智能網聯(lián)汽車數據采集 課件 模塊7 智能網聯(lián)車載通信接入技術與工程實踐

智能網聯(lián)汽車數據采集模塊七：智能網聯(lián)車載通信接入技術與工程實踐7一、汽車總線技術二、汽車總線通信接口與協(xié)議三、車載以太網崗位任務八汽車總線接入與調試010203學習目標●能列舉智能網聯(lián)車載通信的類型及其優(yōu)缺點?！衲苊枋銎嚫鞣N總線的網絡協(xié)議分層結構及其網絡幀。●能描述汽車CAN總線的通信接口中DBC文件?！衲苊枋鲕囕d以太網的優(yōu)勢、拓撲結構、鏈路層協(xié)議、應用層協(xié)議?！衲苁炀氝\用智能網聯(lián)車載通信數據采集相關的專業(yè)術語。知識目標SEVEN模塊七：智能網聯(lián)車載通信接入技術與工程實踐●能辨別汽車總線的類型以及其信息傳輸的過程?！衲軐嵤┢嚳偩€在ROS環(huán)境下調試。技能目標●養(yǎng)成查閱資料的學習習慣，并提高結合實際的能力?！窳私猬F(xiàn)階段使用的智能網聯(lián)車載通信技術，熟悉各類車載通信網絡的特點及其使用，可在不同的需求下進行車載通信網絡選擇。素質目標Seven模塊七：智能網聯(lián)車載通信接入技術與工程實踐一、汽車總線技術傳統(tǒng)的電氣網絡已經不適合現(xiàn)代汽車電子系統(tǒng)的發(fā)展，因此產生了汽車總線。汽車總線技術是汽車內部導線采用的總線控制的一種技術。汽車總線主要有:CAN總線（控制器局域網）LIN總線（局部互聯(lián)協(xié)議）CANFD總線FlexRay總線用于汽車多媒體、導航的MOST總線等。Seven模塊七：智能網聯(lián)車載通信接入技術與工程實踐一、汽車總線技術（一）CAN總線CAN總線（ControllerAreaNetwork，控制器局域網），是德國博世公司在1985年為了解決汽車上眾多測試儀器與控制單元之間的數據傳輸而開發(fā)的一種支持分布式控制的串行數據通信總線。CAN總線分為高速CAN總線和低速CAN總線。高速CAN總線是動力型總線，采用硬線，速度為500kbit/s，主要連接ABS、ECD等；低速CAN總線是舒適型總線，速度為125kbit/s，主要連接儀表、防盜系統(tǒng)。Seven模塊七：智能網聯(lián)車載通信接入技術與工程實踐一、汽車總線技術（一）CAN總線CAN總線的特點:1、多主控制；2、消息發(fā)送；3、系統(tǒng)的柔軟性；4、高速與遠距離；5、錯誤檢測功能；6、故障封閉；7、連接CAN總線具有實時性強、價格低、可靠性強、結構簡單、互操作性好、傳輸速度快、靈活性高、協(xié)議具有完整的錯誤處理機制等特點。Seven模塊七：智能網聯(lián)車載通信接入技術與工程實踐一、汽車總線技術（一）CAN總線CAN總線網絡幀:CAN數據網絡傳輸的幀主要包括數據幀、遠程幀、錯誤幀和過載幀。數據幀用于傳輸數據，主要由幀起始、仲裁域、控制域、數據域、CRC校驗、應答域和幀結束構成。遠程幀主要用于接收單元向發(fā)送單元請求主動發(fā)送數據，包含數據幀中除了數據段以外的部分，其實質是沒有數據段的數據幀。錯誤幀用于在接收和發(fā)送消息時檢測出錯誤并向網絡節(jié)點通知錯誤發(fā)出的幀，主要包含錯誤標志和錯誤界定符。過載幀傳輸過程中，當總線數據傳輸量過大，接收節(jié)點對接收的數據無法及時處理時，會在相鄰的兩個數據幀之間穿插發(fā)送一個過載幀，以告求發(fā)送節(jié)點延遲下一幀消息的發(fā)送。Seven模塊七：智能網聯(lián)車載通信接入技術與工程實踐一、汽車總線技術（二）LIN總線LIN（LocalInterconnectNetwork，局部連接網絡），是專門為汽車開發(fā)的一種低成本串行通信網絡，用于實現(xiàn)汽車中的分布式電子系統(tǒng)控制。LIN的數據傳輸速率為20kbit/s，屬于低速網絡，媒體訪問方式為單主多從，輔助CAN總線工作。在不需要CAN總線的帶寬和多功能的場合，使用LIN總線可大大降低成本。其設計的主要目的是給出一個低價、性能可靠的低速網絡，定位于汽車網絡層次結構的低端網絡通用協(xié)議，用來取代目前的低端總線系統(tǒng)。Seven模塊七：智能網聯(lián)車載通信接入技術與工程實踐一、汽車總線技術（二）LIN總線LIN總線的特點靈活性好。一條LIN總線最多可以連接16個節(jié)點，共有64個標識符。單線連接，傳輸速率最高可達20kbit/s。降低了硬件成本。網絡通信具有可預期性，信號傳播時間可預先計算。優(yōu)化了網絡結構，提高網絡效率和可靠性。Seven模塊七：智能網聯(lián)車載通信接入技術與工程實踐一、汽車總線技術（二）LIN總線LIN總線網絡通信方式包括主—從通信模式和從—從通信模式。1）主—從通信模式主節(jié)點傳輸信息ID，進而發(fā)送數據傳輸命令。網上所有LIN節(jié)點將該信息進行轉換，然后再進行相應的操作。式將大部分調度操作轉移到主節(jié)點上，從而簡化其他節(jié)點操作。因此，LIN從節(jié)點硬件大幅減少，甚至可能減少為單個狀態(tài)設備。速度緩慢，LIN節(jié)點很難及時地接收和處理數據，并有選擇性地將它傳輸給其他節(jié)點。2）從—從通信模式各個信息幀上的節(jié)點共用信息，從而極大地提高響應速度。各個從節(jié)點的時鐘源未知，因此節(jié)點將數據傳輸到網絡時（根據主節(jié)點請求），數據可能發(fā)生漂移。主節(jié)點有一個精確度很高的時鐘，數據漂移有較大的誤差范圍，但另一個接收數據的LIN從節(jié)點沒有，這會導致數據誤譯。這種情況下，主節(jié)點不顯示，從—從通信模式已經失效。Seven模塊七：智能網聯(lián)車載通信接入技術與工程實踐一、汽車總線技術（二）LIN總線LIN報文幀LIN總線上傳輸的數據有確定的格式，稱作報文幀，它由報頭和響應組成。報頭由主任務提供，響應由主任務或從任務提供。報頭由同步間隔場、同步場和標識符場組成；響應由數據場和校驗和場組成；報頭和響應由幀內響應空間分隔。Seven模塊七：智能網聯(lián)車載通信接入技術與工程實踐一、汽車總線技術（三）CANFD總線CANFD總線是CAN總線的升級版。CANFD的改進：采用兩種方式提高通信效率。在控制場中的BRS位到ACK場之前為可變速率，其余部分為CAN原速率。數據長度做了擴大，最大可以支持64byte。通信的可靠性得到了提高。Seven模塊七：智能網聯(lián)車載通信接入技術與工程實踐一、汽車總線技術（四）FlexRay總線FlexRay通過在確定的時間槽中傳送信息，以及在兩個通道上的故障容錯和冗余信息的傳送。FlexRay總線網絡具有以下特點：數據傳輸速率高。可靠性好。具有確定性。具有靈活性。Seven模塊七：智能網聯(lián)車載通信接入技術與工程實踐一、汽車總線技術（四）FlexRay總線FlexRay網絡拓撲結構：（1）總線型拓撲結構（2）星形拓撲結構（3）混合型拓撲結構Seven模塊七：智能網聯(lián)車載通信接入技術與工程實踐一、汽車總線技術（四）FlexRay總線FlexRay數據幀格式：由頭部段、負載段和尾部段組成。Seven模塊七：智能網聯(lián)車載通信接入技術與工程實踐一、汽車總線技術（五）MOST總線MOST總線（MediaOrientedSystemsTransport）是一個多媒體數據傳輸的網絡系統(tǒng)。MOST總線專門用于滿足要求嚴格的車載環(huán)境。這種新的基于光纖的網絡能夠支持4.8Mbit/s的數據速率，與以前的銅纜相比，具有減輕重量和減小電磁干擾（EMI）的優(yōu)勢。MOST總線標準已經發(fā)展到第三代。MOST25是第一代總線標準，最高可支持24.6Mbit/s的傳輸速率，以塑料光纖作為傳輸介質；第二代標準MOST50的傳輸速率是MOST25的2倍，除了采用塑料光纖作為傳輸介質，還可采用非屏蔽雙絞線作為傳輸介質；第三代標準MOST150，不僅最高可支持147.5Mbit/s的傳輸速率，還解決了與以太網的連接等問題。Seven模塊七：智能網聯(lián)車載通信接入技術與工程實踐一、汽車總線技術（五）MOST總線MOST總線的特點。一個MOST網絡中最多可以有64個節(jié)點傳輸速度快聲音、圖像的實時處理可以實現(xiàn)多種網絡連接無論是否有主控機都可以工作支持數據同步和異步傳輸發(fā)送器或者接收器嵌有虛擬網絡管理系統(tǒng)支持多種網絡連接方式，提供MOST設備標準和簡潔的應用系統(tǒng)界面MOST減輕部件的線束重量、降低噪聲。光纖網絡不受到電磁輻射干擾等影響Seven模塊七：智能網聯(lián)車載通信接入技術與工程實踐一、汽車總線技術（五）MOST總線MOST總線的通信網絡拓撲結構。MOST總線網絡以光纖為載體，布線時只需要單根光纖。MOST網絡支持一條物理數據線上同時傳輸音/視頻等同步數據和數據包形式的異步數據。MOST網絡系統(tǒng)的經典拓撲結構為環(huán)形，各種組件通過一根塑料光纖連接，每個組件都稱為網絡的一個節(jié)點。環(huán)狀拓撲中，每個節(jié)點代表多媒體設備。剩下的節(jié)點能充當從控者，一個節(jié)點充當用戶控制界面。一般每個節(jié)點都是時序主控者。Seven模塊七：智能網聯(lián)車載通信接入技術與工程實踐一、汽車總線技術（五）MOST總線MOST數據幀MOST數據幀的基本格式由傳播流媒體數據同步數據區(qū)、傳播數據包異步數據區(qū)和專門控制數據控制信道組成。Seven模塊七：智能網聯(lián)車載通信接入技術與工程實踐二、汽車總線通信接口與協(xié)議本節(jié)主要講述在汽車總線中常用的CAN總線通信接口以及協(xié)議。在汽車內CAN總線中，傳遞的信息被分成消息和信號兩種，每個消息都有一個獨立的CANID，在車內總線中是唯一的，用來表征一類消息。為了方便統(tǒng)一地表征這些消息和信號，需要用一個標準統(tǒng)一的文件進行表示，即DBC文件。Seven模塊七：智能網聯(lián)車載通信接入技術與工程實踐二、汽車總線通信接口與協(xié)議1．DBC文件DBC（databaseCAN）文件是由德國Vector公司發(fā)布的，其代表的是CAN的數據庫文件，通過該文件可以清楚地知道網絡中傳輸的各個CAN報文的含義，報文的ID，報文的信號，該報文從哪個節(jié)點發(fā)出，哪個節(jié)點進行接收等詳細信息。CAN網絡上的節(jié)點就是通過該文件的描述信息進行無差錯地協(xié)同工作的。在DBC數據庫文件中，數據被組織成6種不同的對象，用來表征一個CAN報文的詳細信息。Seven模塊七：智能網聯(lián)車載通信接入技術與工程實踐二、汽車總線通信接口與協(xié)議1．DBC文件信號（Signal）報文信號（Mappedsignal）報文（Message）網絡節(jié)點（Node）環(huán)境變量（Environmentvariable）ECUSeven模塊七：智能網聯(lián)車載通信接入技術與工程實踐二、汽車總線通信接口與協(xié)議2．字節(jié)序無論是標準幀，還是擴展幀，其數據域最長為8byte。位序：是“位”的順序，字節(jié)序是“字節(jié)”的順序。為了區(qū)分，位序用小寫字母表示，字節(jié)序用大寫字母表示?！靶颉庇袃煞N：大端模式和小端模式。如果一個數值在內存中的地址是從左到右的話，即低地址存儲的是高位，即大端模式，反之就是小端模式。位序和字節(jié)序都有大端和小端，共有四種：msb：mostsignificantbitlsb：mostsignificantbitMSB：MostSignificantByteLSB：LeastSignificantByteSeven模塊七：智能網聯(lián)車載通信接入技術與工程實踐二、汽車總線通信接口與協(xié)議2．字節(jié)序CAN總線協(xié)議中規(guī)定，位序都是大端模式，即msbfirst，因此不需要區(qū)分。但對字節(jié)序沒有規(guī)定，就出現(xiàn)了兩種情況：摩托羅拉和英特爾格式。如果信號沒有跨字節(jié)，則兩種字節(jié)序沒有區(qū)別，如果信號跨了字節(jié)，則信號值完全不一樣。摩托羅拉格式根據信號起始位置也分兩種，一般是從信號值的低位開始的，例如一個信號MotorolaSignal，其起始位為12（信號值的低位），長度為10。Intel格式與小端格式一樣，低地址代表低字節(jié)，高地址代表高字節(jié)。比如一個信號Intel，它的起始位為2，長度為12。Seven模塊七：智能網聯(lián)車載通信接入技術與工程實踐三、車載以太網一系列的高級輔助駕駛功能噴涌而出，對傳統(tǒng)的電子電器架構帶來了嚴峻的考驗，需要越來越多的電子部件參與信息交互，導致對網絡傳輸速率、穩(wěn)定性、負載率等方面都提出了更為嚴格的挑戰(zhàn)，原有的CAN、CANFD或者MOST等已經無法滿足車輛現(xiàn)有的需求。以太網（Ethernet）在計算機網絡中應用廣泛，是局域網的一部分，節(jié)點通過介質（如雙絞線或光纖）連接至交換機，通過交換機實現(xiàn)數據的轉發(fā)。車載以太網在計算機以太網的基礎上發(fā)展而來，是以太網在汽車領域的跨界應用。Seven模塊七：智能網聯(lián)車載通信接入技術與工程實踐三、車載以太網1．車載以太網的優(yōu)勢（1）高速傳輸（2）多任務處理（3）可擴展性強（4）降低成本2．車載以太網的拓撲結構車載以太網基于OSI（開放通信系統(tǒng)互聯(lián)模型，OpenSystemsInterconnection）

參考模型。Seven模塊七：智能網聯(lián)車載通信接入技術與工程實踐三、車載以太網3．車載以太網的鏈路層協(xié)議時間敏感網絡（TSN）時間觸發(fā)以太網（TTEthernet）4．車載以太網的應用層協(xié)議車載以太網的應用層協(xié)議主要是：UDPNM（網絡管理協(xié)議）、DHCP（動態(tài)主機配置協(xié)議）、SOME/IP（服務中間件）、DoIP（診斷協(xié)議）、以及XCP（標定協(xié)議）等。Seven模塊七：智能網聯(lián)車載通信接入技術與工程實踐崗位任務八汽車總線接入與調試（一）ROS環(huán)境下調試1．環(huán)境準備采集控制器主機有多路CAN，默認是關閉狀態(tài)，需要打開：1）設置can設備節(jié)點，波特率設置為500kbit/s（以can1為例）。sudoiplinksetcan1uptypecanbitrate5000002）查看can設備節(jié)點狀態(tài)。ifconfigSeven模塊七：智能網聯(lián)車載通信接入技術與工程實踐崗位任務八汽車總線接入與調試（一）ROS環(huán)境下調試1．環(huán)境準備（2）操作步驟1）啟動Teminator智能終端。2）配置環(huán)境變量?？赏ㄟ^如下命令查詢是否配置成功：env|grepROS_PACKAGE_PATH如果之前已經執(zhí)行過如下配置，可省略這一步，這一步的目的就是把“source~/