(wǎng)絡(luò)信號(hào)節(jié)點(diǎn)之間的傳輸距離到達(dá)10KM的時(shí)候,CAN總線結(jié)構(gòu)還能夠達(dá)到50k比特每秒的數(shù)據(jù)傳輸速率。因?yàn)镃AN總線協(xié)議下的數(shù)字傳輸具有實(shí)

9、時(shí)性和快速校驗(yàn)的能力，這種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)已經(jīng)廣泛的應(yīng)用到了安全和防護(hù)行業(yè)、工業(yè)控制、航空汽車工業(yè)等對(duì)信息傳遞時(shí)效性要求很高的領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用可。CAN總線網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)模型與開放系統(tǒng)互連模型(OSI)致。每個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)備的某層只與另一需通信的節(jié)電設(shè)備的同一層進(jìn)行通訊傳輸,節(jié)點(diǎn)設(shè)備利用物理網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)通過物理層進(jìn)行互連。表3-1展示了OSI開放式互連模型的各層，可由此模型得到CAN總線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型各層的功能CAN通訊協(xié)議詳細(xì)描述了節(jié)電設(shè)備之間的信息數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞?，并定義了結(jié)構(gòu)模型的最底的兩層：數(shù)據(jù)鏈路層和物理層。而應(yīng)用層協(xié)議在CAN協(xié)議里詳細(xì)的規(guī)定了設(shè)備節(jié)點(diǎn)間的數(shù)字傳輸方式，和傳輸協(xié)議最下面的兩層-物

10、理層和數(shù)據(jù)鏈路層。但應(yīng)用層可根據(jù)CAN網(wǎng)絡(luò)使用路徑的不同，由開發(fā)人員自行按照解決方案進(jìn)行定義。其中目前已在工業(yè)控制和制造業(yè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用的應(yīng)用層協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)是DeviceNet，按照產(chǎn)品的特性自由的對(duì)方案進(jìn)行個(gè)性化定義。這其中已經(jīng)在制造領(lǐng)域和工業(yè)控制領(lǐng)域有了大面積推廣和應(yīng)用的應(yīng)用層標(biāo)準(zhǔn)是該協(xié)議DeviceNet，是專門針對(duì)行業(yè)中PLC控制器與智能傳感器的傳輸所設(shè)計(jì)的。同樣在在汽車電子領(lǐng)域，眾多的汽車廠商與車載設(shè)備制造商都有自己的應(yīng)用層協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，但是因?yàn)镃AN網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)鏈路層與物理層是統(tǒng)一的，保證了CAN設(shè)備的通用性。CAN可利用多種多樣的物理網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)進(jìn)行傳輸，生產(chǎn)實(shí)際中常使用的傳輸導(dǎo)線有雙絞線、

11、同軸電纜或光纖等。CAN網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)下的物理網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)可用范圍非常廣泛，在實(shí)際的研發(fā)和使用過程當(dāng)中一般最常用的是超五類雙絞線、其次是同軸電纜和光纖。表3-1ISO/OSI開放系統(tǒng)互連模型應(yīng)用層頂層，用來(lái)交換用戶、軟件、網(wǎng)絡(luò)終端等之間的信息將兩個(gè)采用了不同埶據(jù)榕式的傳輸信息轉(zhuǎn)化芮標(biāo)淮格式方便理解會(huì)話層依靠低層的通信功能來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)的有效傳遞傳輸層控制通訊節(jié)點(diǎn)之間埶據(jù)傳輸M如：報(bào)文重發(fā)，幔復(fù)報(bào)文錯(cuò)俁岡絡(luò)層規(guī)定了總絨連接中所雷設(shè)定、維護(hù)和解階的協(xié)訕，如路由和尋址數(shù)據(jù)冊(cè)路層規(guī)定了數(shù)拐在介質(zhì)中傳輸討程中的位排列和組級(jí)物理層捌定信號(hào)傳謹(jǐn)媒介的物理特性，如電氣特性和信號(hào)轉(zhuǎn)換的搦廁應(yīng)用層在CAN規(guī)范的基礎(chǔ)上發(fā)展成為了

12、高層協(xié)議。眾多領(lǐng)域與行業(yè)均可以根據(jù)本行業(yè)的實(shí)際應(yīng)用情況，專門制定一個(gè)適合本行業(yè)的應(yīng)用層協(xié)議。但同時(shí)，這對(duì)于應(yīng)用行業(yè)與領(lǐng)域如此廣泛的CAN總線網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)，這種方法是不經(jīng)濟(jì)的。因此近年來(lái)，一些組織、設(shè)備生廠商、企業(yè)已經(jīng)在研究并公開了一部分的應(yīng)用層協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，極大推進(jìn)了CAN網(wǎng)絡(luò)的跨領(lǐng)域跨行業(yè)的綜合應(yīng)用。目前一些使用較廣泛的CAN高層協(xié)議有：CiACAL協(xié)議、CiACANOpen協(xié)議、ODVADeviceNet協(xié)議、HoneywellSIDS協(xié)議、KvaserCANKingdom協(xié)議vii。并沒有把利用率最大化。所以最近幾年，一些協(xié)議制訂組織、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備生產(chǎn)商等企業(yè)對(duì)應(yīng)用層的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了攻關(guān)并將部分研究

13、成果公布，最大限度的推動(dòng)CAN網(wǎng)絡(luò)的跨領(lǐng)域跨行業(yè)跨設(shè)備運(yùn)用。當(dāng)前一些使用比較廣泛的CAN高層協(xié)議分別是:CiACANOpen協(xié)議、ODVADeviceNet協(xié)議、HoneywellSIDS協(xié)議、CiACAL協(xié)議、KvaserCANKingdom協(xié)議viii。CAN具有開發(fā)成本低、傳輸距離長(zhǎng)(最遠(yuǎn)可傳輸10km)、總線網(wǎng)絡(luò)利用率高、可根據(jù)報(bào)文ID進(jìn)行識(shí)別、報(bào)文不包含源地址或目標(biāo)地址、可靠的錯(cuò)誤處理和檢錯(cuò)機(jī)制、數(shù)據(jù)損壞時(shí)可自動(dòng)重發(fā)、節(jié)點(diǎn)故障時(shí)自動(dòng)退出機(jī)制、數(shù)據(jù)傳輸速率快(高達(dá)IMbit/s)、僅用標(biāo)志符來(lái)指示功能信息以及優(yōu)先級(jí)信息分類等顯著的特點(diǎn)問。利用載波偵聽多路訪問(CarrierSenseM

14、ultipleAccess,CSMA)方式進(jìn)行訪問總線時(shí)，對(duì)傳輸在總線上的報(bào)文信息進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)總線處于空閑狀態(tài)時(shí)，才會(huì)允許發(fā)送ix。通過該策略，保證了當(dāng)多個(gè)節(jié)點(diǎn)掛接在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)時(shí)，當(dāng)監(jiān)控到報(bào)文信息沖突位時(shí)，所有網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)重置為監(jiān)聽總線狀態(tài)，直至沖突結(jié)束或者沖突時(shí)間已過，才會(huì)繼續(xù)發(fā)送報(bào)文。但是當(dāng)總線傳輸發(fā)生超載的情況下，這種技術(shù)可能會(huì)造成報(bào)文發(fā)送信號(hào)產(chǎn)生很多延遲。此時(shí)為了避免發(fā)送延時(shí)，可利用“載波偵聽多路訪問/沖突檢測(cè)(CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionDetect，CSMA/CD)”方式訪問總線x。這種技術(shù)訪問總線時(shí)，在總線上傳輸?shù)膱?bào)文進(jìn)行偵聽檢測(cè)，在

15、總線空閑時(shí)，會(huì)收到允許發(fā)送的指令xi。透過這個(gè)策略，保證實(shí)時(shí)的監(jiān)控有多個(gè)節(jié)點(diǎn)的總線網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)，實(shí)時(shí)偵聽總線上的報(bào)文信息是否有沖突只有當(dāng)沖突結(jié)束或者沖突超時(shí)，才能繼續(xù)發(fā)送報(bào)文。當(dāng)然這種總線傳輸也有發(fā)生堵塞和超載的情況，這種情況下總線會(huì)對(duì)報(bào)文發(fā)送信號(hào)產(chǎn)生過多的延遲。這時(shí)候?yàn)榱吮苊膺@種發(fā)送延遲，而CSMA/CD技術(shù)可以解決這種訪問總線時(shí)產(chǎn)生的延遲現(xiàn)象。當(dāng)有兩個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)備同時(shí)在總線上進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)，此時(shí)應(yīng)利用無(wú)損逐位仲裁的策如果兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的設(shè)備同一時(shí)間需要在總線上發(fā)送報(bào)文數(shù)據(jù)，就可以使用無(wú)損逐位仲裁的策略來(lái)判斷兩個(gè)節(jié)點(diǎn)所發(fā)送報(bào)文的優(yōu)先權(quán)，優(yōu)先發(fā)送具有高優(yōu)先權(quán)的報(bào)文。規(guī)范規(guī)定總線上所傳遞的每一條報(bào)文信息都具

16、有一個(gè)11位或29位數(shù)字的ID進(jìn)行一一對(duì)應(yīng)標(biāo)記，報(bào)文的有限去對(duì)應(yīng)于ID號(hào)的大小，有越高優(yōu)先權(quán)的報(bào)文對(duì)應(yīng)的ID號(hào)越小。另外，二進(jìn)制數(shù)0而不是二進(jìn)制數(shù)1決定了CAN的總線狀態(tài)，因此總線上最高優(yōu)先權(quán)的報(bào)文標(biāo)識(shí)符為全“0”xii?，F(xiàn)場(chǎng)總線規(guī)范規(guī)定，CAN總線上標(biāo)識(shí)符長(zhǎng)度分為兩種：標(biāo)準(zhǔn)格式標(biāo)識(shí)符長(zhǎng)度為11位，擴(kuò)展格式標(biāo)志符長(zhǎng)度為29位。2.0A版本的CAN協(xié)議中規(guī)定：總線網(wǎng)絡(luò)控制器標(biāo)識(shí)符長(zhǎng)度中必須為11位，即標(biāo)準(zhǔn)格式。但在改進(jìn)后的協(xié)議2.0B版本中規(guī)定，CAN總線網(wǎng)絡(luò)控制器的標(biāo)志符長(zhǎng)度可以是11位或29位，一是標(biāo)準(zhǔn)格式標(biāo)識(shí)符，長(zhǎng)度是11位。二是空賬額是標(biāo)識(shí)符，長(zhǎng)度是29位。而在2.0A的CAN協(xié)議中規(guī)定

17、，總線結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)控制器標(biāo)識(shí)符必須是11位。即標(biāo)準(zhǔn)格式。但后來(lái)改進(jìn)的協(xié)議2.0B版本中寫到，CAN總線網(wǎng)絡(luò)控制器的標(biāo)志符長(zhǎng)度，11位或29位都可以，即兼容標(biāo)準(zhǔn)格式與擴(kuò)展格式xiii1。因此，如果CAN總線控制器遵循CAN2.0B協(xié)議，則可以發(fā)送和接收兩種格式的標(biāo)識(shí)符。如果在控制器上禁止了CAN2.0B協(xié)議，則CAN控制器只能發(fā)送和接收標(biāo)準(zhǔn)格式標(biāo)識(shí)符的報(bào)文，而忽略擴(kuò)展格式的報(bào)文結(jié)構(gòu)，但此時(shí)對(duì)于報(bào)文傳輸不會(huì)出現(xiàn)大的影響。目前絕大部分公司生產(chǎn)的CAN控制器假使在網(wǎng)絡(luò)控制器上不能使用CAN2.0B，那么CAN的控制器就只能發(fā)送接收標(biāo)準(zhǔn)格式標(biāo)識(shí)符的報(bào)文信息，會(huì)忽視擴(kuò)展格式的報(bào)文結(jié)構(gòu)，但對(duì)于報(bào)文數(shù)字傳輸不會(huì)

18、發(fā)生太大的影響。當(dāng)前大部分生產(chǎn)企業(yè)的CAN控制器無(wú)論是獨(dú)立芯片還是集成于其他芯片腫的，均支持CAN2.0B協(xié)議，可發(fā)送、傳遞29位標(biāo)識(shí)符的擴(kuò)展格式報(bào)文xiv。§3.1.2CAN的主要特性CAN總線網(wǎng)絡(luò)具有許多特性，常用的有：多主節(jié)點(diǎn)同時(shí)訪問總線時(shí)依據(jù)優(yōu)先權(quán)依次發(fā)送；基于優(yōu)先權(quán)的無(wú)破壞性仲裁；通過可濾波的多地址幀進(jìn)行傳輸；可遠(yuǎn)程請(qǐng)求數(shù)據(jù)；總線設(shè)置靈活；全系統(tǒng)數(shù)據(jù)兼容性；錯(cuò)誤檢測(cè)和錯(cuò)誤信令；因丟失仲裁或遭破壞的幀自動(dòng)重發(fā)；暫時(shí)錯(cuò)誤和永久性故障節(jié)點(diǎn)的判別以及故障節(jié)點(diǎn)的自動(dòng)脫離xv。對(duì)于報(bào)文傳輸優(yōu)先權(quán)的無(wú)破壞仲裁，可以使用可濾波的多地址幀來(lái)傳輸，可以遠(yuǎn)程請(qǐng)求數(shù)據(jù)傳輸，總線的設(shè)定比較靈活，整個(gè)

19、系統(tǒng)的數(shù)據(jù)具有一定的兼容性，對(duì)由電氣性能和設(shè)備等原因引起的錯(cuò)誤檢測(cè)和錯(cuò)誤信令，丟失了仲裁信令或者遭到了破壞的數(shù)據(jù)幀自動(dòng)重發(fā)，永久故障和暫時(shí)錯(cuò)誤的節(jié)點(diǎn)判斷和故障節(jié)點(diǎn)的自動(dòng)脫離xvi。CAN規(guī)范定義總線電平分為兩種，它們分別是互補(bǔ)邏輯數(shù)值：“顯性(Dominent)”邏輯，和“隱性(Recessive)”邏輯。其中邏輯“0”為“顯性”數(shù)值邏輯，邏輯“1”為“隱性”數(shù)值，CAN總線協(xié)議定義了總線電平的兩種狀態(tài)，分別是顯性邏輯和隱形邏輯(Dominent/Recessive)，協(xié)議規(guī)定，邏輯0是顯性值，邏輯1是隱性值，與其他常見網(wǎng)絡(luò)不同。在隱性狀態(tài)下，V和V均處于CAN-HCAN-L平均電平電壓狀態(tài)下

20、，V典近于0。當(dāng)顯性狀態(tài)時(shí)，則以V-V的差分diffCAN-HCAN-L電壓來(lái)表示。當(dāng)總線網(wǎng)絡(luò)為顯性位時(shí)，電平狀態(tài)改變?yōu)轱@性位，并發(fā)送報(bào)文xvii。總線上的相關(guān)額定電平如圖3-1所示。電平狀態(tài)改變?yōu)椤?”,接著發(fā)送報(bào)文xviii?？偩€的額定電平值如下圖3-1所表述。圖3-1根據(jù)CAN協(xié)議的額定總線電平針對(duì)CAN總線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，傳輸層(媒體訪問控制子層)有著自己的概念規(guī)范與特征，特在此進(jìn)行介紹：對(duì)于CAN網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，媒體訪問控制層(傳輸層)有著獨(dú)有的定義和特點(diǎn)，下面一一進(jìn)行說(shuō)明：1、報(bào)文(Message)：不同的總線上的信息使用不同的固定格式的報(bào)文發(fā)送，但報(bào)文長(zhǎng)度要嚴(yán)格遵照相關(guān)規(guī)范，并且當(dāng)總線狀態(tài)為

21、空閑時(shí)，所有掛接在該總線的節(jié)點(diǎn)均可以發(fā)送新的報(bào)文；報(bào)文(Message):每個(gè)總線上的報(bào)文都使用了不同的固定格式進(jìn)行發(fā)送，但是報(bào)文的位數(shù)要嚴(yán)格遵守相關(guān)規(guī)范，而且當(dāng)總線狀態(tài)為空閑時(shí)，所有所有掛接在該總線的設(shè)備節(jié)點(diǎn)都能夠請(qǐng)求發(fā)送報(bào)文。2、信息路由(InformationRouting)：總線網(wǎng)絡(luò)中，單元節(jié)點(diǎn)中不使用任何關(guān)于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的信息，比如站地址，CAN系統(tǒng)不需要對(duì)應(yīng)用層以及任何節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)置和硬件設(shè)計(jì)作任何改變，可以在CAN網(wǎng)絡(luò)中直接增加節(jié)點(diǎn)；信息路由(InformationRouting):總線結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)跟系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的信息不產(chǎn)生任何關(guān)系，例如節(jié)點(diǎn)的站地址，CAN系統(tǒng)不需要對(duì)應(yīng)用層和所有

22、節(jié)點(diǎn)進(jìn)行設(shè)置，也不需要對(duì)任何硬件設(shè)計(jì)做出改變，是能夠在CAN總線中直接添加設(shè)備節(jié)點(diǎn)的。3、標(biāo)識(shí)符(Identifier):標(biāo)識(shí)符能夠制定出報(bào)文標(biāo)識(shí)符(Identifier):標(biāo)識(shí)符的作用是產(chǎn)生報(bào)文的尋址內(nèi)容，并且不指出報(bào)文的目的地址，但是同時(shí)總線網(wǎng)絡(luò)上掛載的所有節(jié)點(diǎn)都可以利用報(bào)文濾波的功能來(lái)判斷該數(shù)據(jù)是否正確；4、數(shù)據(jù)一致性(Consistency)：由多點(diǎn)傳送和錯(cuò)誤處理的功能來(lái)實(shí)現(xiàn)報(bào)文能夠同時(shí)被所有的節(jié)點(diǎn)接收；5、位速率(BitRate)：在不同的CAN總線系統(tǒng)中，報(bào)文傳輸速度不相同，在一個(gè)指定的總線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，在任意一個(gè)CAN總線結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)里面，報(bào)文信息的傳輸速度不同，在單個(gè)的總線結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)

23、中，位速率則是一個(gè)的固定值；6、優(yōu)先權(quán)(Priorities)：在總線可訪問期間，標(biāo)識(shí)符ID的值決定了報(bào)文的優(yōu)先權(quán)，數(shù)值越小，優(yōu)先權(quán)越高，而優(yōu)先權(quán)越高，信息越早被發(fā)送；報(bào)文發(fā)送的優(yōu)先權(quán)取決于標(biāo)識(shí)符的ID值，優(yōu)先權(quán)和數(shù)值呈負(fù)相關(guān)的反比例關(guān)系，數(shù)值小即優(yōu)先權(quán)高，報(bào)文信息的發(fā)送就越早。7、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)請(qǐng)求(RemoteDataRequest)：讓目標(biāo)單元節(jié)點(diǎn)發(fā)送所請(qǐng)求的數(shù)據(jù)幀需要請(qǐng)求數(shù)據(jù)的單元節(jié)點(diǎn)通過發(fā)送遠(yuǎn)程幀的形式來(lái)發(fā)送請(qǐng)求獲取，并且數(shù)據(jù)幀和相應(yīng)的遠(yuǎn)程幀應(yīng)具有相同的標(biāo)識(shí)符；遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)請(qǐng)求(RemoteDataRequest):讓目標(biāo)節(jié)點(diǎn)發(fā)送一個(gè)請(qǐng)求數(shù)據(jù)幀，需要這個(gè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)發(fā)送一個(gè)遠(yuǎn)程幀，來(lái)請(qǐng)求獲取發(fā)送的

24、令牌。而且這個(gè)數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀是必須有相同的標(biāo)識(shí)符。8、仲裁(Arbitration):仲裁的前提是有多個(gè)節(jié)點(diǎn)(2個(gè)及2個(gè)以上)同時(shí)發(fā)送報(bào)文，此時(shí)在總線上將會(huì)產(chǎn)生沖突，此時(shí)應(yīng)通過使用標(biāo)識(shí)符的逐位仲裁解決訪問沖突。仲裁的機(jī)制保證了報(bào)文信息的完整性及時(shí)效性，并且數(shù)據(jù)幀優(yōu)先于具有相同標(biāo)識(shí)符的遠(yuǎn)程幀進(jìn)行發(fā)送；仲裁(Arbitration):仲裁的前提是有兩個(gè)或兩個(gè)以上同一時(shí)間發(fā)送報(bào)文時(shí)，總線上會(huì)產(chǎn)生沖突，這時(shí)候就需要通過標(biāo)識(shí)符的逐位仲裁來(lái)處理訪問沖突。沖裁處理機(jī)制保障了報(bào)文信息的完整性及時(shí)效性，并且數(shù)據(jù)幀優(yōu)先于具有相同標(biāo)識(shí)符的遠(yuǎn)程幀進(jìn)行發(fā)送；9、故障界定(FaultConfinement)：CAN節(jié)點(diǎn)單

25、元能夠把永久故障和短暫的干擾區(qū)別開來(lái)，故障節(jié)點(diǎn)會(huì)被關(guān)閉；故障界定(FaultConfinement):CAN總線上的節(jié)點(diǎn)能把永久錯(cuò)誤和臨時(shí)錯(cuò)誤區(qū)分出來(lái)，出現(xiàn)故障的節(jié)點(diǎn)就會(huì)被停止。10、應(yīng)答(Acknowledgment):所有的接收器對(duì)接收到的報(bào)文信息進(jìn)行一致性檢查，對(duì)于檢驗(yàn)一致的報(bào)文，接收器做出應(yīng)答回應(yīng)；接收器將對(duì)檢驗(yàn)不一致的報(bào)文進(jìn)行標(biāo)記xix。應(yīng)答(Acknowledgment):總線上的接收器對(duì)接收到的報(bào)文，進(jìn)行一致性核對(duì)，檢查通過后，接收器應(yīng)答回應(yīng)；對(duì)于檢查不一致沒有通過的報(bào)文，則進(jìn)行標(biāo)記xx。§3.1.3CAN的分層結(jié)構(gòu)及報(bào)文傳輸為了實(shí)現(xiàn)透明開發(fā)的設(shè)計(jì)以及靈活易操作的實(shí)施，

26、根據(jù)ISO/OSI參考模型，將CAN總線網(wǎng)絡(luò)細(xì)分為兩層：數(shù)據(jù)鏈路層DLL(DataLinkLayer)和物理層PL(PhysicalLayer)。其中數(shù)據(jù)鏈路層將CAN總線網(wǎng)絡(luò)劃分為物理層PL和數(shù)據(jù)鏈路層DLL，數(shù)據(jù)鏈路層DLL包含介質(zhì)訪問控制子層MAC(MediumAccessControl)和邏輯鏈路控制子層LLC(LogicalLinkControl)xxi。物理層PL主要功能時(shí)定義報(bào)文信號(hào)的傳輸方式，主要是位定時(shí)、位編碼/解碼、同步等功能。物理層又被分為三層:傳輸模式，一般就是定位編碼，定時(shí)編碼解碼、最后同步幾個(gè)步驟。所以物理層接著又被劃分為三個(gè)層次:物理信號(hào)子層PLS：實(shí)現(xiàn)位編碼/解

27、碼、同步、定時(shí)等功能，采用“不歸零”NRZ方式對(duì)CAN位流進(jìn)行編碼；物理信號(hào)子層PLS：有位的編碼解碼、同步定時(shí)功能，使用CAN位流和NRZ進(jìn)行編碼。物理介質(zhì)鏈接PMA：實(shí)現(xiàn)總線發(fā)送/接收的功能電路并提供總線故障檢測(cè)方法；物理介質(zhì)鏈接PMA：有總線網(wǎng)絡(luò)的發(fā)送、接收功能，也有總線故障檢測(cè)模式。介質(zhì)相關(guān)接口MDI：機(jī)械和電氣接口，用以實(shí)現(xiàn)連接物理介質(zhì)與媒體訪問單元。介質(zhì)相關(guān)接口MDI：標(biāo)準(zhǔn)的電氣接口，設(shè)備機(jī)械接口，可以連接物理線路介質(zhì)和媒體訪問節(jié)點(diǎn)。數(shù)據(jù)鏈路層DLL中的介質(zhì)訪問控制子層MAC層負(fù)責(zé)將接收到的報(bào)文發(fā)送給LLC層并接收來(lái)自LLC層的報(bào)文信息，是CAN總線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的核心，主要負(fù)責(zé)報(bào)文的分

28、幀、仲裁、應(yīng)答、錯(cuò)誤檢測(cè)和標(biāo)定；而邏輯鏈路控制子層報(bào)文信息的幀劃分、請(qǐng)求仲裁、節(jié)點(diǎn)應(yīng)答、報(bào)文傳輸錯(cuò)誤的檢測(cè)和標(biāo)定；LLC層涉及報(bào)文濾波、過濾通知以及恢復(fù)管理等xxii。CAN總線網(wǎng)絡(luò)的報(bào)文傳輸同樣也遵循一定的規(guī)范，主要規(guī)范了幀格式與幀類型。幀格式：CAN網(wǎng)絡(luò)的幀格式分為兩種，區(qū)別在于標(biāo)識(shí)符域的長(zhǎng)度不同：標(biāo)識(shí)符長(zhǎng)度為11位的幀稱為標(biāo)準(zhǔn)幀，標(biāo)識(shí)符長(zhǎng)度為29位的幀稱為擴(kuò)展幀；兩種標(biāo)識(shí)符位的長(zhǎng)度不一樣，11位長(zhǎng)度的標(biāo)識(shí)符是標(biāo)準(zhǔn)幀，29位長(zhǎng)度的標(biāo)識(shí)符是擴(kuò)展幀。幀類型：CAN通信協(xié)議規(guī)定了4種不同類型的報(bào)文格式，各自功能如表3-2所示：表3-2CAN總線網(wǎng)絡(luò)各格式報(bào)文功能下圖中(3-2)CAN總線結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)

29、拓?fù)涓鞣N報(bào)文格式的功能介紹按交格式報(bào)交功能數(shù)據(jù)輔(DmtaFrame)遠(yuǎn)程巾貞Reinot已Frame)錯(cuò)逞帕(EitqyFrame)討載帕(OverFrams)將敎據(jù)川岌送器傳注給接收器用于清求岌注具有同一標(biāo)識(shí)符的埶據(jù)幀當(dāng)掛載的單元節(jié)點(diǎn)檸測(cè)到總線錯(cuò)逞時(shí)岌出用于相鄰數(shù)據(jù)帕或者遠(yuǎn)程巾貞之間，提洪附加的延時(shí)報(bào)文濾波(MessageFiltering)：是否進(jìn)行濾波取決于整個(gè)標(biāo)識(shí)符。將屏蔽寄存器中的標(biāo)識(shí)符設(shè)置為無(wú)關(guān)模式則可實(shí)現(xiàn)報(bào)文濾波。因?yàn)橄嚓P(guān)寄存器中的每一位均可編程，所以可將其設(shè)置為允許或禁止模式。報(bào)文濾波(MessageFiltering):整個(gè)標(biāo)識(shí)符決定了是否有必要進(jìn)行濾波。在屏蔽寄存器中，標(biāo)

30、識(shí)符可以設(shè)置為無(wú)關(guān)模式則可實(shí)現(xiàn)報(bào)文濾波。因?yàn)橄嚓P(guān)的寄存器里面每位都可以進(jìn)行編程，因而可以把它設(shè)置成禁止和允許的狀態(tài)。報(bào)文校驗(yàn):對(duì)于發(fā)送器和接收器來(lái)說(shuō)，校驗(yàn)報(bào)文有效時(shí)間點(diǎn)是不相同的。對(duì)發(fā)送器，如果報(bào)文校驗(yàn)直到幀的最后一位均沒有錯(cuò)誤，則該報(bào)文對(duì)發(fā)送器有效。如過報(bào)文校驗(yàn)出錯(cuò)了，則改報(bào)文會(huì)按照優(yōu)先級(jí)進(jìn)行自動(dòng)重發(fā)，并且當(dāng)總線一進(jìn)入空閑狀態(tài)就會(huì)重新傳輸。對(duì)接收器來(lái)說(shuō)，如果校驗(yàn)到最后一位仍沒有出錯(cuò)，則該報(bào)文對(duì)接收器有效。報(bào)文校驗(yàn):發(fā)送器和接收器之間的報(bào)文校驗(yàn)，有效時(shí)間點(diǎn)是不一樣的。對(duì)于發(fā)送器來(lái)說(shuō)，假如報(bào)文校驗(yàn)的幀最后一位都沒有錯(cuò)誤，這個(gè)報(bào)文就對(duì)發(fā)送器有效；假如報(bào)文位校驗(yàn)出現(xiàn)錯(cuò)誤，那么修改報(bào)文就會(huì)依據(jù)優(yōu)先級(jí)來(lái)

31、自動(dòng)的進(jìn)行重新發(fā)送，而且當(dāng)總線進(jìn)入空閑時(shí)，就會(huì)啟動(dòng)重新傳輸。對(duì)于接收器而言，假如校驗(yàn)的最后位依然沒有出錯(cuò)，這個(gè)報(bào)文則對(duì)接收器有效。編碼：位流編碼(BitStreamCoding)規(guī)定了幀起始、仲裁域、控制域、數(shù)據(jù)域以及CRC序列，這些部分都是通過位填充的方式進(jìn)行編碼。當(dāng)發(fā)送器檢測(cè)到位流里存在5個(gè)位為連續(xù)的相同值時(shí)，便會(huì)自動(dòng)在位流里插入一個(gè)補(bǔ)充位。編碼：BitStreamCoding制定了幀起始、仲裁域、控制域、數(shù)據(jù)域和CRC序列，他們都是使用位填充的方法來(lái)進(jìn)行編碼。如果發(fā)送器檢測(cè)到了位流里有五個(gè)位是相同的值且是連續(xù)的，就會(huì)把一個(gè)補(bǔ)充位自動(dòng)的插入這個(gè)位流里面。§.2SAEJ1939及C

32、AN高層協(xié)議分析CAN總線網(wǎng)絡(luò)的高層協(xié)議即應(yīng)用層協(xié)議，是在現(xiàn)有的底層協(xié)議基礎(chǔ)上,CAN總線協(xié)議里的高層協(xié)議就是應(yīng)用層協(xié)議，以原有的底層協(xié)議為基礎(chǔ)，以CAN規(guī)范為前提，實(shí)現(xiàn)在物理層和數(shù)據(jù)鏈路層之上的協(xié)議。目前很多行業(yè)企業(yè)跟研究單位研究并公開了自有的應(yīng)用層標(biāo)準(zhǔn)，是的同樣基于CAN網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)在實(shí)際綜合應(yīng)用過程中，變得兼容更加容易、便捷。采用通用高層協(xié)議可以為分布式自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供一個(gè)經(jīng)過實(shí)際檢驗(yàn)過的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，并且能夠有效的縮短產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計(jì)的時(shí)間成本，有效降低產(chǎn)品的開發(fā)成本和后期兼容開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)，采用通用協(xié)議能夠保證不同生產(chǎn)廠家設(shè)備的有效互用及替代，保證了廣泛的兼容性。目前市場(chǎng)上有大量的支持基于高

33、層協(xié)議開發(fā)的工具xxiii,些常見的可使用的公開CAN高層協(xié)議如表3-3所示。實(shí)驗(yàn)單位試驗(yàn)并公布了自家的應(yīng)用層協(xié)議，但都是以CAN網(wǎng)絡(luò)協(xié)議為基礎(chǔ)的綜合系統(tǒng)，在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用過程里，變得兼容性更好，更加便易，有效率。使用標(biāo)準(zhǔn)的高層協(xié)議，在分布式自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)能提供一個(gè)穩(wěn)定的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，而且還能有效的減少產(chǎn)品研發(fā)的時(shí)間成本，高效的降低產(chǎn)品研發(fā)成本以及兼容性的研發(fā)風(fēng)險(xiǎn)，使用通用的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議使得人以廠家的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和接口都能互通互用。保證了廣泛的兼容性。當(dāng)前普遍使用的基于薄層協(xié)議開發(fā)的工具xxiv，基于公開的CAN高層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議可見下圖(3-3)所描述：圖3-3制是組織主要咼層協(xié)諒C1ACAL協(xié)諭C1ACAN

34、Open協(xié)故ODVADevic&Net協(xié)諒KoneyweD協(xié)議KvaserCANKuigdom協(xié)徴美國(guó)汽車工程師協(xié)會(huì)(SAE)根據(jù)ISO的開放式數(shù)據(jù)互聯(lián)模型定義的七層基準(zhǔn)參考模型制定了以CAN總線規(guī)范為核心的車輛網(wǎng)絡(luò)串行通信和控制協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)SAEJ1939,網(wǎng)絡(luò)核心協(xié)議為串行通信協(xié)議CAN2.0Bxxv。SAEJ1939標(biāo)準(zhǔn)，基于多路網(wǎng)絡(luò)總線復(fù)用技術(shù)，以CAN總線規(guī)范為基礎(chǔ)，針對(duì)車輛上各傳感器、執(zhí)行器和控制器所組成的連接系統(tǒng)，提供了標(biāo)準(zhǔn)化的高速網(wǎng)絡(luò)連接規(guī)范；各電子設(shè)備之間的信息實(shí)現(xiàn)了高速數(shù)據(jù)共享；利用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)有效的減少車身電子設(shè)備線束的數(shù)量；極大提高了車輛電子控制系統(tǒng)運(yùn)行的靈活性、可

35、靠性、穩(wěn)定性、易維護(hù)性和標(biāo)準(zhǔn)化通用程度。目前SAEJ1939在載重汽車、特種車輛和工程機(jī)械等專門行業(yè)，已經(jīng)成為各大企業(yè)與制造廠商支持與發(fā)展的重要通信標(biāo)準(zhǔn)，并得到了廣泛推廣應(yīng)用xxvi,標(biāo)準(zhǔn)組成如表3-4所示。SAEJ1939標(biāo)準(zhǔn)，基于多路網(wǎng)絡(luò)總線的多路復(fù)用技術(shù)，憑CAN總線協(xié)議為前提，在車輛上組裝各種傳感器、控制器、執(zhí)行器后形成了車輛連接系統(tǒng)，提供了標(biāo)準(zhǔn)的高速網(wǎng)絡(luò)傳輸和網(wǎng)絡(luò)連接協(xié)議；各種電子控制器之間的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)了告訴的共享和傳輸；使用現(xiàn)場(chǎng)的總線技術(shù)，高效的減少車身線束的使用數(shù)量；很大程度上提升了車輛電子系統(tǒng)運(yùn)行的高兼容、穩(wěn)定、靈活、可靠、標(biāo)準(zhǔn)性等等優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)前SAEJ1939在載重汽車、特種車輛

36、和工程機(jī)械等專門行業(yè)，已經(jīng)成為各大企業(yè)與制造廠商支持與發(fā)展的重要通信標(biāo)準(zhǔn)，并開始更大范圍的使用xxvii,這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的組成如下圖所描述：表3-4SAEJ1939標(biāo)準(zhǔn)組成子標(biāo)準(zhǔn)號(hào)子標(biāo)準(zhǔn)容稱子標(biāo);隹主要內(nèi)容SAEJ1555通用標(biāo)準(zhǔn)概括介紹各子標(biāo)準(zhǔn)，在酣錄中列舉蜃敎組號(hào)，源地址，故障診斷代碼営AEJ1939噸1SAEJ193?應(yīng)用文檔在載費(fèi)車，容車控制和通信網(wǎng)貉的應(yīng)用SAEJ1S39/11物理層文檔定義潼信速率，屈絡(luò)連接的物理和電氣特性SAEJlS3e,21數(shù)據(jù)讎賂層文檔定義信息禎的組織，總線忡議和緒誤檢測(cè)SAEJ1S39/31網(wǎng)絡(luò)層文檔定義網(wǎng)絡(luò)間的連接SAEJ1S39/71應(yīng)用層文檔定義車輛物理蚩埶

37、格式SAEJ1939/73應(yīng)用層診斷文檔制走關(guān)于排戲的診斷代碼SAE1193/81網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)詡網(wǎng)谿中ECU的命容方法ISO11898作為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織針對(duì)CAN網(wǎng)絡(luò)制定的規(guī)范，與SAEJ1939物理層標(biāo)準(zhǔn)相互兼容，當(dāng)采用遵循SAEJ1939標(biāo)準(zhǔn)的CAN總線控制器及收發(fā)器時(shí)，總線上的通訊速率最高可達(dá)到512Kbps；SAEJ1939規(guī)范中傳遞信息采用協(xié)議數(shù)據(jù)單元PDU(ProtocolDataUnit)，每個(gè)PDU相當(dāng)于CAN協(xié)議數(shù)據(jù)報(bào)文中的一幀，每個(gè)CAN網(wǎng)絡(luò)的幀最多可傳輸8個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)，因此PDU的傳輸具有很強(qiáng)的實(shí)時(shí)性；總線收發(fā)控制器時(shí)，總線的報(bào)文傳輸速率最高可以達(dá)到512KB；SAEJ193

38、9規(guī)范里信息傳遞所采用的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議數(shù)據(jù)單元ProtocolDataUnit，每一位PUD都是CAN網(wǎng)絡(luò)協(xié)議報(bào)文數(shù)據(jù)中的一幀，每一個(gè)CAN的幀一次可傳輸8bit的數(shù)據(jù)，所以數(shù)據(jù)單元的傳輸都具有實(shí)時(shí)性的特點(diǎn)；每一位PDU的含義以及該P(yáng)DU的優(yōu)先級(jí)可利用遵循CAN2.0B擴(kuò)展幀格式的29位標(biāo)志符來(lái)定義錯(cuò)誤！未定義書簽。§3.2.1物理層與數(shù)據(jù)鏈路層BOSCHCAN規(guī)范中對(duì)于總線網(wǎng)絡(luò)的物理層基本沒有做任何定義。但SAEJ1939對(duì)CAN總線網(wǎng)絡(luò)物理層有著詳細(xì)而明確的定義，其中對(duì)于連接總線和收發(fā)器都有明確的要求，但在此不做詳述。SAEJ1939對(duì)CAN總線協(xié)議中的物理層定義詳細(xì)而且明確，這里面對(duì)

39、于連接總線與收發(fā)端有著準(zhǔn)確的規(guī)定，這里不做贅述。本文在此詳細(xì)介紹數(shù)據(jù)鏈路層，該層對(duì)于實(shí)驗(yàn)平臺(tái)協(xié)議制定很重要。SAEJ1939的數(shù)據(jù)鏈路層的相關(guān)規(guī)定如下:這篇文章此處詳細(xì)介紹一下DLL層的相關(guān)描述：1、CAN協(xié)議定義的幀：SAEJ193標(biāo)準(zhǔn)是以CAN2.0B標(biāo)準(zhǔn)為核心，針對(duì)擴(kuò)展信息幀格式進(jìn)行了再定義，對(duì)CAN報(bào)文中的29位擴(kuò)展格式標(biāo)識(shí)符分別進(jìn)行了物理定義，同時(shí)制定了相應(yīng)數(shù)據(jù)定義，通過擴(kuò)展格式標(biāo)識(shí)符的29位都進(jìn)行了定義，對(duì)應(yīng)每位都有其數(shù)據(jù)定義，使用PDU來(lái)進(jìn)行封裝與傳輸。表3-5列舉出了SAEJ1939標(biāo)準(zhǔn)與CAN的數(shù)據(jù)幀定義的格式對(duì)應(yīng)關(guān)系。CAN總線標(biāo)準(zhǔn)信息格式實(shí)施SAEJ1939是通過PDU來(lái)

40、實(shí)現(xiàn)的。表3-5SAEJ1939與CAN的數(shù)據(jù)幀對(duì)應(yīng)關(guān)系SOF11應(yīng)標(biāo)識(shí)符IDE誼應(yīng)標(biāo)識(shí)苻CAN擴(kuò)展幀起憂先R數(shù)據(jù)頁(yè)四格擴(kuò)展YFPS格源地輔格式f立DP式i立標(biāo)識(shí)式址J1939格式12-1召7-12131415-lfi17-2425-32CAN鞘格式2S-26252423-1S17-115-S7工2、源地址和參數(shù)組數(shù)的分配：PDU格式分為確定目標(biāo)地址的PDU1和不確定目標(biāo)地址的PDU2。規(guī)范要求參數(shù)組分配時(shí)只采用其中的一種格式。采用這種格式的區(qū)分方法是為了在確保目標(biāo)通信完成的同時(shí)又能夠提供更多的參數(shù)組數(shù)的組合方式。SAEJ1939標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定源地址的分配按照順序進(jìn)行分配，不考慮消息報(bào)文的優(yōu)先權(quán)、刷

41、新率以及重要性，但目前協(xié)議中未分配的源地址數(shù)量有限，因此必須按照對(duì)于車輛的功能重要性來(lái)進(jìn)行分配。PGN(ParameterGroupNumber)參數(shù)組數(shù)分配時(shí)，優(yōu)先權(quán)、刷新速率、數(shù)據(jù)重要性、數(shù)據(jù)長(zhǎng)度等因素都是需要考慮其中的。針對(duì)卡車或其他專門用途的這輛來(lái)說(shuō)，協(xié)議中可用于分配的PGN也是有限的。協(xié)議的固有性能已經(jīng)能夠基本滿足大量參數(shù)組的需求。一般來(lái)說(shuō)，參數(shù)組數(shù)分配的原則是：按照功能而不是類型進(jìn)行分配；為減少等待時(shí)間，單元應(yīng)具有相近的刷新頻率；應(yīng)屬于同一功能子系統(tǒng)。3、SAEJ1939：目前支持5種消息類型：命令、廣播/響應(yīng)、請(qǐng)求、應(yīng)答和組功能。這些信息分類由PGN分配來(lái)實(shí)現(xiàn)，SAEJ1939的

42、附錄A中有PGN的分配實(shí)例。PGN發(fā)送地址應(yīng)遵循以下原則：如果請(qǐng)求是發(fā)送到全局地址的，則對(duì)應(yīng)應(yīng)答也應(yīng)發(fā)送到全局地址，否認(rèn)該應(yīng)答不能作為該全局請(qǐng)求的回應(yīng)；如果請(qǐng)求是發(fā)送到指定地址的，則應(yīng)答也需要發(fā)送到該地址。4、傳輸協(xié)議功能：數(shù)據(jù)鏈路層中一個(gè)重要的部分就是傳輸協(xié)議功能，封裝和重組、連接管理是其最重要的兩大功能。消息封裝和重組是指一個(gè)CAN數(shù)據(jù)幀中不能包含數(shù)據(jù)大于8字節(jié)的消息，必須分成若干小數(shù)據(jù)包在若干個(gè)數(shù)據(jù)幀中進(jìn)行傳輸。接收節(jié)點(diǎn)收到信息后進(jìn)行解析并重組來(lái)獲得原始消息。為了保證信息的正確封裝與重組，協(xié)議中規(guī)定：封裝的序列號(hào)是數(shù)據(jù)的第一個(gè)字節(jié)，為1-255，消息最大長(zhǎng)度為1785bytes。消息被分

43、解后從序列號(hào)1開始按順序進(jìn)行編號(hào)、打包并發(fā)送。對(duì)于多封裝的廣播消息，每個(gè)包間的延時(shí)為50-200ms；對(duì)于多封裝指定目標(biāo)的消息而言，傳輸節(jié)點(diǎn)在每個(gè)包間的延時(shí)最大時(shí)間不超過200ms,除去最后一個(gè)包之外的每一個(gè)數(shù)據(jù)包都必須包含原始消息中的7個(gè)字節(jié)，而最后那一個(gè)包則包含8個(gè)字節(jié)，其中有一個(gè)字節(jié)是序列號(hào)，至少有一個(gè)字節(jié)是與參數(shù)組相關(guān)的數(shù)據(jù)，剩余的都設(shè)為FFxxviii。連接管理是指為指定目標(biāo)的傳輸節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行虛擬連接的建立、運(yùn)行及關(guān)閉節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行單個(gè)PGN長(zhǎng)消息傳輸而建立的臨時(shí)連接，或者是從一到多進(jìn)行的連接（此時(shí)不進(jìn)行流管理和關(guān)閉）是SAEJ1939中定義的虛擬連接。虛擬連接中定義了六種幀結(jié)構(gòu)：請(qǐng)求

44、發(fā)送幀，接收發(fā)送幀，結(jié)束應(yīng)答幀，連接失敗幀，以及用來(lái)全局接收的廣播幀。§3.2.2網(wǎng)絡(luò)管理層網(wǎng)絡(luò)管理層定義了一套識(shí)別和了解總線網(wǎng)絡(luò)上其他ECU的功能的ECU命名方法用來(lái)：一是提供了對(duì)ECU的功能描述，二是提供用于ECU源地址仲裁的數(shù)值。ECU種類：汽車網(wǎng)絡(luò)電子ECU共分為三種。第一類是標(biāo)準(zhǔn)ECU：其主要功能為控制、動(dòng)力或者顯示，主要有包括發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)、儀表盤、牽引控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)日志等。除開地址宣布的情況外，標(biāo)準(zhǔn)ECU無(wú)法改變其他ECU的源地址，但是如果這些ECU同時(shí)具備了診斷工具的功能，他們就必須同時(shí)滿足診斷工具ECU的要求；第二類是診斷/開發(fā)工具ECU：主要功能是分析、調(diào)試、開

45、發(fā)或者監(jiān)測(cè)子網(wǎng)中的ECU運(yùn)行狀況，一般都是臨時(shí)接入，主要是為與網(wǎng)絡(luò)總線中其它ECU進(jìn)行交接用的；第三種ECU用于網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)接中轉(zhuǎn)：主控器、網(wǎng)橋、路由器和網(wǎng)關(guān)，功能主要是將網(wǎng)絡(luò)總線轉(zhuǎn)接為系統(tǒng)的主網(wǎng)絡(luò)或者子網(wǎng)絡(luò)，把消息從一個(gè)子網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)到另一個(gè)子網(wǎng)絡(luò)乂血。ECU地址：J1939協(xié)議規(guī)定總線上大多數(shù)的ECU都有一個(gè)首選地址，如果網(wǎng)絡(luò)上其他ECU宣布了某個(gè)ECU的首選地址,那么該ECU將嘗試其它源地址，或者發(fā)布“不能宣布地址”的消息，這取決于ECU的選址性能和是否有待用的地址。一個(gè)ECU初始化地址是它在最初上電時(shí)試圖宣布的地址，可由廠商設(shè)置。在一個(gè)特定的車?yán)?，源地址是唯一的。在每次上電后，源地址可以和不同?/p>

46、ECU相聯(lián)系，但每輛車之間的源地址可能是不同的。每個(gè)ECU相連的名字通常在車輛初始化、機(jī)器配置或ECU安裝上車時(shí)就確定了。和源地址相連的名字通常能夠表明ECU的功能，并始終保持著一致的定義，與用過的地址無(wú)關(guān)。§3.2.3應(yīng)用層SAEJ1939的應(yīng)用層定義了眾多的信號(hào)特征，要求有驅(qū)動(dòng)控制、信息共享和診斷；數(shù)據(jù)特性有優(yōu)先權(quán)、響應(yīng)時(shí)間和數(shù)據(jù)刷新率。J1939定義的應(yīng)用層可分為兩層：傳送應(yīng)用層和故障診斷應(yīng)用層。傳送應(yīng)用層的數(shù)據(jù)定義包括了控制系數(shù)、驅(qū)動(dòng)狀態(tài)系數(shù)、驅(qū)動(dòng)控制、驅(qū)動(dòng)配置系數(shù)、信息系數(shù)、信息狀態(tài)系數(shù)。數(shù)據(jù)格式規(guī)定了包括數(shù)據(jù)長(zhǎng)度、采樣頻率、取值范圍和類型在內(nèi)的一些內(nèi)容。數(shù)據(jù)類型包括狀態(tài)系

47、數(shù)和測(cè)量系數(shù)，狀態(tài)系數(shù)表示具有多種狀態(tài)信號(hào)的某一種狀態(tài)，如故障碼、預(yù)定的速度/速度極限等。測(cè)量系數(shù)則代表所接收到的信號(hào)的值的大小，包括：增壓壓力、點(diǎn)火開/關(guān)、巡航設(shè)定開關(guān)等。故障診斷應(yīng)用層則主要服務(wù)于在線故障診斷監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。主要功能包括：獲取診斷信息、獲取節(jié)點(diǎn)配置信息、標(biāo)定控制模式、建立網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)與開發(fā)工具之間的連接。診斷狀態(tài)數(shù)據(jù)能夠提供許多針對(duì)診斷狀態(tài)的處理，包括讀取出錯(cuò)數(shù)據(jù)、清除錯(cuò)誤數(shù)據(jù)、監(jiān)測(cè)通信參數(shù)、獲取節(jié)點(diǎn)的配置以及其他的一些信息。診斷測(cè)試支持可以使開發(fā)工具把各種控制節(jié)點(diǎn)放到具體的測(cè)試模式中以正確設(shè)計(jì)子網(wǎng)體系。診斷工具通過連接器與其它節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信以獲取診斷數(shù)據(jù)xxx。§3.3本章

48、小結(jié)在本章節(jié)中，首先詳細(xì)介紹了CAN總線的基本概念，然后詳細(xì)闡述了CAN協(xié)議的物理層和數(shù)據(jù)連路層；具體說(shuō)明了CAN總線報(bào)文信息在實(shí)際應(yīng)用中的的傳輸方式和傳輸格式，并分析了汽車電子領(lǐng)域采用CAN總線對(duì)于未來(lái)發(fā)展的有利之處。另外，對(duì)CAN高層協(xié)議的現(xiàn)狀作了研究，針對(duì)在特種車輛、卡車等商用車輛上廣泛應(yīng)用的SAEJ1939協(xié)議做了詳細(xì)的分析，仔細(xì)分析了該協(xié)議的構(gòu)成以及協(xié)議對(duì)于物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)管理層、應(yīng)用層等的規(guī)范定義和規(guī)定，為車門網(wǎng)絡(luò)的整體設(shè)計(jì)做好了準(zhǔn)備。通過本章的介紹，可以看出：1、CAN總線網(wǎng)絡(luò)傳輸方式為差分式傳輸，能夠有效的保證可靠的信息傳輸，抑制了共模干擾，提高了抗電測(cè)干擾性；2、CAN總線網(wǎng)絡(luò)采用多主節(jié)點(diǎn)工作方式，節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，通信方式靈活，實(shí)時(shí)性滿足信息傳輸?shù)男枨螅?、兩線式的傳輸通道，