（机械电子工程专业论文）osek网络管理在汽车can系统中的研究.pdf

歹 合肥工业大学 本论文经答辩委员会全体委员审查，确认符合合肥工业大学 硕士学位论文质量要求。 答辩委员会签名( 工作单位、职称) 主席 1 委员： 导师： 施h 、 扫啄 砒叫别雠 红砂此7 机衫昭 、 蓼乙 纱授 囊敬 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所 知，除了文中特另j j n 以标志和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果， 也不包含为获得金旦墨王些太堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作 的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签字：留台园签字日期：2 。i i , q - 月乃日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解盒曼王业太堂有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向 国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅或借阅。本人授权金g 曼王些太 兰l 可以将学位论文的全部或部分论文内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文者签名： 签字日期i1 年年月笏，日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 刷稚轹蚓 签字日期：吱。l | 年午月z 婚 电话： 邮编： 、9 o s e k 网络管理在汽车c a n 系统中的研究 摘要 随着汽车工业和信息技术的飞速发展，现代汽车使用多个通过总线互 连的电控单元( e l e c t r o n i cc o n t r o l l e ru n i t ，e c u ) 来完成车辆运行中的各种任 务。结构各异的e c u 间通信信息量增加，对网络系统的设计要求也越来 越高。o s e k 规范的提出是为了提高软件重用性、汽车系统的扩展性和移 植性，为软件开发提供统一的标准接口。此标准的提出在汽车应用软件的 开发上具有重要意义。因此，加快研究实现o s e k 网络管理规范有重要 意义。 本文首先综述了汽车电子与汽车网络技术的最新发展。在总结 了国内外的研究现状的基础上，研究了c a n 总线协议与o s e k v d x 标准。阐述了c a n 总线的特点、分层结构、帧的类型以及其组织规 则，研究了o s e k 标准的体系结构，操作系统o s 的特点及其功能， 通信标准c o m 的消息属性、传输模式和死限监控机制和网络管理标 准n m 节点监控、配置管理和时间监控机制。 其次针对o s e k 直接网络管理( n m ) 节点状态转换冗余问题， 在研究o s e kn m 标准的基础上，提出了一种改进的o s e kn m 状态 转换方法，通过剔除合并冗余节点状态，从而有效减少系统初始化 反应时间，设计了网络管理协议数据单元到c a n 数据帧的映射结构 以及直接网络管理a l i v e 消息、r i n g 消息和l i m p h o m e 消息的算法， 给出了网络管理设计实现方法和系统的节点定时器和计数器值的设 定值，并在汽车c a n 系统上实现了o s e k 网络管理，最后在c a n o e 上进行系统仿真，验证了本系统的可行性。 关键词：汽车系统、c a n 总线、o s e k 、直接网络管理、c a n o e i 濞 r e s e a r c ho fos e kn e t w o r km a n a g e m e n ti na u t o m o t i v e c a n s y s t e m s a b s t r a c t w i t ht h eg r e a td e v e l o p m e n to ft h ea u t o m o t i v ei n d u s t r ya n di n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y , m o d e mc a l w i t l lu pt 07 0e l e c t r o n i cc o n t r o lu n i t si n t e r c o n n e c t e dv i at h eb u st oc o m p l e t et h e v e h i c l er u n n i n gt a s k s w i t hd i f f e r e n ts t r u c t u r e se c uc o m m u n i c a t i o no ft h ei n f o r m a t i o n i n c r e a s e sa n dt h ed e s i g no fn e t w o r ks y s t e mr e q u i r e m e n t sa r ea l s oi n c r e a s i n g t h eo s e k s p e c i f i c a t i o np r o p o s e di st oi m p r o v es o f t w a r e sr e u s a b i l i t y , a u t o m o t i v es y s t e m s s c a l a b i l i t y a n dp o r t a b i l i t y , a n dt op r o v i d eau n i f i e ds t a n d a r di n t e r f a c eo fs o f t w a r ed e v e l o p m e n t t h e p r o p o s e do ft h i s s t a n d a r dh a sg r e a ts i g n i f i c a n c eo nt h ed e v e l o p m e n to fa u t o m o t i v e a p p l i c a t i o n s t h e r e f o r e , t h er e s e a r c ho fi m p l e m e n t i o no fo s e kn e t w o r km a n a g e m e n t s t a n d a r d i z ei si m p o r t a n t t h em a i nw o r ko ft h i sp a p e ri sa sf o l l o w s ： f i r s t ，o v e r v i e w e dt h el a t e s td e v e l o p m e n t so ft h ea u t o m o t i v ee l e c t r o n i c sa n dn e t w o r k t e c h n o l o g y i n t r o d u c e dt h ec a nb u sp r o t o c o la n dt h eo s e k v d xs t a n d a r d ，a n d s u m m a r i z e dt h es t a t u so fd o m e s t i ca n df o r e i g nr e s e a r c h s u m m a r yd e s c r i b e dt h ef e a t u r e so f c a nb u s ，h i e r a r c h i c a ls t r u c t u r e ，t h ef r a m et y p ea n dt h e r u l e so ft h eo r g a n i z a t i o n a n a l y s i s e dt h ea r c h i t e c t u r eo fo s e ks t a n d a r d ，a n dr e s e a r c h e di t ss t r u c t u r eo fo p e r a t i n g s y s t e mo s ，c o m m u n i c a t i o ns t a n d a r da n dn e t w o r km a n a g e m e n ts t a n d a r d s u m m a r i z e dt h e f e a t u r e sa n df u n c t i o n so ft h e o p e r a t i n gs y s t e m d e s c r i b e dt h em e s s a g ep r o p e r t i e so f c o m m u n i c a t i o ns t a n d a r d s ，t r a n s m i s s i o nm o d ea n dl i m i t e dc o n t r o lm e c h a n i s m sd e a d a n a l y s i s e dn o d em o n i t o r i n g ，c o n f i g u r a t i o nm a n a g e m e n ta n dt i m ec o n t r o lm e c h a n i s mo f d i r e c tn e t w o r km a n a g e m e n ts t a n d a r d s e c o n d l y , t os o l v et h er e d u n d a n tp r o b l e mo fn o d es t a t e st r a n s i t i o n i no s e kd i r e c t n e t w o r km a n a g e m e n t ，a ni m p r o v e dm e t h o do fs t a t e st r a n s i t i o nw a sp r o p o s e db a s e do nt h e o s e kn ms t a n d a r d t h er e a c t i o nt i m eo fs y s t e mi n i t i a l i z a t i o nw a sr e d u c e de f f e c t i v e l yb y e l i m i n a t i n ga n dm e r g i n gr e d u n d a n tn o d es t a t e s t h e n t h es t r u c t u r eo ft h en e t w o r k m a n a g e m e n tp r o t o c o ld a t au n i tm a p p i n gt ot h ec a n d a t af r a m ea n dt h ea l g o r i t h mo f a l i v e , r i n g ，l i m p h o m em e s s a g ew e r ed e s i g n e d ，t h ed e s i g nm e t h o do fn e t w o r km a n a g e m e n ta n d t h es e t t i n g so fn o d e s t i m e ra n dc o u n t e rv a l u e sw e r eg i v e na n dt h eo s e kn e t w o r k m a n a g e m e n tw a si m p l e m e n t e di nt h ea u t o m o t i v ec a ns y s t e m s f i n a l l y , t h es y s t e mi s v e r i f i e df e a s i b l eb ys i m u l a t i o no nt h ec a n o e k e y w o r d s ：v e h i c l ec o n t r o ls y s t e m ；c a n b u s ；ose k ；d i r e c tn e t w o r km a n a g e m e n t ； c a n o e ； i - 致谢 在导师张利教授和张本宏副教授的悉心指导和帮助下我顺利完成本论文的 写作，在此，谨向两位老师致以深深的敬意和感谢! 在从部队回母校攻读研究 生期间，导师张利教授无论从学业、工作还是生活上都给了我莫大的帮助，帮 助我克服了很多的困难。在学术研究上，张利老师教给我很多知识，帮助我补 充在部队忘记的的知识，并给我很多建议；在工作上，张老师高标准严要求， 并且给我们创造很多锻炼的机会，使我们不仅在学术上有研究成果，而且积累 丰富的工作经验；在生活上，张老师不仅在我困难时给予我莫大帮助，平时一 点一滴的教育我们，要做一个正直无暇并且积极进取的人。张老师不仅是我们 的导师，更是我们前进路上的指引者，帮助我们学习进步，指导我们做人，在 此向张老师深深地鞠一躬，张老师谢谢您! 在这三年里，我的每一步成长都凝 结了您的汗水，我在学习和研究工作中取得的每一点进步和成绩，都凝结着您 大量的心血。给您添了不少的头疼和麻烦，您从来都是以宽广的胸怀的温柔的 言语教导我，在您身上，我学到了很多很多，谢谢您! 衷心感谢实验室的张本宏和王跃飞副教授给我的指导和帮助，为我的学习 研究创造了很多条件和学习机会。张本宏副教授在我攻读硕士研究生期间帮助 我克服很多学术难题，充实我不懂的技术知识。在小论文发表期间，张老师百 忙之中抽出时间对我进行悉心指导，帮助我完成了核心论文的撰写，再次衷心 感谢张本宏老师! 两位老师在我的论文写作期间给我提出了很多宝贵建议和意 见，不厌其烦的帮助我克服各种困难，使得论文能够如期完成。 感谢在实验室里一起共同奋斗的同学，谢敬芝、彭亚丽、许垫、李县军、 刁新超、崔世辉、王为、朱明等，和他们一起学习一起工作的美好时光令我终 身难忘。 感谢分布式控制研究所的所有成员，特别是汽车电子组的成员，他们不仅 仅使我感受到团队的力量，也使我感受到生活的充实和愉悦。实验室就像是一 个温暖的大家庭，张老师是我们永远温暖的大家长，我会永远珍惜这段美好的 时光! 永记各位老师和同学的帮助! 在此还要感谢我的父母，感谢他们对我的支持、理解、鼓励和帮助，他们 以无私的爱和信念支持着我的学业，关心和照顾我的生活，向他们表示最真挚 的感谢和敬意! 最后，谨向百忙之中抽出宝贵时间评审本论文的各位专家、教授致谢! 作者：路园 2 0 1 1 年4 月 - 目录 第一章绪论l 1 1 研究背景及意义1 1 1 1 汽车网络协议的发展1 1 1 2o s e m x 标准的提出与发展3 1 2 国内外研究现状4 1 2 1c a n 总线的研究现状：4 1 2 2o s e k v d x 标准的研究现状4 1 3 本论文的课题背景与研究内容7 1 3 1 课题背景7 1 3 2 研究内容7 1 4 本章小结7 第二章c a n 协议与o s e k 标准概述9 2 1c a n 总线9 2 1 1c a n 总线特点9 2 1 2c a n 总线的分层结构1 l 2 1 3c a n 总线的帧的类型1 2 2 1 4c a n 总线的组织规则。1 7 2 2o s e k v d x 标准简介1 8 2 2 1o s e ko s 标准简介1 9 2 2 2o s e kc o m 标准简介2 1 2 2 3o s e kn m 标准简介2 3 2 3 本章小结2 7 第三章汽车c a n 系统网络管理消息算法2 9 3 1c a nn m 消息结构设计2 9 3 2 汽车c a n 系统直接n m 逻辑环设计3 1 3 2 1 逻辑环的建立3 1 3 2 2 逻辑环的稳定运行3 2 3 2 3 逻辑环上增加节点3 2 3 2 4 节点离线3 2 3 3c a nn m 消息算法3 3 3 3 1a l i v e 消息算法3 3 3 3 2r i n g 消息算法3 4 3 3 3l i m ph o m e 消息算法3 5 3 4 本章小结3 6 第四章汽车c a n 系统的网络管理层设计3 7 4 1 汽车c a n 系统网络管理层设计3 7 4 1 1 系统网络管理层设计3 7 4 1 2 汽车c a n 系统节点的n mn o r m a l 状态3 9 4 1 3 汽车c a n 系统节点的睡眠( b u s s l e e p 状态) 4 0 4 1 4 汽车c a n 系统节点的l i m ph o m e 状态4 1 4 2 计时器设置4 1 4 2 1 定时器设置4 1 4 2 2 计数器设置4 2 4 3 本章小结4 2 第五章基于c a n o e 的系统仿真与实验4 3 5 1 系统的拓扑结构模型与测试平台4 3 5 1 1c a n o e 简介：4 3 5 1 2 汽车c a n 系统的拓扑结构模型4 3 5 1 3c a n o e 的仿真环境：4 4 5 2 仿真实验及结果分析4 4 5 2 1 仿真实验。4 4 5 2 2 结果分析4 8 5 3 本章小结。4 8 第六章总结与展望4 9 6 1 论文的工作总结4 9 6 2 下一步工作4 9 参考文献5 1 攻读硕士学位期间发表的论文和获奖情况一5 5 插图清单 图1 1 汽车电子系统1 图2 1 基本结构9 图2 2c a n2 0 的分层结构和功能1 2 图2 3c a n2 0 数据帧的组成图1 3 图2 - 4 数据帧标准格式中的仲裁域结构一1 3 图2 5 数据帧扩展格式中的仲裁域结构。1 4 图2 - 6 远程帧的格式。15 图2 7 错误帧的格式16 图2 - 8 超载帧的格式16 图2 9 帧的仲裁过程一1 7 图2 10o s e k 模型18 图2 1 1 任务的模型：1 9 图2 1 2o s e kc o m 发送及接收消息的模型2 2 图2 1 3 网络管理的环境“2 3 图2 1 4 逻辑环传输应用程序数据的机制2 5 图3 - 1 消息地址到c a n 协议格式上的编码过程2 9 图3 2c a nn m 消息的格式2 9 图3 3 逻辑环结构。3 1 图3 4a l i v e 消息算法3 4 图3 5r i n g 消息的算法。3 5 图3 - 6l i m ph o m e 消息的算法3 5 图4 1n m 标准定义的状态转换3 7 图4 2 汽车c a n 系统的状态转换3 8 图4 3n o r m m 状态下节点接收到消息的处理流程一4 0 图5 1 汽车c a n 系统结构的网络拓扑图4 4 图5 2 汽车c a n 系统的c a n o e 仿真环境4 4 图5 3n mn o r m a l 与n mn o r m a l + s l e e pi n d i c a t i o n 状态间转换4 5 图5 4 节点被跳过4 5 图5 5 睡眠模式的仿真4 6 图5 - 6 睡眠中断4 7 图5 7 系统唤醒。4 7 图5 8l i m ph o m e 状态转入l i m ph o m e + s l e e pi n d i c a t i o n 状态的仿真4 8 表格清单 表1 1 汽车常用总线的比较2 表1 - 2 汽车网络技术2 表1 3s a e 对汽车网络主流协议的分类3 表2 1i s o o s i 基本参照模型1 1 表2 2 数据长度码中数据的字节数目编码表一1 4 表2 3 计数值及其对应的错误状态。16 表2 - 4 网络管理协议数据单元2 5 表2 5n m p d u 到c a n 总线的映射k 2 6 表2 6 直接n m 操作码类型2 6 表2 7 定时器2 7 表3 1c a nn m 消息的结构3 0 表3 2n m p d u 中系统和错误的状态3 0 表5 1 仿真实验内容4 5 第一章绪论 1 1 研究背景及意义 自从1 9 0 0 年第一辆福特汽车下线，在之后的汽车发展史上由简单的全手动操作汽 车，发展到全力深入研究探索全自动无人驾驶的技术，汽车电子在汽车技术发展中扮 演了很重要的角色，为汽车的设计带来新概念【l 】。同时汽车电子技术的发展进步决定 汽车自动化的程度，因此智能化的发展迫在眉睫。嵌入式系统已经深入到汽车电子技 术上，为汽车电子技术的发展做出重要贡献。汽车电子系统的划分示意图是由国际 著名的厂商瑞萨科技( r e n e s a st e c h n o l o g y ) 提出，如图1 1 所示。 眨嗣墨窭图 滋圈 艇乐、墨务 移动强傻 镥曩处麓 翻鸭导魑藕赢 皖卫四 教囊缓。久舀 复垒谲投嬲j 毫纛纛撵钢j 譬震嵇祝麓麓“ 罄霹滋翻 谬葛蒙笔蒌渊 貔j ， o 伊，墓7 秀+ 动力麓秘荔 l 夏麓曩盈 鬓“划时蝴?，氍蕊l 拊焉 象赞美控钧一 镛巍好控铹 鞔黪搬麓鬟每锄率门控爨煮 圆至锄 一安垒鼍纛二 j 御 搿稳定镁； 二锨髓油纠腻， 毒幼率囊控甓 图1 - 1 汽车电子系统 第一台微控制器成功嵌入发动机的电子控制模块后，汽车中的微控制器嵌入量越 来越多，一些高级轿车中使用多达7 0 个微控制器，已占整车成本的5 0 以上【2 1 ，这样 生产出的汽车在质量、安全和效率较传统汽车更有优势。但是如何实现资源共享减少 资源浪费、如何实现模块化设计增强移植性、如何实现智能诊断增强安全性等问题日 益突出。汽车网络技术的出现能够简化汽车中的智能传感器等元件的互联、实现资源 信息的共享，并且使电子控制单元之间能够进行信息交换。汽车网络技术【3 】优点是： 在统一应用层的协议和数据定义基础上可以成为一个“开放式系统 ，具有很大的灵 活性。对于任何符合上述协议的供应商生产的控制单元都可以加入该网络系统或从网 络系统中拆除，不需要任何硬件和软件的修改，符合现代汽车平台式设计的理念。因 此，汽车电子采用汽车网络化设计可以大大降低设计的成本。 1 1 1 汽车网络协议的发展 汽车网络技术的发展进程中，很多汽车厂商及研究所指定了不同的网络标准和协 议，如控制器局域网c a n ( c o n t r o l l e ra r e an e t w o r k ) 、高速容错网络协议f l e x r a y 、 局部互联网l i n ( l o c a li n t e r e o n n e c tn e t w o r k ) 、媒体定向系统传输m o s t ( m e d i a o r i e n t e ds y s t e mt r a n s p o r t ) 以及是飞机内部时分制指令响应式多路传输数据总 线1 5 5 3 b ( m i l s t d 1 5 5 3 ) 等，最常用的汽车网络协议是前三种，即c a n 协议、 f l e x r a y 协议和l i n 协议。汽车常用总线的比较见表1 1 所示。 表1 - 1 汽车常用总线的比较 总线应用领域最大传输率费用 实用性 c a n动力、车身1 m b i t s中等 很好 l i n 速率慢和安全性要求不高 2 0 k b i t s低 很好 m o s t信息娱乐和多媒体系统2 5m b i t s 非常贵好 f l e x r a y安全系统和x - b y w i r e l0 m b i t s 贵0 5 年后的产品 1 5 5 3 b车身控制1 m b i t s 虫 军用员 c a n 总线在安全、电控、动力等系统中应用广泛；l i n 总线特点是成本低廉并且 可以灵活配置，主要应用于传感器和执行器等；为车联网设计的f l e x r a y 总线，在安 全控制和线控系统应用广泛【4 】。近年来，汽车设备的增加、设备之间相互关系的 复杂度增大、各种信号功能和实时性的要求增多，实时性、可靠性和高效性的 要求已不能靠简单单一的网络结构来满足，因此，分布式网络及相应的标准已 成为汽车电子发展方向和研究对象。 依照由低至高顺序以及汽车网络的系统性能，汽车网络技术被汽车工程师 协会( s a e ) 分为a 级、b 级和c 级，如下表所示。 表1 - 2 汽车网络技术 传感器以及执行器这种类型的通讯总线的应用网络技术为a 级，l i n 总线 为a 级的代表，速率范围为1 1 0 k b p s 。此级的网络技术主要在成本的价格、数 据的传输的速度以及实时性并且可靠性要求比较低的应用场合。电子控制单元 间的通讯总线为b 级，c a n 总线和j 18 5 0 总线为代表属于中速总线，速率在 10 - 2 5 0 k b p s 范围内。由于作为面向独立模块之间的数据共享中速网络，应用主 要在实时性的要求并不高的电子的车辆中心以及故障诊断等通信领域，可以对 冗余的传感器和其他的电子部件的减少作出贡献。高速、实时及大数据量的传 输的设备间的通讯的总线为c 级，高速c a n 总线、t t c a n 总线、f l e x r a y 总 线为代表属于高速总线，通讯速率高于5 0 0 k b p s 。车身的通讯系统一般采用l i n 和c a n 和j 1 8 5 0 总线，动力系统和安全系统一般用5 0 0 k b p s 的c a n 总线，安 全系统和主动悬架一般用f l e x r a y 总线。 2 目前已不能单纯依靠a b c 级来划分更多的新协议。对功能和位的传输的速 率等因素进行综合的考虑以及沿袭s a e 的分类，现有的汽车的通讯的网络大致 上可以划分成以下5 类，新增加d 级和e 级这两级网络【5 】。d 级的网络主要面 向于多媒体和导航系统等，应用于此类网络的主流协议有d d b ( d o m e s t i cd i g i t a l b u s ) 的协议与m o s t ( m e d i ao r i e n t e ds y s t e m st r a n s p o r t ) 的协议。e 级的网络主 要为面向乘车员的安全系统的网络，在车辆的被动安全性领域进行应用，应用 于此网络的协议为b y t e f l i g h t 协议等等。e 级网络的应用的领域可以存在可能两 条或以上的总线。按照s a e 标准分类的汽车网络的主流协议如表1 3 所示。 表1 - 3s a e 对汽车网络主流协议的分类 1 1 2o s e k v d x 标准的提出与发展 作为汽车的核心技术在整车网络系统的开发中汽车网络技术还没有统一的标准 缺乏移植性和兼容性。汽车网络技术的蓬勃发展给汽车工业带来很大进步，但是 汽车网络技术中网络节点的安全可靠性成为问题，网络上的节点突然掉线，会使需要 与此节点通信的其它节点空等待，浪费资源【6 1 ，因此迫切需要一个安全可靠的网络管 理系统，能够保障节点之间通信的安全性可靠性，以此保障汽车网络安全运行。同时， 由于汽车工业的不断发展，嵌入式产品大量使用，在开发和调试软件上花费大量工作， 导致开发周期长，效率慢。因此为了解决这些问题，o s e k v d x 标准应运而生，保证 电子控制单元( e l e c t r i cc o n t r o lu n i t ，e c u ) 间通信网络的安全性和可靠性是 o s e k v d x 标准的主要任务【7 j 。 1 9 9 3 年，b m w 、b o s c h 、d a i m l e r - c h r y s l e r 、o p d 、s i e m e n s 和v w 这些德国汽车制 造商协商同意在适合汽车应用并且具有通用性的实时分布式操作系统规范化合作。由 德国的k a r l s r u h e 大学对此项目进行协调，名称为“o f f e n c es y s t e m eu n dd e r e n s c h n i t t s t e l l e nf u rd i ee l e k t r o n i ki mk r a f t f a h r z e u g ，简称o s e k 。同时法国汽车p s a 和 r e n a u l t 联手开发了v d x ( v e l l i c l ed i s t r i b u t e de x e c u t i v e ) 系统，于1 9 9 4 年合并两个项 目，成立o s e k v d x 协会，共同制定技术标准。o s e k v d x 展示了汽车制造商的要求 技术和商业。该标准用于汽车控制器的开放式系统及其相应的接口【8 】。o s e k v d x 标准( o s e k v d x ，o p e ns y s t e m sa n dt h ec o r r e s p o n d i n gi n t e r f a c e s f o ra u t o m o t i v e e l e c t r o n i c s v e h i c l ed i s t r i b u t e de x e c u t i v e ) 为了减少重复劳动的工作量以及重用编码的 数量，对应用程序接e i a p i ( a p p l i c a t i o np r o g r a mi n t e r f a c e ) 做了定义，产生了操作系 统【9 】( o s e ko p e r a t i n gs y s t e m ，o s e ko s ) 、通信【1 0 】( o s e kc o m m u n i c a t i o n , o s e kc o m ) 和网络管理( o s e kn 咖o f km 锄a g 锄e 咄o s e kn m ) 三个标准。o s e k d x 标准在 不同的设计中可重用编码和专业的技术，同时使用通用的接口标准，可以明显节约工 业生产的设计成本。并且此标准提供了网络嵌入式系统的开发规范，提高了汽车软件 的开发效率，同时能够使汽车行业的软件兼容。目前，汽车制造商都高度评价应用 o s e k 标准的软件产品。 1 2 国内外研究现状 1 2 1c a n 总线的研究现状 目前，国内外关于c a n 总线的研究如下： ( 1 ) 完善现有协议、提出新协议及其标准化。1 9 9 1 年发表c a n 2 0 的规范后，基于 c a n 2 0 的各种新协议都相继提出。1 9 9 3 年道路交通的运输工具一数据信息的交换一 c a n 国际标准i s 0 11 8 9 8 颁布，并且不断完善。2 0 0 3 年i s 0 11 5 1 9 标准发布，此标准包括 四个方面的内容，即：数据链路层、物理层、高速媒体的存取单元、容错c a n 的物理 层以及时间的触发通讯。 ( 2 ) 设计和开发c a n 总线芯片。确定c a n 总线协议的内容后，1 9 8 7 年i m e l 研发了 第一个c a n 协议的硬件实现叫a n 控制器芯片8 2 5 2 6 。p 1 1 i l i p s 半导体紧跟其后推出 c a n 控制器芯片8 2 c 2 0 0 。 ( 3 ) 研究c a n 总线的应用。b e n z 、b m w 、p o r s c h e 、r o l l s r o y c e 和j a g u a r 等高级轿车内部的控制系统以及检测和执行机构之间数据的通信都通过c a n 总线来 实现。并且c a n 总线应用已经不再局限在汽车行业中，而向更大的领域发展。 ( 4 ) 研究基于c a n 总线的e c u 开发。 目前汽车行业基于c a n 总线应用较多的网络协议和标准有j 1 9 3 9 协议以及 i s 0 1 5 7 6 5 标准【1 2 1 。i s 0 1 5 7 6 5 标准能够符合现代汽车的网络总线系统发展趋势， 已经有很多汽车厂商采用此标准，它会成为未来的汽车行业的通用诊断协议。 国内和国外在c a n 总线的研究与应用差距体现如下： ( 1 ) 国内汽车工业起步晚，真正的核心技术掌握的晚，技术研发比较慢，最新的技 术研究比较落后。 ( 2 ) 国外一直对c a n 总线的网络研究进行技术封锁，国内起步较晚，技术更新跟不 上。 为了在世界的汽车工业发展中崛起，我国必须对汽车电子增强研究，开发出具有 我国自主知识产权的汽车电子产品。 1 2 2o s e k v d x 标准的研究现状 1 2 2 1o s e k v d x 标准的国内研究现状 o s e k v d x 标准总结了国际汽车工业先进的汽车软件开发技术，基于此标准的汽 车软件都有良好的移植性及扩展性，可以实现软件的移植与重用。o s e k v d x 标准标 准化了不同结构e c u 的接口特征，有效地提高了软件的开发效率，同时提高了软件质 4 量。o s e k v d x 标准通过了i s o 组织的审议，马上将成为汽车软件开发的国际通用标 准。在我国，符合o s e k v d x 标准的汽车电子嵌入式平台的开发及关键技术的研究已 经作为“十五”期间8 6 3 计划的重大研究项目。研究开发符合o s e k v d x 标准的汽车 电子软件，对于我国汽车行业能够顺利的发展并且打入到国际市场，是我国汽车工业 面临的一个重大挑战。我国对此标准的研究还处于初级阶段，但是，国内各大高校都 在深入研究o s e k v d x 标准，并且研究此标准如何应用于汽车及其相关的行业中。目 前，已经有国外一部分公司开发出符合o s e k v d x 标准的集成环境，比如美国公司开 发的o s e k w o r k s 、o s e k t u r b o 、n u c l e u so s e k 以及德国公司开发的o s c a n 等。但是由 于商业利益的驱使这些公司不提供核心技术的源代码，只出售其相关产品，但其价格 都比较昂贵。因此为了能够节省开发成本并且提高汽车软件的质量，我国还要继续研 究o s e k v d x 标准及其应用。o s e k v d x 协会发展至今已有6 0 多家企业加入，其中包 括了德国、法国、美国和日本的公司，但是我国并没有公司加入到这一体系中。 清华大学对o s e k v d x 标准展开深入研究，研究成果有三个平台、一个控制器和 t h o s e k 网络管理系统。其中智能技术与系统国家重点实验室研究了基于o s e k 标准 的车用分布式系统实时诊断平台，研究一对多节点的分布式控制系统，在c a n 的网络 环境下构造符合o s e k v d x 标准的分布式汽车电子开发平台【l3 1 ，此平台能够进行在线 测试和性能评价，方便了用户的分布式软件开发的在线测试和修正。同时此实验室深 入分析嵌入式软构件【j 7 1 ，设计了符合o s e k 标准的车用嵌入式软构件【1 4 】；清华大学还 研发出开放式的汽车控制平台o p e n e c u 。对于此系统要求的模型设计、硬件独立及高 可靠性，设计了一个符合o s e k 标准的系统架构【15 1 。该系统主要依据o s e ko s 标准进 行设计，能够进行软件调试和诊断；汽车安全与节能国家重点实验室研究出符合o s e k 标准的燃料电池客车控制器，以o s e kt u r b o 为软件平台，控制器实现了整车的管理、 各组件节点的协调、故障诊断和处理【l 卅；同时清华大学正在研究t h o s e k 车用网络 管理系统。t h o s e k 网络管理系统符合o s e k 直接网络管理标准，其网络管理组件采 用面向对象的方法设计，参与网络管理通信的节点用对象n mh a n d l e r 表示。 n mh a n d l e r 对象记录本节点和网络中与之通信的其它节点的行为与状态。并且， n mh a n d l e r 管理直接网络管理消息的处理函数、发送与网络同步的消息并且管理节点 互相监控所需的警报，同时提供a p i 接口。但是该系统过分依赖操作系统，占用了大 量的处理器资源，容易造成资源死锁等状况。该产品目前仍在进行研究测试，没有研 发出真正意义上的产品【1 7 j 。 浙江大学提出了基于o s e k v d x 标准的车控电子产品的开发流程【1 8 】，同时研究符 合o s e k v d x 标准的动态网络管理的汽车网络【1 9 】，提出一种基于o s e k 直接网络管理 标准的动态网络框架，当前测量的网络负载切换到网络动态管理模式。浙江大学e s e 中心依据o s e k 标准设计了s m a r t o s e k 系统，但是尚未完全实现o s e k 网络管理的部 分。 中国科学院与奇瑞汽车着手研究符合o s e kc o m 标准的车身控制平台【i 】，设计符 5 合o s e kc o m 标准的l i n 总线应用软件，并在自主开发的c a n l i n 总线车身控制平台 上通过实验验证此软件功能的可靠性。此软件简化了o s e kc o m 标准中的任务数量， 只实现了其中4 个任务，他们的研究也刚刚起步。 华中科技大学设计出以o s e k v d xo s 标准为基础的嵌入式汽车仪表系统中央控 制器。软件以| ic o s i i 为实时操作系统内核，用l i n 总线来进行通讯，c a n 总线则用 来交换数据并且发布控制命令，实现了汽车仪表系统数字化【2 0 1 。 太原科技大学与吉利汽车研究院合作并且共同研究o s e