（电工理论与新技术专业论文）sae+j1939网络管理协议的实现及应用研究.pdf

a b s t r a c t a b s t r a c t s a ej19 3 9p r o t o c o l i sac a n2 0 bb a s e ds e r i a lc o m m u n i c a t i o na n dc o n t r o l l i n g p r o t o c o l ，a n di sw i d e l yu s e do nl a r g ev e h i c l e si ne u r o p ea n dn o r t h e r na m e r i c a t h i s t h e s i sm a i n l yc o n c e r n st h er e s e a r c ha n di m p l e m e n t a t i o no nt h ej19 3 9n e t w o r k m a n a g e m e n tp r o t o c 0 1 t h er e s e a r c ha n di m p l e m e n t a t i o no ft h ej19 3 9n e t w o r km a n a g e m e n tp r o t o c o li s a c c o m p l i s h e db yu s i n gt h ee x p e r i m e n t a lp l a t f o r mo fc a nn o d e s t h ed e s i g no ft h e d r i v e ra n dh a r d w a r ec i r c u i to ft h ec a nn o d ei s s i m p l yi n t r o d u c e d t h en e t w o r k m a n a g e m e n tp r o t o c o li sm a i n l ys t u d i e da n dt h ep r o t o c o ls t a c ks o f t w a r ei sp r e s e n t e d i no r d e rf o rt h e s a ej 19 3 9 p r o t o c o lt ob ei m p l e m e n t e d , t h ee l e c t r i cv e h i c l e c o m m u n i c a t i o nn e t w o r km o d u l ei se s t a b l i s h e d t h es t r u c t u r eo ft h ee l e c t r i cv e h i c l e s y s t e ma n dt h ef u n c t i o no ft h ep a r t sa r ed e s c r i b e di nd e t a i l ，t h ei d e n t i f i e ro ft h e e l e c t r i cv e h i c l em e s s a g e si sd i s t r i b u t e da n dt h ec o m m u n i c a t i o no ft h ee l e c t r i cv e h i c l e i si m p l e m e n t e d i no r d e rt oi m p r o v et h er e a lt i m ep e r f o r m a n c e so ft h ev e h i c l en e t w o r ka n df o r b e t t e ru t i l i z a t i o no ft h eb a n dw i d t h ，t h ea p p l i c a t i o no ft h ee e d fs c h e d u l i n ga l g o r i t h m t ot h eh y b r i de l e c t r i cv e h i c l es y s t e mi ss t u d i e d n ee e d fs c h e d u l i n ga l g o r i t h mi s b r i e f l yi n t r o d u c e d ，a n dav i s u a lb a s i cs o f t w a r ei sp r e s e n t e dt oi m p l e m e n tt h ee e d f s c h e d u l i n ga l g o r i t h m t h e r e s u l to ft h es c h e d u l i n gs h o w st h a tt h en e t w o r k p e r f o r m a n c eh a sb e e ni m p r o v e d a st h es a ej 1 9 3 9p r o t o c o li sg e t t i n gm o r ea n dm o r ep o p u l a rw i t h i nt h ec h i n e s e a u t o m o b i l ei n d u s t r y , t h er e s e a r c ho ft h i st h e s i sw i l ls e r v e g o o dp r a c t i c a lp u r p o s e s k e yw o r d s - s a e j 19 3 9p r o t o c o l ，n e t w o r km a n a g e m e n t ，e l e c t r i cv e h i c l e ，e e d f 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和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得苤生态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己在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 靴论文作者始雀柄签字眺卅年占叫日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解墨盗盘鲎有关保留、使用学位论文的规定。 特授权苤洼盘堂：可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学僦文储躲帝橱 盛郑期：习年玉月乡l e l 导师躲冽够渤 签字日期唧年f 月事j 日 第一章绪论 第一章绪论 1 1s a ej 1 9 3 9 协议的发展历程 随着对汽车驾驶的安全性、舒适性、功能性等方面要求的不断提高，以及汽 车电子技术的迅猛发展，汽车上电控单元( e c u ) 的数量越来越多，这些e c u 之间往往需要进行大量可靠的以及能满足汽车实时控制要求的数据通信。目前在 众多的通信总线中，c a n 总线以其高速率、高可靠性等特点，获得了广泛的应 用，并且成为新型汽车e c u 通信的首选。 c a n 最早是由德国b o s c h 公司为解决现代汽车中的控制与测试仪器之间的 数据交换而开发的一种数据通信协议。c a n 协议中每一帧的数据量都不超过8 个字节，以短帧多发的方式实现数据的高实时性；c a n 总线的纠错能力非常强， 从而提高数据的准确性；同时c a n 总线的速率可达到1 m b p s ，是一个真正的高 速网络【2 】。c a n 总线具有如下优点： 1 ) 用低成本的双绞线代替了汽车内昂贵的导线，并大幅度减少了用线数量。 2 ) 具有快速响应时间和高可靠性，适合于实时性要求高的场合。 3 ) c a n 芯片可以抗高温和高噪声，并具有较低的价格。 目前c a n 总线的研究及应用已日趋成熟，并发展了t t c a n 技术。o b e r m a i s s e r , r 介绍了基于时间触发机制的c a n 总线在机动设备中的应用【l 】；s i n a ny a l d o 和 s y e dm a s u dm a h m u d 设计并实现了一种容错的t t c a n 系统，并探讨了其相关问 题 2 1 ；c h r i sq u i g l e y 等详细介绍了t t c a n 技术，并实现了其在a t m e l 单片机中的 应用【3 1 ；m i k es t a s z e l 等设计了一种基于c a n 总线的廉价实用的声卡系统，并将其 应用在m p 3 上【4 】。 随着c a n 在各种领域的应用和推广，对其通信格式的标准化提出了要求。 1 9 9 1 年9 月，p h i l i p ss e m i c o n d u c t o r s s z j 定并发布了c a n 技术规范( v e r s i o n2 o ) 。 该技术包括a 和b 两部分。c a n2 0 a 给出了c a n 报文标准格式，而c a n2 0 b 给出 了标准的和扩展的两种格式。1 9 9 3 年1 1 月，i s o 颁布了道路交通运输工具数据 信息交换高速通信局域网( c a n ) 国际标准i s 0 1 1 8 9 8 ，为控制局域网的标准化 和规范化铺平了道路。美国的汽车工程学会s a e 于2 0 0 0 年提出的j 1 9 3 9 ，成为货 车和客车中控制器局域网的通用标准【5 】【6 1 。 s a ej 1 9 3 9 协议是一种基于c a n 总线的通信协议，它对汽车内部e c u 的地址 第一章绪论 配置、命名、通讯方式以及报文发送优先级等都作了明确的规定，并且对汽车内 部各个具体的e c u 通讯作了详细的说明。s a ej 1 9 3 9 协议是目前在大型汽车中应 用最广泛的应用层协议，它具有如下特点【7 】 1 ) 以c a n 2 0 b 协议为基础，物理层标准与i s 0 1 1 8 9 8 规范兼容并采用符合该规 范的c a n 控制器及收发器。 2 ) 采用p d u ( 协议数据单元) 传送信息，每个p d u 相当于c a n 协议中的一帧。 由于每个c a n 帧最多可传输8 个字节数据，因此p d u 的传输具有很高的实 时性。 3 ) 采用c a n 2 0 b 的扩展帧格式的2 9 位标志符定义每一个p d u 的含义以及该 p d u 的优先级。 4 1s a ej 1 9 3 9 协议主要作为汽车中应用的通信协议，对汽车中应用到的各类参 数都进行了规定。参数的规定符合i s 0 1 1 9 9 2 标准。 1 2s a ej 1 9 3 9 协议的研究现状及展望 在现代轿车的设计中，c a n 总线已经成为必不可少的装置。奔驰、宝马、 大众、雷诺等汽车都采用了c a n 作为控制器联网的手段。据报道，中国首辆c a n 网络系统混合动力轿车已在奇瑞公司试装成功，并进行了初步试运行。在上海大 众的帕萨特和p o l o 汽车上也开始引入了c a n 总线技术。但总的来说，目前 c a n 总线技术在我国汽车工业中的应用尚处于试验和起步阶段，绝大部分的汽 车还没有采用汽车总线的设计，因而存在着不少弊端。 在国外很多汽车的电控单元都设有j 1 9 3 9 通讯接口，在国内j 1 9 3 9 标准几乎 还未得到应用，但已引起了汽车行业的普遍关注。各厂商努力使自己的产品与国 际接轨。中国单片机公共实验室联合北京英贝多嵌入式网络技术有限公司以及国 内著名的汽车设计厂商，共同设计开发了基于单芯片的j 1 9 3 9 网关芯片e m 2 0 0 3 系列产品。e m 2 0 0 3 可用于汽车数字化仪表等，其各项指标已达到了国际先进水 平。目前s a ej 1 9 3 9 的技术规范及软硬件开发测试平台已由中国单片机公共实验 室完成引进消化和部分技术的国产化工作，并对国内数十家汽车厂商的控制计算 平台提供技术支持和解决方案及顾问服判踟。 目前国外对s a ej 1 9 3 9 协议的研究已有了一定的规模。j i n r u in a n 等实现了 基于c a n 总线的s a ej 1 9 3 9 协议的故障诊断编码，并将其应用在电动车和卡车上 【9 】；m c c a n n ，r a 等将基于s a ej 1 9 3 9 协议的车辆网络系统应用在一种新的传感 器中【1 0 】；d i c k e ys r 和l ux y 将s a ej 1 9 3 9 协议应用在重型机动车辆的中【1 1 】； d h u m b u r g 分析了j 1 9 3 9 协议与农业发展的相关性【1 2 1 ；b l l u e b b e r i n g 将s a e 2 第章绪论 j 1 9 3 9 协议应用在发动机技术中【 j ；m a r ke z a c h o s 等研究t s a ej 1 9 3 9 在重型卡 车上的应用【1 卅；e d w a r dt h e c k 等详细介绍了j 1 9 3 9c a n 的广泛应用【1 5 】； m i s b a h u d d i n ，s 等研究的用于汽车多路技术的数据缩减算法，将s a ej 1 9 3 9 协议作 为最基本的协 2 ；【1 6 】；z h uy u a n 等以s a ej 1 9 3 9 协议为基础，采用一种新的协议实 现了在燃料电池车辆中网络的通信和控制【1 7 1 ；k e v i n 和d i c k s o n 采用j19 3 9 数据链 路层适配器对j 1 9 3 9 通信系统进行了诊断和监测【1 8 】。 国内对s a ej 1 9 3 9 协议的研究也有了很大的发展。陈家斌等将s a ej 1 9 3 9 数 据帧应用在发动机控制中1 1 9 。李永强等设计最小节点实现了基于s a ej 1 9 3 9 协议 的c a n 局域网的数据通信功制2 0 1 。刘耿等按照s a ej 1 9 3 9 网络通信协议，在车辆 动力传动一体化系统中建立了网络通信控制系统，实现了系统各节点间的高速数 据共享【2 1 1 。康新艳在论文中将s a ej 1 9 3 9 协议应用于局域网，实现了基于局域网的 实时控制【2 2 1 。汪宏杰在分析s a ej 1 9 3 9 协议模型和o s e k v d x 软件平台的基础上 提出了符合车身网络的通信协议模型和网络管理策略【2 3 1 。肖飞舟等参照s a e j 1 9 3 9 协议格式制定出适用于混合动力汽车( h e v ) 的应用层协议【2 4 1 。程军等研 究了基于s a ej 1 9 3 9 通信协议的机动车辆中a b s 控制器和变速器的各种数据的辨 识位和它们之间的通信过程【2 5 1 。耿振江基于c a n 协议和s a ej 1 9 3 9 协议，对汽车 电气系统中控制单元类电气设备的c a n 总线系统做了分析与规划【2 6 】。南金瑞参 照s a ej 1 9 3 9 制定了c a n 通信的数据帧格式，开发出了与j 1 9 3 9 进行通信的接口 站点，并提出了具体的实施方法【2 7 】。程晖在论文中提出了一种基于s a ej 1 9 3 9 协 议的能够满足燃料电池轿车实时性控制要求的通信网络【2 鄹。 s a ej 1 9 3 9 协议是在c a n 总线的基础上扩展形成的，其物理层和数据链路层 基本上沿用了c a n 总线规范，并增加了网络层、应用层和网络管理规范。相对 c a n 总线而言，s a ej 1 9 3 9 协议是一个更为完整的、适用于汽车电子网络的协议。 c a n 总线只包括物理层和数据链路层，是一个封装在通信控制器芯片内的通信规 范，而s a ej 1 9 3 9 协议则是汽车电子控制网络的应用规范。它包括2 5 0 k b p s ，双 绞线物理层规范，网络层、网络管理规范、车辆应用层、虚拟终端应用层、诊断 应用及诊断连接器等部分。用于卡车、公共汽车的控制与通信网纠2 9 】【3 0 】。 在汽车中采用高可靠性、高速率、低成本的c a n 总线通信方式是未来汽车 电器通信的主流。s a ej 1 9 3 9 协议更大限度的发挥了c a n 优异的性能，对于s a e j 1 9 3 9 协议的分析研究，可以推进c a n 通信总线在国内汽车通信中的应用，促 使国内汽车电子的研究进入新的发展阶段。随着国内汽车工业的蓬勃兴起和发 展，基于c a n 总线的s a ej 1 9 3 9 协议必以其优异的性能在国内汽车电器通信中 得到大力发展和广泛应用。 第一章绪论 1 3 论文的主要研究内容 本文主要研究了s a ej 1 9 3 9 协议的网络管理功能。网络管理的主要功能是名 称管理和地址管理等，其中动态地址管理能够极大的提高系统的灵活性，可广泛 用于电动车、拖车和农用车中。目前国内还没有对网络管理的相关研究，故本论 文的研究具有实际意义。 本文在实现c a n 节点通信的基础上，引入s a ej 1 9 3 9 协议内容，实现了s a e j 1 9 3 9 协议的网络管理功能，并将其应用在纯电动汽车和混合电动汽车中。其次， 为了提高车载网络的性能，引入e e d f 调度算法。具体研究内容主要包括以下几 个方面： 1 ) c a n 控制器控制模块的设计与实现。主要采用a t m e l 公司的8 9 c 5 2 作为 c p u ，外部扩展了m a x 8 1 3 看门狗及h d 7 2 7 9 键盘显示器接口芯片。c a n 总线通讯由s j a l 0 0 0 ，t a j a l 0 5 0 配合两个高速光藕来实现，用来完成数据通 讯和控制任务。 2 1 编写j 1 9 3 9 源程序。源程序主要包括j 1 9 3 9 初始化、j 1 9 3 9 轮询、j 1 9 3 9 地址 声明、j 1 9 3 9 请求地址声明、j 1 9 3 9 接收与发送报文等。 3 ) 引入j 1 9 3 9 协议内容。实现j 1 9 3 9 网络管理功能，允许多个e c u 之间报文通 信，并将j 1 9 3 9 协议应用在纯电动汽车和混合电动汽车中。 4 ) 研究混合调度算法在混合电动汽车中的应用。为了提高电动汽车系统的实时 性，改善其带宽利用率，引入e e d f 混合调度算法。主要采用v i s u a lb a s i c 编程工具设计了调度算法的分析软件，证明了其可行性。 4 第二章s a ej 1 9 3 9 协议的介绍 第二章s a ej 1 9 3 9 协议的介绍 s a ej 1 9 3 9 是一个高速通信网络，用来支持那些分布在车辆中的各种e c u 之 间的闭环实时控制。s a ej 1 9 3 9 协议在沿用c a n 2 0 b 标准的物理层和数据链路层 基础上，对车辆网络层、网络管理、应用层及应用层诊断等进行具体实施，定义 了系统的地址编码、节点名称和数据结构，设计了调度管理策略。这样，不同厂 家的产品可以接入统一网络系统实现数据共享。通过系统设计减少了电子系统的 线束和冗余的传感器，降低了造价，提高了系统的可靠性，也改善了系统的灵活 性 3 1 1 1 3 2 。 2 1s a ej 1 9 3 9 协议的网络分层 s a ej 1 9 3 9 的各层标准基本是按o s i 的相应层来制定的，并且每一层可以针 对特定的网络和应用版本制定不同的子标准。s a ej 1 9 3 9 主要用到o s i 的四个层： 物理层、数据链路层：网络层和应用层。网络管理协议是特别的子标准，它与 o s i 模型没有对应关系，主要是根据s a ej 1 9 3 9 特别的要求而制定的网络功能。 以下是对各层的相应介绍。 2 1 1 物理层 物理层是把一定数量的e c u 组成网络的电连接实现。e c u 的总数目受到总 线上电负载的限制，在个给定的网段，由于现行规格说明对电参量的规定，e c u 的最大数目固定在3 0 个。 这部分描述了用来与车辆网络实现通信的非车载诊断设备的连接器。该连接 器支持屏蔽双绞线传输介质( s a ej 1 9 3 9 1 1 ) 和非屏蔽的四芯电缆( i s o1 1 7 8 3 2 ) 。 对于s a ej 1 9 3 9 1 l ，信号线定义为c a nh 和c a nl ，用于屏蔽的第三条线定义 为c a ns h l o 。对于i s o11 7 8 3 - 2 ，第三条线没有连型3 3 1 。 2 1 2 数据链路层 数据链路层通过物理链接保证数据可靠传输。数据链路层主要定义了信息帧 的数据结构、编码规则，包括通信优先权、通信格式、通信要求、总线仲裁、错 误检测及处理。 5 第二章s a ej 1 9 3 9 协议的介绍 j 1 9 3 9 提供了完全的网络定义，该定义利用t c a n 协议中定义的2 9 位标识 符( c a n 扩展帧) 。数据链路层允许1 l 位标识符( c a n 标准帧) 的设备能够在 同一网络中运行，将其定义为专用报文，并给所有的信息定义优先权，允许两种 设备类型共存而不相互干扰。l l 位标识符定义能够保证它的使用者在同一网络 中共存而不冲突3 4 1 。数据链路层的具体功能将在下节详细介绍。 2 1 3 网络层 某些电子设备能够为车上不同的j 1 9 3 9 网络段提供通信服务，该层定义了这 些电子设备的要求和服务内容。当存在多个段时，网络连接e c u 必须能够将报 文从一个段传递到另一个段。网络连接e c u 可提供的功能包括：报文传递、报 文滤波、报文地址翻译以及报文重组。网络连接e c u 也必须要支持数据库管理， 以允许对内部数据库进行存取及配置。 网络层的主要功能就是将报文从一个段传递到另一个段上。最简单的功能就 是传递报文，这项功能可由中继器实现。网桥有报文滤波的功能。路由器使得一 个特定的车辆系统对于车辆的另一部分来说就象一个独立的设备，该功能是通过 地址翻译实现的。网关允许将参数重新打包成不同的报文组。同时网络层还具有 数据库管理功能，即对网络连接e c u 内部的数据库进行访问和配型3 5 】。 2 1 4 应用层 应用层提供了一个应用过程方法来访问o s i 环境，该层定义了管理功能和用 来支持应用进程的有用的装置。应用层包括车辆应用层、虚拟终端应用层、应用 层诊断、应用层可配置报文和应用层发电机 3 6 1 。 应用层诊断定义了一个用于车辆服务工具接口的诊断连接器，并且定义了 用于诊断服务的报文。在检修车辆时，诊断报文( d m ) 提供了所需要的应用。 在车辆运行过程中，通过网络连接的电控模块还可以根据所收到的信息，使用诊 断报文来报告诊断信息和进行相应的自补偿。诊断报文包含如下服务：定期广播 活性诊断故障代码、识别控制器诊断信号灯状态、读取或清除诊断故障代码、读 写控制模块存储器、提供安全功能、停止开始报文广播、报告诊断准备就绪以 及监测发动机参数数据等【37 1 。 2 1 5 网络管理协议 s a ej 1 9 3 9 网络管理主要负责源地址管理、地址与功能的关联和对网络相关 错误的监测和报告等。s a ej 1 9 3 9 网络管理是一个独立的实体，其内容贯穿了所 6 第二章s a ej 1 9 3 9 协议的介绍 有的层。为了识别和了解网络上其它e c u 的功能，网络管理协议定义了一套e c u 命名方法，目的一是提供对e c u 的功能描述，二是提供用于e c u 源地址仲裁的 数字值。 网络管理程序是指某些c a 为了集中管理网络而传递的报文和采取的措施。 网络管理协议的主要功能是地址管理和网络错误管理。网络管理报文可用于申请 网络中其它e c u 正在使用的地址和名称，还可以为e c u 声明地址，或通报不能申 请地址，或命令另一个c a 采用一个新地址。网络错误管理能够检测与地址有关 的错误，如报文在声明地址时失败。其它与地址有关的错误，如重复地址声明和 重复名称，可采用诊断工具通过使用地址声明请求来监测到f 3 8 】【3 9 】。 2 2s a ej 1 9 3 9 协议的通信原理 2 2 1s a ej 1 9 3 9 协议的编码规则 s a ej 1 9 3 9 通信协议是以c a n 总线通信协议为基础制定的，借用c a n 的信 息帧传递s a ej 1 9 3 9 的信息，也即利用c a n2 0 b 扩展帧的2 9 位标识符形成s a e j 1 9 3 9 的编码系统。表2 1 为c a n2 0 b 的扩展格式及j 1 9 3 9 协议的格式。 表2 - lc a n 2 0 b 及j 1 9 3 9 协议格式 a 埘扩展 s l l 位标识符 si 1 8 位扩展标识符 帧格式 ord c a n i d 位置【d 2 8 】d 1 8 1 7 一i d 0 fre 优先权p d p fp fp s源地址 j 1 9 3 9 帧格式 r 3 ，2 ，l p 8 32 ，l8 l8 1 j 1 9 3 9 帧位置 1 2 1 21 31 4 1 5 ，1 61 艺42 5 ，3 2 可以看出，s a ej 1 9 3 9 标识符包括p r i o r t y ( 优先权位) ，r ( 保留位) ，d p ( 数据页位) ，p d u f o r m a t ( p d u 格式) ，p d us p e c i f i c ( p d u 细节域) 和 s o u r c ea d d r e s s ( 源地址) 。而报文单元还包括6 4 位的数据场。 由图可知，c a n2 0 b 扩展帧格式和s a ej 1 9 3 9 通信协议的区别在于2 9 位识 别位。s a ej 1 9 3 9 的数据域与c a n 的数据域都是相同的。s a ej 1 9 3 9 是将c a n 2 0 b 扩展帧的2 9 位识别符或称标识符( i d ) 进行了重新定义，同时制定了相应 的数据定义。c a n 的标准格式变为s a ej 1 9 3 9 是通过协议数据单元( p r o t o c o ld a t a u n i t ，p d u ) 来实施和封装的。每个p d u 信息帧由7 个部分组成，结构为p 、r 、 7 第二章s a ej 1 9 3 9 协议的介绍 d p 、p f 、p s 、s a 、d a t a 。p d u 实际意义就是c a n 的2 9 位标识符加上数据。 其意义如下【4 0 】： 1 ) 优先权( p ) ：由3 位组成，即0 - 7 ，共8 级，其中0 最高、7 最低。一般面 向控制的信息优先级为3 ，面向数据信息的优先级为6 ，速度快的控制系统 则优先级高。 、 2 ) 保留位( r ) ：l 位，对发送信息总体，此位应清零。用于留待s a e 将来使 用。 3 ) 数据页( d p ) ：1 位，即0 和1 页。数据页用于扩展的参数组，目前定义的 参数组数( p g n ) 大部分定义在0 页。 4 ) p d u 格式( p f ) ：用于决定分配到数据域的参数组数( p g n ) 。有两种特定 的标识不同的参数p d u 格式，即p d u l 和p d u 2 。p d u l 格式可用于传递 c a n 数据帧到特定的目标地址( d a ) ，即某个e c u ；p d u 2 用于将c a n 数据帧传递到一个扩展参数组( g e ) ，即不是一个特定的地址。 5 ) 特定p d u ( p s ) ：它的定义取决于p d u 格式p f 。如p f 的值小于2 4 0 ，则 p s 定义为目标地址( d a ) ，这为p d u l 格式；如果p f 的值在2 4 0 到2 5 5 之间，则p f 定义为扩展组( g e ) ，即为p d u 2 格式。所以在实际应用中p s 要根据p f 的定义情况，要么定义为目标地址d a ，要么定义为扩展组g e 。 6 ) 源地址( s a ) ：它为8 位，在网络中每一个装置仅有一个源地址，并且是唯 一的，以确保c a n 标识符的唯一性。 7 ) 数据域：每个信息帧有8 个字节，最大字节总数为1 7 8 5 个。当待传送的数 据文件字节数大于8 时则用多个信息帧发送。而当传输速率大于1 0 次s 时， 则不允许多帧发送。 保留位、数据页、p f 和p s 值共同确定了被发送的参数组p g 。这些参数组 包括以下内容：每个报文中8 字节数据域内的参数分配、数据更新率和优先级。 之所以使用“参数组 这一术语，因为它们是某些特定参数的集合。参数数组 p d n 用来对参数组进行唯一的确定，p g n 实际上是将p f 、p s 进行组合，p g n 可用公式表达为：p g n = p f x 2 5 6 + p s 。每个数据页中总共可定义多达8 6 7 2 个不 用的参数组。 。 上述的p d u 可以用参数组数p g n 、优先权p 、源地址s a 和d a t a 来封装。 由于保留位r 一般定义为0 ，数据页d p 一般定义在0 页( d p = 0 ) ，所以当p s 取目标地址( d a ) 时，则p s = 0 ；当p s 取扩展组( g e ) 时，则p s - - g e 。 2 2 2s a e , 1 1 9 3 9 协议的地址和名称 网络中每个e c u 将至少有一个名字和一个与其相关的地址。e c u 的地址定 第二章s a ej 1 9 3 9 协议的介绍 义了一个特定的报文源头或目标，名称包括在该地址上的主要功能定义，而且在 同一网络中有多个具有同样功能的e c u 情况下，还要加上一项说明以指出那些 功能的应用场合。网络中可以有多达2 5 4 个具有相同功能的不同e c u 共存，每 个e c u 可由其地址和名称来识别。 为了使每个e c u 具有唯一的名称，j 1 9 3 9 定义了6 4 位的名称。名称确定了 e c u 所执行的主要功能，并且能够唯一地识别每个e c u ，即使网络中有多个相 同类型的e c u 亦如此。但是，使用一个6 4 位长的名称在正常通信中很不方便。 因此，一旦网络初始化完毕，每个e c u 利用一个8 位地址作为它的源识别符或 “把手，从而提供一种方法来唯一地访问网络中特定的e c u 。网络中的某个 e c u 可以有多个地址，而每个地址都有一个相关的名称。为了便于初始化以确 定网络中每个e c u 的地址，那些广泛使用的设备都有委员会分配的首选地址。 使用首选地址可以将多个设备试图声明同一地址的概率最小化。 通常，大部分e c u 在上电后将立刻使用首选地址。设备启动后，一个特定 的地址分配的程序可用来解决任何可能发生的冲突。每个e c u 必须能够声明自 己将使用哪个地址。这是地址声明的特征。两个选择可供使用： 1 ) 上电以后，以及不论任何时候只要收到有关要求，e c u 都必须发送一条地址 声明报文。当一个e c u 发送了地址声明报文后，网络中所有的e c u 都在各 自地址表中记录这个新声明地址，或将其与自己的地址表进行比较。不是所 有的e c u 都需要保持这样一个表，但是至少应将这个新声明的地址与自身 地址做比较。如果多个e c u 申请同一地址，则具有最小名称值的e c u 将使 用这个地址，其他e c u 必须申请别的地址或停止在网络中发送数据。 2 1e c u 可以发送一个关于已声明地址的请求报文，以此来确定哪些地址已被其 他e c u 声明。当一个e c u 发出已声明地址请求时，所有被请求的e c u 于 是发送其各自的己声明地址报文。这就使得那些临时性的e c u ( 如工具、拖 车等) 或上电较晚的e c u 可获得当前地址表，从而找到并声明一个可用的 地址，或者确定目前在网络中有哪些e c u 。这种方法为那些可能需要自配置 地址的e c u 提供了选择，但是并不是对所有e c u 都这样要求。自配置地址 是可选择的；推荐那些可能遇到地址冲突的e c u 支持这种功能。 当地址冲突被侦听到时，根据所涉及的e c u 的功能，有以下四个选择可用： 1 ) 自配置e c u 一一个自配置e c u 能够动态地计算和声明一个未使用的地址。 大多数服务工具和网桥都具有这种功能。 2 ) 命令配置地址一一个网络互联e c u ，如网桥或服务工具可以命令另一个 e c u 使用某给定地址。这个具有未声明地址的e c u 随后发出一条地址己声 明报文来确认对这个新地址的接受。即使该e c u 已声明了一个有效地址， 9 第二章s a ej 1 9 3 9 协议的介绍 也可以命令其接受新地址。 3 ) 服务配置e c u 一由服务人员修改的e c u ，通常采用d i p 开关或是服务工 具。当使用“命令地址 报文时，与“命令配置”的区别在于，需要使用服 务工具，且通常使用专用技术。 4 ) 不可配置e c u 一指那些既不是自配置也不是可编程的e c u ，如果他们不 能声明有效地址，就必须停止传输。 2 2 3s a ej 1 9 3 9 协议的通信方法 s a ej 1 9 3 9 协议有三种主要的通信方法，正确应用这些方法就能够有效地使 用各种参数组数。这三种通信方法分别是： 1 ) 针对目标的通信，使用p d u l ( p f 值为0 2 3 9 ) ( 包括全局地址- - 2 5 5 ) 。每 种通信方法都有其适用的场合。当报文必须发送到一个或另一个指定目标而 不是它们全部时，需要使用针对目标的参数组数。 2 ) 使用p d u 2 的广播通信( p f 值为2 4 0 2 5 5 ) 。广播通信适用于以下几种情况： a ) 报文从一个或多个源地址发到一个单一目标 b ) 报文由一个或多个源地址发到多个目标 c ) 当一条报文必须发到一个或另一个目标而不是送往他们全部时，不能使 用广播通信。 3 ) 使用p d u l 或p d u 2 格式的专用通信 专用通信是通过使用两个专用参数组数来实现的。一个参数组数用于广播专 用通信，另一个参数组数用于针对目标的专用通信。这就支持以下两种功能。第 一，某个特定的信息源能够以p d u 2 类型格式发送其专用报文( 广播) ；第二， 允许服务工具直接与某特定目标通信，而这个特定目标位于可能的一组e c u 之 内。专用通信在以下两种情况下使用： a ) 在不需要标准化通信的情况下 b ) 在专用通信十分重要的情况下 2 3s a ej 1 9 3 9 协议的网络管理 s a ej 1 9 3 9 协议的网络管理负责名称管理、源地址管理、地址与功能的关 联和对网络相关错误的检测和报告等。本文主要介绍其名称管理，地址管理和网 络管理最基本的功能【4 0 】。 控制器由e c u 中的软、硬件构成，并能够执行某些功能。控制器的软件被 称为“控制器应用 ( c o n t r o l l e ra p p l i c a t i o n ，简称c a ) 。一个e c u 可以包括一 1 0 第二章s a ej 1 9 3 9 协议的介绍 个或多个控制器，因此可以包含一个或多个c a 。为了能够在j 1 9 3 9 网络内实现 通讯，每个c a 应具有一个地址和与之相关的名称。 2 3 1 网络管理的基本功能 网络管理最基本的功能包括地址声明请求报文，在使用源地址前的地址声明 报文，c a 连接和断开时的网络中断，上电和掉电过程中地址的一致性等。 2 3 1 1 地址声明请求报文 在收到请求声明地址报文之后，c a 必须发送一条地址声明报文。如果该c a 已完成地址声明，报文应包含其当前地址；如果它尚未声明地址，报文中应包含 它想要声明的地址；如果它己尝试声明地址但没有成功，报文中应包含空地址。 c a 在声明地址之前不能进行网络通讯。在尝试声明地址以前，这些c a 不能发 送不能声明地址报文或其它任何报文。 2 312 在使用源地址前的地址声明报文 除以下情况外，任何c a 在完成地址声明之前，不能在网络中发送报文。 1 ) 该c a 可以用空地址为源地址发送请求地址声明报文； 2 ) 该c a 发送声明地址报文，作为对发到全局地址( 2 5 5 ) 的请求地址声明报 文的响应； 3 ) 作为中继器的网络连接设备可以在声明自己地址之前传递报文，所使用的是 报文发起者的源地址。 一旦c a 成功的声明了一个地址，它就可以对请求地址声明报文做出响应， 并立即重新开始在网络上传递其它报文。如果c a 的源地址或名称被修改了( 通 过命令地址报文或优先级技术) ，该c a 在开始网络传输前必须重发一条地址声 明报文。 2 313c a 连接或断开时的网络中断 e c u 的连接、断开或上电都不因该扰乱网络通信。网络中断是指e c u 上电 时传递到网络中的不可控的位流。 2 314 上电及掉电过程中地址的一致性 所有c a 都应该能够保持它们的源地址以及任何与之通讯的c a 的地址，以 便在下次上电时能够使用同一地址。但在某些情况下，会因为特殊需要而不考虑 本规定，例如，在高速路上行驶的牵引车的拖车子系统中，拖车的地址和示例可 第二章s a ej 1 9 3 9 协议的介绍 能在每次上电时改变，因为它们可能会连到不同的牵引车【4 l 】。 2 3 2 名称管理 名称对于c a ( 控制器应用) 来说是一个包含l o 个域的6 4 位识别符，其中 6 个域的值来自j 1 9 3 9 委员会所管理的分配表，其它4 个值根据网络和车辆结构、 或直接由制造商确定。在s a ej 1 9 3 9 网络中，源地址主要用于识别网络上特定的 c a ，与地址相比，名称指出了c a 在网络中的功能。网络管理协议中的地址管 理程序主要功能是将源地址和c a 的名称联系起来，并且在网络上予以通报。 网络中每个c a 应该有一个名称，这样根据其主要功能就可以唯一识别该 c a 。当有多个c a 声明同一个名称时，它们的名称还用于仲裁，从而进一步增 强唯一性。届时，网络中的每个e c u 将有一个唯一的地址，以便与其它的e c u 进行c a n 数据帧的仲裁。 表2 2s a ej 1 9 3 9 名称域 可否任行业车辆系车辆功能e c u制造识别 保留功能 意地址组统实例系统实例实例代码码 l 位3 位4 位7 位1 位8 位5 位3 位1 l 位2 1 位 名称是由不同的域组成，各称域如表2 - 2 所示。名称的定义如下： 1 ) 能否任意地址域：l 位，该域表明一个c a 能否自己配置地址，并且能否使 用任意源地址来解决地址申请时引起的冲突。如果这一位被设置为1 ，当c a 与一个有更高优先级的名称( 其数值更小) 的c a 发生地址冲突，它将在1 2 8 至2 4 7 之间选用一个新的源地址。如果一个c a 能够计算地址，但却只能声 明有限范围内的地址，则它不属于可任意地址c a 。 2 ) 行业组域：行业组域由委员会指定，3 位。行业组域用于标识使用s a ej 1 9 3 9 的行业组的名称。 3 ) 车辆系统示例域：车辆系统示例域是一个4 位域，它表示某特定车辆系统在 一个网络中的用途。 4 ) 车辆系统域：车辆系统域是一个由委员会定义的7 位域，当它与一个行业组 域结合时，就与一个共同的名称联系起来了。车辆系统域为网络中的一组功 能提供了一个共同的名字。 5 ) 预留域：它是s a e 为将来的定义预留的域。预留位应置0 。 6 ) 功能域：功能域是由委员会指定的一个8 位域。当功能域的值在o 1 2 7 之间 时，它的定义不依赖于任何其它的域；当它的值大于1 2 7 时，它的定义取决 于车辆系统域。当功能域与行业组域和车辆系统域结合时，功能域则与某个 1 2 第二章s a ej 1 9 3 9 协议的介绍 特定控制器的名称联系在一起。 7 ) 功能示例域：5 位，它表示某功能在同一网络、相同车辆系统中的特定的应 用场合。 8 ) e c u 示例域：3 位，它表明某电子控制组件与一个给定功能的关系。 9 ) 制造商代码域：制造商代码是一个1 1 位的域，它表示哪个公司制造了这个电 子控制单元。制造商代码独立于名称中其它任何域。 1 0 ) 标识符域：标识符域是一个由e c u 制造商指定的2 l 位域。因为名称有可能 不是唯一的( 也就是说有可能相同) ，所以它的存在是必要的。标识符域应 该是唯一的，并且在掉电时保持不变。这个域在解决地址冲突时非常有用。 表中所示各域根据优先级自左至右排列。图2 3 解释了域值高于1 2 8 的功能 是如何受车辆系统和行业组影响的，以及标识符域是如何受制造商代码影响的。 预留域不受其他域影响。域值为0 1 2 7 的功能不受行业组和车辆系统影响；域值 为1 2 8 以5 4 的功能同时取决于车辆系统和行业组域。 独立字段 从属字段 2 3 3 地址管理 图2 - 3 名称域中的从属性 在s a ej 1 9 3 9 网络上运行的大多数c a 都有一个指定的首选( 推荐) 地址， 即c a 应首先尝试使用的地址。如果某c a 的首选地址已被网络中另一个c a 成 功的声明( 即该地址已被使用) ，该c a 将选择尝试声明另一个源地址，或者它 也可以发送一个不能声明地址的报文，该报文发送与否取决于该c a 的寻址能力 第二章s a ej 1 9 3 9 协议的介绍 以及那些未使用的地址是否可用。 一个c a 若声明0 1 2 7 和2 4 8 - 2 5 3 范围内的首选地址，就必须执行与该地 址所对应的功能，并在名称中指明该功能，其他c a 亦如此。每个c a 的名称通 常是在车辆初始化( 车辆总装) 时，或是该e c u 加到该车辆时就配置完毕，名 称与源地址有关，并包含该c a 所执行的功能，而且该功能不随源地址的变化而 变化。 c a 的初始地址，即在第一次上电时尝试申请的地址，应该由制造商设置， 它的功能应符合首选地址的规定。然而，c a 的初始地址应该是可以改变的，这 样就使o e m ( 原始设备使用商) 能正确地配置车辆。虽然，对于标准的车辆这 样做可能没有必要，但这样灵活性大，使得一个c a 可用于多种情况。这种可重 复编程的功能对于暂肘性的连接或e c u 配件来说很重要。 网络地址2 5 4 也称为空地址，只允许出现在j 1 9 3 9 报文识别符的源地址域 中，并且只用于网络