（计算机应用技术专业论文）基于can总线的汽车信息平台的数据获取.pdf

2 0l lm a s t e rd e g r e ed i s s e n a t i o n 煳 u n i v e r s i t yc o d e ： 10 2 6 9 s t u d e n ti d ：51 0 8l5 0 0 0 3 5 e a s tc h i n an o r m a l u n i v e r s i t y d a t a a c q u i s i t i o no fi n v e h i c l e i n f o r m a t i o np l a t f o r mb a s e do n c a nb u s d e p a r t m e n t ： s o r w a r ee n g i n e e r i n gi n s t i t u t e f i e l d ： t e c h n 0 1 0 9 yo fc o m p u t e ra p p l i c a t i o n r e s e a r c ha r e a ：e m b e d d e ds y s t e m m e n t o r ：j ux i a o m i n g a u t h o r ： z h a n gj i a n 、 m a r 1 5 ，2 0 1 l 华东师范大学学位论文原创性声明 郑重声明：本人呈交的学位论文基于c a n 总线的汽车信息平台的数据获 取，是在华东师范大学攻读碰博士( 请勾选) 学位期间，在导师的指导下进 行的研究工作及取得的研究成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含 其他个人已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集 体，均已在文中作了明确说明并表示谢意。 作者签名：蚤送刽丛日期：2 州年，月日 华东师范大学学位论文著作权使用声明 基于c a n 总线的汽车信息平台的数据获取系本人在华东师范大学攻读 学位期间在导师指导下完成的砚孟博士( 请勾选) 学位论文，本论文的研究成 果归华东师范大学所有。本人同意华东师范大学根据相关规定保留和使用此学位 论文，并向主管部门和相关机构如国家图书馆、中信所和“知网”送交学位论文 的印刷版和电子版：允许学位论文进入华东师范大学图书馆及数据库被查阅、借 阅；同意学校将学位论文加入全国博士、硕士学位论文共建单位数据库进行检索， 将学位论文的标题和摘要汇编出版，采用影印、缩印或者其它方式合理复制学位 论文。 本学位论文属于( 请勾选) ( ) 1 经华东师范大学相关部门审查核定的“内部”或“涉密”学位论文， 于年月日解密，解密后适用上述授权。 ( 2 不保密，适用上述授权。 导师签名本人签名立迩到丛 z 秽 t 年罗窍2 幸“涉密”学位论文应是已经华东师范大学学位评定委员会办公室或 保密委员会审定过的学位论文( 需附获批的华东师范大学研究生申请学 位论文“涉密”审批表方为有效) ，未经上述部门审定的学位论文均为公 开学位论文。此声明栏不填写的，默认为公开学位论文，均适用上述授权) 。 瑟剑武硕士学位论文答辩委员会成员名单 姓名职称单位备注 朱明华研究员华东师范人学主席 曹桂涛副教授华东师范大学 刘献忠副教授华东师范大学 - 。1 ! 查! ! ! ! ! 苎叁兰! ! ! ! 墅竺! ! 型! 塑竺竺 位论文桀j 二c a n 的汽下信息、l 俞的数据扶取 摘要 目前，汽车越来越多的与计算机系统和通讯技术联系在了一起，为汽车提供 一个方便实用的信息平台已经成为一个研究的热点。如何为汽车信息平台提供足 够的信息是本文关注的主要内容。c a n 总线是目前主流的汽车内部总线，设计 和实现基于c a n 的车内智能节点与适配器，将可以为汽车提供更多的电子设备， 使汽车更为安全和环保。本文针对汽车信息平台的数据获取进行了研究，就智能 节点和适配器的设计与实现进行了阐述。论文主要做了如下几方面的工作。 ( 1 ) 设计并实现了基于c a n 总线的智能节点。为了从汽车上采集到必要的 数据，在汽车内添加一些智能节点是目前通用的方法。智能节点的设计需要根据 其功能从芯片选择、电路设计、固件设计等几个方面来完成。本文阐述了如何使 用微控制器p 8 9 c 5 2 、c a n 控制器s j a l o o o 和c a n 收发器t j a l 0 5 0 设计出一个 价格低廉的智能节点。 ( 2 ) 设计并实现了u s b c a n 适配器。为车载计算机设计合适的接口电路 或适配器对于实现设备间的连接是非常重要的，m c f 5 1 j m l 2 8 是一款集成度较 高的微控制器，它内部集成有c a n 控制器模块m s c a n 、u s b 控制器u s bo t g 等多个模块。使用该处理器可以方便的开发出具有u s b 转c a n 功能的设备，通 过该设备可以轻松实现车载计算机与汽车内部c a n 网络的通讯，进而实现车载 计算机对汽车的控制和信息采集。设备的正常使用还需要有驱动程序的配合，在 l i 肌x 系统中，使用系统提供的u s b 驱动框架，结合设备的具体实现可以容易的 开发出该设备的驱动。 ( 3 ) 设计并实现了汽车信息平台的实验坏境，对汽车信息平台的数据获取 进行了测试。使用i c a n 教学开发平台来模拟汽车内部网络，使用安装有m e e g o i 操作系统的工控机模拟车载计算机，并搭建了远程服务器来实现汽车信息平 台，在该平台上对数据的获取进行了测试。 关键词：汽车电子；c a n 总线；u s b c a n 适配器；l i n u x 驱动 华东师范人学2 0 1 1 届硕i ：研究生学位论文 桀十c a n 的汽乍信息l ，f 的数据扶取 a bs t r a c t r e c e n t l y ，a ni n c r e a s i n gn u m b e ro fv e h i c l e sa r ei n t e 伊a t e dw i t hc o m p u t e r sa n d c o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o 西e s nh a sb e c o m eah o tr da r e a ，w h i c hp r o v i d e sa c o n v e n i e n ta n dp r a c t i c a lp l a t f o r n lf o rv e h i c l e s t h i sp 印e rp r e s e n t sa no v e r v i e wf o r h o wt op r o v i d es u m c i e n ti n f o m l a t i o nf o ra u t o m o t i v ei i l f i o 彻a t i o np l a t f o m s i n c e c o r l t r o l l e ra r c an e t w o r k ( c a n ) i st h em a j o rb u sf o rv e h i c l ei n t e r i o rn e t w o r kc u r r e n t l y t h ed e s i 盟a n di m p l e i l l e n t a t i o no fi n - v e h i c l ei n t e l l i g e n tn o d e sa n da d a p t o r sb a s e d o nc a nw o u l dp r o v i d ev e h i c l e sw i t l lm o r ee l e c t r o n i cd e v i c e s ，a n dt h e r e f o r em a k e v e h i c l e sm o r es e c u r ea n de n v i r o n m e n t a l l ym e n d l y t h i sp a p e rp r e s e n t sa nn e w m e m o do fd e s i g n i n ga n di m p l e m e n t i n gi n t e l l i g e n tn o d e sa n da d a p t o r sb a s e do nm e r e s e a r c ho fa c q u i r i n gd a t a 仔o ma u t o m o t i v ei n f o r m a t i o np 1 a t f o n n t h es t m c t u r eo f t h e p a p e r i sa sf o l l o w s ： t 1 1 ef i r s ts e c t i o np r e s e n t st h ed e s i 印a i l di m p l e m e n t a t i o no fi n t e l l i g e n tn o d e s b a s e do nc a nb u s c o l l e c t i n gt h en e c e s s a 叮d a t ab ya d d i n gs o m ei n t e l l i g e n tn o d e si n v 出c l e si st h em o s tw i d e l yu s e dm e t l l o da tp r e s e n t 1 1 1 ed e s i 弘o fi n t e l l i g e n tn o d e d e p e n d so ni t sf u n c t i o n s ，a n dn e e dt ob ec o m p l e t e d 仔o ms e v e r a la s p e c t ss u c ha s 出p s e l e c t ，c i r c u i td e s i 朗，a 1 1 df i m w a r ed e s i 印，e t c i nt h i ss e c t i o n ，m ed e s i 印o f ac h e 印 i n t e l l i g e n tn o d ew i t l lm i c r o c o n t r 0 1 l e rp 8 9 c 5 2 ，c a nc o n t r o l l e rs j a 1o o oa j l dc a n 仃a n s c e i v e rt j a10 5 0w i l lb ei l l u s t r a t e di nd e t a i l s t h es e c o n ds e c t i o ne x p l a i n sm ed e s i g n 锄di m p l e m e n t a t i o no fu s b - c a n a d 印t o r i ti so f 孕e a ti n l p o r t a n c et od e s i 印a p p r o 两a t ei n t e m c ec i r c u i t so ra d a p t o r so f 0 n - b o 矾c o m 删e r sf o rm ec o l l n e c t i o n 锄o n gd i 脑e n td e v i c e s m c f 5 1j m12 8i s s u c hak i n do f h i 曲- i n t e 酬e dm i c r o c o n 呐1 1 c o n t a i n i n gm s c a no fc a nc o n t r 0 1 l e r m o d u l e ，u s bo t go fu s bc o n t r 0 1 l e r ， e t c t h i sp r o c e s s o rc a nf a c i l i t a t et h e d e v e l o p m e n to fd e v i c e sw h i c hh a sm e 血n c t i o no f 仃a n s f e 币n gd a t af r o mu s b t oc a n 1 1 啪u 曲t h ed e v i c e ，w cc a i le a s i l yi m p l 锄e n tm ec o n l i i l u n i c a t i o nb e 帆e e no n - b o a r d c o m p u 衙sa n di n v e h i c l ec a nn e 俩o r k s ，a n dt h e r e f o r er e a l i z et h ec o n t r o la n dm e i n f o 肌a t i o ng a t h 嘶n go fv e h i c l e sv i ao n b o 捌c o m p u t e r s d r i v e r ss h o u l db et a l ( e n i n t oc o n s i d e r a t i o nt og i l a i 加t e et h ed e v i c eu n d e rn o m l a lu s a g e d u et ot h eu s b “v e r 龃c h i t e c t u r ep r o v i d e db y “n u xs y s t e l i l ，w ec a ne a s i l yd e v e l o pt h ed r i v e rf o rm ed e v i c e w i li t ss p e c i f i ci m p l 锄e n t a t i o n t h ed e s i2 皿a n di m p l e m e n t a t i o no ft h et e s t e n v i r o n m e n tf o ra u t o m o t l v e i n f o r n l a t i o np l a t f o r mw i l lb ed i s c u s s e di nt h el a s ts e c t i o n m o r e o v e r ，at e s th a sb e e n c o n d u c t e do nm ed a t ag a t h 嘶n g 舶mm ea u t o m o t i v ei n f o m a t i o np 1 a t f o m t o s i m u l a t et h en e t 、o r k si nv e h i c l e s ，a ni c a nt e a c h i n gp l a t f o 肌i su s e d ，a n d a 1 1 i n d u s t r i a lc o n t r o l l i n gc o m p u t e ri n s t a l l e dw i t hm e e g oi v io p e r a t i n gs y s t e mi su s e df b r s i m u l a t i n go n b o a r dc o m p u t e r s w ea l s ob u i l dan ；m o t es e r v e r t o d e v e l o pt h e a u t o m o t i v ei i l f o m a t i o np l a t f o ma n dc o n d u c tt h et e s to fd a t aa c q u i s i t i o no n i t k e y w o r d s ：a u t o m o t i v e ，c a nb u s ，u s b - c a na d a p t e r ，l i n u xd r i v e r 华东师范人学2 0 l l 届硕i j 研究生学位论文暴j 二c a n 的汽下信息、l ，俞的数据扶耿 目录 摘要i a b s t r a c t i i 第一章绪论1 1 1 选题背景与意义1 1 2 国内外研究现状2 1 3 论文的组织结构4 第二章汽车信息平台5 2 1 汽车电子系统5 2 1 1 汽车电子装置5 2 1 2 汽车总线。6 2 1 3c a n 总线7 2 2 汽车信息平台的框架l o 2 3 汽车信息平台的数据获取系统一1 2 2 4 本章小结。1 3 第三章汽车信息平台中c a n 节点的设计1 4 3 1 总体设计方案。1 4 3 2 主要芯片介绍。1 5 3 3c a n 节点的电路设计l8 3 3 1 电源电路l8 3 - 3 2 时钟电路1 9 4 仁东9 f i 范人学2 0 i l 屈顾i i j j f 究生学位论艾雀十c a n 的汽乍信息、i f 3 3 3 复位电路 的数据扶取 3 3 4p 8 9 c 5 2 和s j a l o o o 的接口电路一2 0 3 3 5s j a l 0 0 0 和t j a l 0 5 0 的接口电路2 0 3 3 6t j a l 0 5 0 和c a n 总线的接口电路一2 l 3 4c a n 节点的固件程序设计2 1 3 4 1 节点的初始化程序2 1 3 4 2 报文发送程序2 2 3 4 3 报文接收程序2 3 3 5 本章小结2 4 第四章汽车信息平台中适配器的设计2 5 4 1 总体方案设计一2 5 4 2m c f 5 1 j m l 2 8 的介绍2 6 4 3 适配器的电路设计。2 7 4 4 适配器的程序设计2 7 4 4 1u s bo t g 模块驱动程序一2 8 4 4 2m s c a n 模块驱动程序2 9 4 4 3 适配器主程序3 1 4 5 适配器的驱动设计一3 3 4 5 1l i n u x 系统u s b 驱动程序框架3 3 4 5 2 适配器的“n u ) 【驱动设计3 5 4 6 本章小结3 7 第五章汽车信息平台的数据获取3 8 v _ _ _ _ _ _ 。_ _ _ _ 。_ 。_ - 。- - _ - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 。_ - 。_ - _ _ _ 。_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - 。1 。1 。1 1 。1 。1 竺查竺苎叁堂! ! ! ! 旦竺! 竺! 塑竺兰竺笙兰兰! 垒竺竺垒! 堕璺= ! 二垒竺鍪堡些坠 5 1 数据获取系统的组成3 8 5 2 汽车信息平台的数据获取实验4 0 5 2 1 车载计算机端的数据获取4 0 5 2 2 服务器端数据的获取4 3 5 3 本章总结。4 4 第六章总结与展望4 5 6 1 全文总结4 5 6 2 工作展望：4 5 参考文献4 7 科研论文发表情况5 0 致谢51 o # 东l | | j 范人学2 0 l l 界坝l ：研究牛学化沦义皋于c a n 的汽乍信息| ，台的数据捩取 第一章绪论 本章从选题背景和意义入手，介绍了汽车信息平台的重要性和研究价值，对 汽车信息平台的发展和研究现状进行了介绍，着重阐述了电子技术、计算机技术 和移动无线网络技术等对汽车信息平台的巨大推动作用。在本章最后给出了本文 在内容和章节上的安排。 1 1 选题背景与意义 随着计算机技术、卫星定位技术和网络技术越来越多的被应用到汽车中，汽 车的电子化、智能化和网络化趋势同益明显。为了让新技术更好的服务于现代交 通，汽车信息平台应运而生。汽车信息平台是融合了车内传感器、汽车总线、无 线通信和远程网络服务等的基础性平台【啦】，它为面向汽车应用的软件开发人员 提供了良好的支持，为汽车服务商提供了灵活便捷的服务机制。 由于汽车信息平台是远程服务器在获取汽车大量数据的基础上为用户提供 相关服务的，所以它在功能和性能上非常出色。如传统的导航仪只能在电子地图 上提供车辆位置标志，导航功能非常有限【3 】。而汽车信息平台上的导航仪可以根 据服务器端提供的大量信息为驾驶员提供车辆附近建筑物名称、车辆周边道路拥 堵情况和合理的出行路线等。此外汽车信息平台也将车辆诊断系统与行车记录仪 相结合，可以为驾驶员实时提供车辆的状态信息，避免因车辆故障导致的交通事 故，同时也为汽车的保养与维修提供必要的信息【4 】。随着道路交通设施信息化程 度的不断提高，也必将要求汽车信息化程度的进一步发展，汽车信息平台将能与 道路的信息系统共享数据【5 6 】。 作为汽车信息平台的重要组成部分，数据获取有着非常重要的地位。它实现 了对车辆状态数据和车辆行驶环境数据的收集和发送，是实现汽车信息平台的基 础。现代汽车的内部安装有大量的传感器和电控单元，它们之间通过汽车总线连 接在一起r 7 1 ，负责对汽车状态数据的获取和汽车部分单元的控制。为汽车设计并 实现一些特定功能的电子装置，对于汽车的安全、保养和维护等都会起到积极的 作用。 扛东| i i i 范人学2 0 1 1 界顺i j 形f 究生学位论义皋一二c a n 的汽下信息、i 台的数据扶取 1 2 国内外研究现状 经过多年的发展，汽车信息平台己实现了软硬件的分离设计。在硬件上车载 计算机的广泛使用，为上层应用提供了一个完整的物理设备支持，使得汽车信息 平台有更广的数据来源、更大的数据存储容量、更强的计算能力。在软件上嵌入 式操作系统越来越多的应用于汽车电子控制单元【8 】，大大增加了代码的可移植 性。软硬件的分离设计使得越来越多的车载信息服务被集成进来，利用汽车总线 把车载电子设备纳入车载计算机的管理范围，使汽车信息平台成为车载设备的管 理中心。同时，车内外无线通讯技术也被大量使用到了汽车中，实现了车车、 车一人、车路之间的通讯。 国外汽车信息平台的研究己趋于成熟，并诞生了许多优秀的系统，如o n s t a r 、 g b o o k 等【9 1 。o n s t a r 是美国通用汽车公司的汽车信息平台，其主要功能是导航、 远程故障诊断与维护等。远程故障诊断是为了克服现有汽车故障诊断与同常维护 的不足之处，它能在汽车行驶的过程中对其进行检测，以达到汽车行驶安全和驾 驶员维修方便之间的最优化。o n s t a r 还提供远程求救服务、远程自动车锁、远程 安全气囊监督、远程车辆定位等安全保障服务。 但随着技术的不断进步，汽车信息平台仍在不断的变化中，并积极融入一些 新的元素。车载信息服务( t e l e m a t i c s ) 是安装在车上的资讯系统平台，它通过 网络为驾驶员提供多样化的信息服到1 0 ，】。车载信息服务是伴随智能交通系统而 产生的，是智能交通系统的重要组成部分，它通过无线通讯技术与车辆进行交互 式通讯，为驾驶员和乘客提供位置信息、交通信息、最佳路线、事故紧急求助、 车辆远程诊断、网络服务等。通常车载信息服务系统分为车前座系统、车后座系 统和车况诊断系统三部分，其中车前座系统提供的服务包括通讯、导航、行车安 全监视、联网资讯、路况、天气等；车后座系统提供的服务包括在线下载影音资 讯、在线网络游戏等：车况诊断系统提供的服务包括保养通知、车况预警等。目 前车载信息服务系统的研究重点集中于：操作系统、互联网连接、具体应用和网 站集成。在操作系统方面，为了跟上快速发展的消费电子技术，汽车生产商和其 供应商们正加速转向开放式平台操作系统，如基于l i n u x 的a n d r o i d 和g e n i v i 技术，开放平台的操作系统可以共享和再利用常用软件代码，加速应用软件的开 发进程；在具体应用方面，主要集中于语音技术，目标是通过语音服务来为驾驶 2 。芦东师范人学2 0 l l 界坝i j 研究生学位论文皋f c a n 的汽1 i f 膏息、| ，台的数据扶取 员提供服务；网站集成则用于汽车追踪和汽车系统状念记录等。目前北美、欧洲 与h 本是车载信息服务分布最广泛的区域。我国的车载信息服务市场还处于起步 期，软硬件环境还没有完全成熟，还没有真i r 意义上在全国范罔内提供统一的车 载信息服务业务的企业，车载信息业务应用也比较少。 目前汽车信息平台主要提供汽车基础服务、导航定位服务和个人娱乐信息服 务这三种。汽车基础服务主要是汽车远程诊断服务和汽车最优控制方案服务。汽 车计算平台通过c a n l i n 读耿电子控制模块诊断产生的故障代码，然后通过车 载计算机利用无线通讯技术发送至汽车服务中心。汽车服务中心分析故障代码形 成诊断方案并以服务的形式发送到车载计算机，经过协议解析后在人机接口上显 示给驾驶员【1 2 】。通过汽车远程渗断服务平台，汽车制造商会向用户提供最佳汽 车控制方案的服务，以适应汽车在不同行驶条件下的运行。导航定位服务是运行 在车载计算机平台上的应用层软件接收g p s 接收仪发送的数据，借助车载的地 理信息系统实现导航。另外，应用层软件还可以把g p s 接收仪接收的数据发送 到远程汽车服务平台或第三方服务提供商，再由他们把导航信息以服务的形式发 送给车载计算机上。 车载计算机通过汽车上的o b d i i 接口接入汽车总线，并获取汽车内部电子 装置的数据是目前汽车信息平台实现数据获取的主要方式。o b d ( o nb o 裥 d i a g n o s t i c s ) 是一种自动诊断汽车故障程序。当系统出现故障时，故障灯或检查 发动机警告灯变亮，同时动力总成模块将故障信息存入存储器。通过特定程序可 以将故障码从动力总成模块中调出，进而可以迅速准确地确定故障的性质和部 位，将故障及时排除【1 3 】。o b d i i 接口可以提供对多种汽车总线的支持，其中c a n 总线是目前使用的较为广泛的汽车总线。但c a n 已不能满足汽车中逐渐增长的 数据传输要求，f l e x r a v 串行总线系统是未来用于取代c a n l 玳的新型总线系 统。它是一种为车载应用系统高层网络和线控系统开发的通信标准，它提高了数 据传输率，能够满足汽车在安全性上的可靠性指标。f l e x r a y 利用两条独立的物 理线路进行通信，每条线路的数据数率为1 0 m b s 。这两条通信线路主要用来实 现冗余，也可以利用两条线路来传输不同的消息，以使数据吞吐量可以加倍【i4 1 。 基于o s g i 的汽车信息平台也是目前的一个研究热点，国内外都有相关的研 究项目在进行。b m w 汽车的通信娱乐系统就采用了o s g i 架构，该系统主要用 来控制汽车的音响、灯光、导航和通讯等设备，整个系统由1 0 0 0 多个模块组成， 3 牛东帅把人学2 0 1 l 界硕i d f 究生学位论文壮十c a n 的汽乍信息、i ，臼的数据i 犬取 启动时问却只需要3 5 秒钟。o s g i 的目的是提供一个开放的整合信息服务平台， 可供不同厂商丌发出彼此兼容或可搭配使用的服务软件、设备。它定义了一个模 块化、以元件为基础、程序可动态更新、具有安全环境及软件元件管理的服务导 向架构【1 5 】。 1 3 论文的组织结构 论文共分为六章，具体内容安排如下所示： 第一章，绪论。 介绍了汽车信息平台的研究背景和价值，说明了数据获取对汽车信息平台的重 要性，同时分析了国内外车载信息服务的研究现状及研究热点。最后给出本文在 内容上的安排。 第二章，汽车信息平台。 从总体上介绍了汽车信息平台的设计思路与相关技术知识。对汽车电子装 置、汽车总线、c a n 总线及数据获取系统等内容进行了介绍，给出了汽车信息 平台中数据获取部分的实验环境及其构成要素。 第三章，汽车信息平台中c a n 节点的设计。 从c a n 节点的总体设计、电路设计和固件设计三个方面对其进行了说明。 给出了c a n 节点的电路原理图及固件程序，并对电路和固件程序的各部分内容 进行了详细阐述。 第四章，汽车信息平台中适配器的设计。 对汽车信息平台中适配器的电路、固件程序和驱动程序进行了说明。对u s b 模块驱动、m s c a n 模块驱动和适配器主程序三个方面阐述了适配器的固件设 计，并给出了适配器在l i n u ) 【系统中的驱动程序。 第五章，汽车信息平台的数据获取。 介绍了汽车信息平台中数据获取系统的构成，从车载计算机端和远程服务器 端对汽车信息平台的数据获取实验进行了说明。 第六章，总结与展望。 对本文的工作进行总结，并对进一步工作进行了说明。 4 f 产东帅范人学2 0 l l 界f 砚i ：研究生学位论文 皋十c a n 的汽下信息r 台的数铡获取 第二章汽车信息平台 为了清楚描述汽车信息平台的框架与工作原理，本章首先介绍了汽车电子系 统、汽车总线网络和c a n 总线。并详细阐述了基于o s g i 的汽车信息平台的框 架与工作原理。对汽车信息平台中数据获取系统的实验环境进行了介绍，给出了 其主要构成部分。 2 - 1 汽车电子系统 随着电子技术的快速发展和在汽车上的广泛应用，汽车电子化的程度越来越 高。从发动机控制到传动系统控制，从行驶、制动和转向系统控制到安全保证系 统及仪表报警系统，从电源管理到为提高舒适性而作的各种努力，使汽车电子系 统形成了一个复杂而庞大的系统【l6 】。在这个系统中，各个电子装置之间除了各 自的电源线外，还需要相互通信。若仍沿用常规的点对点的布线方式进行布线， 那么整个汽车的布线将会如一团乱麻。为了减少连接导线的数量和重量，网络和 总线技术在汽车电子系统中得到了广泛的使用。汽车中的各个电子装置连接成一 个网络，其中的数据总线发送和接收信息，电子装置完成控制功能，并为其它控 制单元提供数据服务。在采用总线方式布线后，大大简化了汽车布线，减少了电 气节点的数量和导线的用量，同时也能增加了信息传送的可靠性。 2 1 1 汽车电子装置 汽车的电子化是汽车技术发展进程中的一次革命，汽车电子化的程度也被看 作是衡量现代汽车水平的重要标志，是用来丌发新车型、改进汽车性能的重要技 术措施。按照对汽车行驶性能的影响划分，可以把汽车电子装置归纳为两类：汽 车电子控制装置和车载汽车电子装置【1 7 0 引。汽车电子控制装置需要和车上机械系 统进行配合使用，它们包括发动机、底盘、车身电子控制、电子燃油喷射系统、 制动防抱死控制、防滑控制、牵引力控制、电子控制悬架、电子控制自动变速箱、 电子动力转向、安全气囊等。车载汽车电子装置是在汽车环境下能够独立使用的 华东帅犯人学2 0 l l 界倾i j 彬f 究生学化论义 桀十c a n 的汽下信息i 台的数据扶取 电子装置，它和汽车本身的性能并无直接关系，如车载计算机、导航系统、汽车 音n 向及电视娱乐系统、车载通信系统、上网设备等。如下图2 1 所示。 一叟一 安全方面： 防抱死与驱动 安令7e 囊 伞球定位与导 转向助力控制 防盗装置 轮胎7e 爪：随拧 电了 r 驶汇录 驾驶状念舱 身份识别装置 2 1 2 汽车总线 于技术产品在汽午卜的应用卜一 。j 一一 + 一一 环保与节能方面： 发动机电r 控制模块i 变速； ： 挖制模块 乍找故障诊断模块 混合驰动力总成控制! 制动能力收堤置 省汕巡航控制装置 i ，- - 。 j 语音识别系统 吒联网通f 矗系统 图2 1 电子信息技术产品在汽车上的应用 目前，世界上有多达十几种车辆网络标准，其中最主要的有：控制器局域网 c a n ( c o n t r o l l e ra r e an e m o r k ) 、局域网互联协议l i n ( l o c a l1 1 1 t e r c o l l n e c t p r o t o c 0 1 ) 、车辆多媒体网络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 ) 和f 1 e x r a y 。 c a n 即控制器局域网，是一种能有效分布式控制和实时控制的串行通讯网络。 l i n 是一种低成本的串行通讯网络，主要应用在速率要求不高的场合。例如车身 电控单元的集成、智能执行器和传感器到车身主体网络的连接，以及汽车中的分 布式电子系统控制。l 烈属于低端网络，同c a n 相结合构成汽车车身分层网络 结构，其主干网络由c a n 来构成，而用l i n 担任局部的通信任务。m o s t 网络 使用光纤作为物理层的传输介质，可以连接视听设备、通信设备以及信息服务设 备。m o s t 网络支持“即插即用”方式，在网络上可以随时添加和去除设备。 f l e x r a y 是一种具有高带宽、确定性和可靠性的通信协议，能够满足未来汽车高 速控制的通信需要。 s a e ( s o c i e t yo fa u t o m o t i v ee n 酉n e e r s ) 车辆通信与控制委员会将汽车数据 传输化分为a 、b 、c 、d 四类。a 类是面向传感器执行控制的低速网络，数据 传输位速率通常小于1 0 k b p s ，主要用于车身控制中的灯光照明控制、电动车窗 6 。仁东师范人学2 0 l l 界硕i j 研究生学位论文牡十c a n 的汽7 f 信息l ，台的数据扶取 升降、汽车空调控制等；b 类是而向独立模块m 数据共享的中速网络，位速率一 般在1 0 k b p s 到1 2 5 k b p s 之问；主要应用于车身电子舒适性模块、仪表盘以及作 为a 类网络的网关；c 类是面向高速、实时闭环控制的多路传输网，位速率在 1 2 5 k b p s 到1 m p s 之问，主要应用在汽车的动力总成的控制上；d 类足面向多媒 体信息的高速传输网络，通信数率大于1 m b p s ，主要应用于车载视频、音频以及 导航系统上【1 9 】。下图2 2 为典型汽车总线结构图。 罚而网仃覆丽丽厂再孤j 两厂夏疆石 【 模块ji 控制模块ji 控制模块ji 控制模块j 、一、- 、- 一、 高速c a n i 一 一厂鬲否瑟西n 。i 垫垄墨竺二芏皇塑茎j 低速c a n 2 1 3c a n 总线 图2 2 典型汽车网络系统结构图 c a n 是德国b o s c h 公司为解决现代汽车中众多的控制器和设备之间的数 据交换而开发的串行数据通信协议【2 0 圳】。它具有通信数率高、实时性好、可靠性 7 一亨l四 挣东l i i i j 弛人学2 0 l l 抖坝i j 研究牛学f 讧论文堆卜c a n 的汽下f 肯息、r 台的数据捩取 高、连接组网方便、便于扩展、性价比高等诸多优点，不仅广泛应用于汽车工业， 在其他工业中也得到广泛的应用。其主要特性有：低成本；极高的总线利用率； 长达l o 米的数据传输距离；最高1 m b p s 的数据数据传输速率；多主结构依据优 先权访问总线；可根据报文的i d 选择接收或屏蔽报文；可靠的错误处理和检错 机制；发送的信息遭破坏后，可自动重发；节点在严重错误的情况下具有自动退 出总线的功能等。根据i s o 0 s i 参考模型，c a n 被细分为：数据链路层和物理 层。其中数据链路层有分为逻辑链路控制子层( l l c ) 和媒体访问控制子层 ( m a c ) 。逻辑链路控制子层的作用主要为：为远程数据请求及数据传输提供 服务；确定由实际要使用的逻辑链路控制子层接收哪一个报文；为恢复管理和过 载通知提供手段。媒体访问控制子层的作用是控制帧结构、执行总裁、错误检测、 出错标定和故障界定。物理层定义信号是如何实际地传输的，涉及到位时间、位 编码和同步的解释。具有公共回路的差分驱动双股线是用于实现c a n 网络的典 型物理介质。两条总线提供差分信号的传输，可以抑制共模误差，在采用两线传 输时必须在总线的每一端接一个电阻以避免出现信号反射。在特定的车辆车身电 气系统中也使用单线总线。另外还有共用一条线供电和传输信号的解决方案。 c a n 总线上的分系统都可以通过其控制单元上的c a n 总线接口进行数据的 发送和接收。c a n 总线采用了多主竞争式总线结构，具有多主站运行和分散仲 裁的串行总线以及广播通信的特点。任意节点可以在任何时刻主动地向网络上其 他节点发送信息而不分主次，可在各节点之间实现自由通信【2 2 1 。c a n 设计了高 效率的仲裁机制束解决传输冲突问题，具有高优先级的节点总能优先得到总线的 使用权。同时c a n 采用了其他防范措施，能够准确判断出错的节点并关闭，有 效保证了总线的可靠性。c a n 通讯协议主要描述设备之间的信息传递方式。 c a n 2 0 c a n 2 o b 协议规范定义了数据链路层和部分物理层，用户可以直接建 立基于c a n 2 o 规范的数据通信，但这种数据通信的传输内容一般不能灵活修 改。在c a n 规范基础上发展的应用层协议可以提供网络控制与管理、确认数据 的发送、发送大于8 个字节的数据块、为不同的物理节点分配不同的报文标识符 和定义帧报文的内容以及含义等附加功能。一些常用的c a n 高层协议有：c i a 的c a l 协议、c i a 的c a n o i p e n 协议、o d v a 的d e v i c e n e t 协议、h o n e y w e l l 的 华东! j i f j 范人学2 0 l i 界倾f j i j i = 究牛学化论文皋十c a n 的汽乍价息、i 俞的数据扶取 s i d s 协议、k v a s e r 的c a n k i n g d o m 协议和s a e 的儿3 4 9 协议等。在汽车工业， 许多制造商都使用他们各自定义的应用层协谢2 3 】。 c a n 有两种不同的帧格式：标准帧和扩展帧。标准帧具有1 1 位标识符，扩 展帧具有2 9 位标识符。c a n 的报文传输由数据帧、远稃帧、错误帧和过载帧4 种不同类型的帧表示和控制。数据帧将数据从发送器传输到接收器；远程帧用于 接收单元请求发送具有同一标识符的数据帧；任何单元检测到总线错误就发出错 误帧；过载帧用于在先行的和后续的数据帧或远程帧之间提供一附加的延时 【2 4 2 5 1 。在c a n 网络中，通过报文的标识符进行信息的区分，通过报文的各种标 示符分配来达到建立信息连接的目的。c a n 报文标识符决定了报文相关的优先 级和报文的等待时间。报文标识符分配的方法是基于c a n 总线系统的主要结构 要素，它影响报文滤波适用性、合理的通讯结构实用性、报文相关的优先权、报 文的等待时问和标识符使用的效率等。c a n 报文为短帧报文，最多可以传送8 个数据字节。在协议中报文的数据部分主要用于传送与功能码相关的参数，以及 特定的功能数据。在报文数据定义时，应充分利用报文数据区的8 字节长度，合 理分配特殊的功能码和有效数据，尽量在每帧报文中携带尽可能多的有效数据。 在实际应用中需要传送大于8 个字节