汽车电子控制系统的网络系统培训课件.ppt

1、2020年7月28日星期二,汽 车 电 器 与 电 子,第三章 汽车电子控制系统的网络系统,3.1 概述,CAN-B、CAN-C和TTCAN是由CAN规范所衍生出来的总线标准，被认为是车载网络领域最有发展前途的总线规范之一。,第三章 汽车电子控制系统的网络系统,3.1 概述,车载网络构想,第三章 汽车电子控制系统的网络系统,3.2 网络基础,数据传输方式 串行传输与并行传输、同步传输与异步传输、多路复用技术 数据传输介质 双绞线、同轴电缆、光缆 局域网拓扑结构 星形拓扑结构、环形拓扑结构、树形拓扑结构、总线形拓扑结构 介质访问控制技术 应用在环形和总线形拓扑结构的网络中，有带碰撞检测的载波侦听

2、多址访问和控制令牌 数据交换技术 差错控制技术,第三章 汽车电子控制系统的网络系统,3.2 网络基础,ISO/OSI参考模型 为了实现不同厂家生产的计算机系统之间以及不同网络之间的数据通信，国际标准化组织ISO对当时的各类计算机网络体系进行了研究，并于1981年正式公布了一个网络体系结构模型作为国际标准，称为开放系统互连参考模型“开放系统互连参考模型(ISO/OSI)”，1983年正式成为国际标准，即IS07498。我国相应的标准为GB/T 9387。,网络互连设备 中继器、网桥、路由器、网关、集线器(HUB）,第三章 汽车电子控制系统的网络系统,3.2 网络基础,物理层 解决“物理连接”的标

3、准问题,物理接口的四个特性是：机械特性、电气特性、功能特性和规程特性。设置该层的目的是屏蔽传输介质不可靠的因素。,例如：EIA RS-232C 用于数据终端设备(DTE)/数据电路端接设备(DCE)之间的接口 机械特性 25芯或9芯连接器，DTE为插头，DCE为插座。 电气特性 低于-3V为1，高于+4V为0，最大20Kbps，最长15m 功能特性 如6号引脚，DSR*,低电平代表数据设备准备好 规程特性 适合单工、半双工、全双工、同步、异步,数据链路层 实现相邻结点间正确的数据传输。 把物理层送来的比特流分割成帧； 进行数据链路层的差错控制和流量控制； 向网络层提供可靠透明的数据传输服务。,

4、第三章 汽车电子控制系统的网络系统,3.2 网络基础,数据链路层,链路：指一条中间没有任何交换结点的点到点的物理线路段(物理链路),它是构成计算机网络的一个基本单元。 数据链路：是在链路上加具有数据传输协议的软/硬件。,网络层 该层是如何解决数据在通信子网中的传输路径，是通信子网的最高层，最能体现网络的概念，功能有： 控制通信子网中的数据流量，防止拥塞； 提供建立、维护和终止网络连接的手段。,第三章 汽车电子控制系统的网络系统,3.2 网络基础,传输层 唯一负责总体数据传输和控制的一层，是通信服务及数据处理服务的桥梁，提供的是端到端的进程通信服务，处理主机间的数据通信(源目的)。,传输层的任务

5、,第三章 汽车电子控制系统的网络系统,3.2 网络基础,会话层 是建立在用户与网络间的接口，主要处理通信双方的建立，组织并控制会话的进行，为上层提供管理与控制所传送数据流的手段，使表示层无须涉及调用传输服务的细节。 表示层 把源端机器的数据编码变成适合于传输的编码，传送到目的端后再进行解码。 应用层 是计算机网络与最终用户间的接口，它包含了系统管理员管理网络服务所涉及的所有的问题和基本功能和常用的网络服务，如文件传输、电子邮件、分布式数据库服务、虚拟终端服务等。,第三章 汽车电子控制系统的网络系统,3.2 网络基础,开放系统互连参考模型归纳,第三章 汽车电子控制系统的网络系统,3.3 汽车网络

6、系统的类型,一、SAE分类总线,二、新型专用总线 故障诊断总线、安全总线、X-by-wire总线,第三章 汽车电子控制系统的网络系统,3.4 CAN总线技术,一、CAN总线概述,CAN 控制器根据两根线上的电位差来判断总线电平。总线电平分为显性电平和隐性电平，二者必居其一。发送方通过使总线电平发生变化，将消息发送给接收方。,第三章 汽车电子控制系统的网络系统,3.4 CAN总线技术,信号调制解调方式采用不归零(NRZ)编码/解码方式，并采用插入填充位技术，电平持续5 位时则添加一个位的反型数据。 数据位具有显性0(Dominant bit)和隐性1(Recessive bit )两种逻辑值，采

7、用时钟同步技术。,一种适用于分布式控制、实时控制的串行通信网络； 采用了ISO/OSI参考模型的物理层、数据链路层和应用层； 采用有优先级的多主方式工作，可以点对点、一点对多点（成组）及全局广播等方式传送和接收数据。 CAN的直接通信距离最远可达10Km(传输速率为5Kb/s)；最高通信速率可达1Mb/s(传输距离为40m)。 CAN数据链路层采用短帧结构，每一帧最多为8个字节，CAN节点在错误严重的情况下，具有自动关闭功能。,CAN的特点,第三章 汽车电子控制系统的网络系统,3.4 CAN总线技术,CAN通信的数据位,ISO11898、ISO11519-2 的物理层特征,第三章 汽车电子控制

8、系统的网络系统,3.4 CAN总线技术,二、CAN的技术规范,CAN协议和标准规格,第三章 汽车电子控制系统的网络系统,3.4 CAN总线技术,二、CAN的技术规范,第三章 汽车电子控制系统的网络系统,3.4 CAN总线技术,CAN总线的分层结构,二、CAN的技术规范,第三章 汽车电子控制系统的网络系统,3.4 CAN总线技术,二、CAN的技术规范,第三章 汽车电子控制系统的网络系统,3.4 CAN总线技术,数据帧,RTR 远程发送请求位（Remote Transmission Request BIT） SRR 替代远程请求位（Substitute Remote Request BIT） ID

9、E 识别符扩展位（Identifier Extension Bit）,第三章 汽车电子控制系统的网络系统,3.4 CAN总线技术,遥控帧,接收单元向发送单元请求发送数据所用的帧。遥控帧由6个段组成。遥控帧没有数据帧的数据段。其中仲裁段表示该帧优先级的段，可请求具有相同ID的数据帧。,第三章 汽车电子控制系统的网络系统,3.4 CAN总线技术,错误帧,用于在接收和发送消息时检测出错误，通知错误的帧。错误帧由错误标志和错误界定符构成。错误标志包括错误激活标志（6个位的显性位）和错误认可标志（6个位的隐性位）两种。,错误激活标志：处于错误激活状态的单元检测出错误时输出的错误标志。 错误认可标志：处于

10、错误认可状态的单元检测出错误时输出的错误标志。,错误类型 位错误 填充错误 CRC错误 形式错误 应答错误,发送错误计数值（TEC） 接收错误计数值（REC）,第三章 汽车电子控制系统的网络系统,3.4 CAN总线技术,错误计数值的变动条件,第三章 汽车电子控制系统的网络系统,3.4 CAN总线技术,帧间隔,帧间隔是用于分隔数据帧和遥控帧的帧。数据帧和遥控帧可通过插入帧间隔将本帧与前面的任何帧(数据帧、遥控帧、错误帧、过载帧)分开。过载帧和错误帧前不能插入帧间隔。,延迟传送（发送暂时停止）：8 个位的隐性位。只在处于错误激活状态的单元刚发送一个消息后的帧间隔中包含的段。,过载帧,过载帧是用于接

11、收单元通知其尚未完成接收准备的帧。过载帧由过载标志和过载界定符构成。,第三章 汽车电子控制系统的网络系统,3.4 CAN总线技术,优先级仲裁过程,第三章 汽车电子控制系统的网络系统,3.4 CAN总线技术,CAN总线位时间,同步段（SS），一个CAN总线时钟 传播时间段（PTS），18个CAN总线时钟 相位缓冲段1（PBS1），18个CAN总线时钟 相位缓冲段2（PBS2），18个CAN总线时钟,两种同步机制（硬同步和重同步），来消除CAN总线上各节点之间由于相位误差带来的影响，保证信息正确解码。,硬同步仅发生在报文开始时。 重同步发生在报文位流发送期间，每一个隐性位到显性位跳变沿后。,第三章

12、 汽车电子控制系统的网络系统,3.4 CAN总线技术,重同步,正的相位错误,负的相位错误,第三章 汽车电子控制系统的网络系统,3.4 CAN总线技术,同步段(Sync-Seg) 相位缓冲段1 (Phase-Segl） 相位缓冲段2（Phase-Seg2）,CAN总线位时间,第三章 汽车电子控制系统的网络系统,3.4 CAN总线技术,CAN总线的实测波形,第三章 汽车电子控制系统的网络系统,3.4 CAN总线技术,三、CAN总线智能节点的设计,独立式CAN控制器(stand-alone CAN controller) ：集成有CAN协议的控制模块，如PHILIPS的SJAlOOO。 CAN单片机

13、(CAN micro controller) CAN收发器(transceiver)：用于单片机（或CAN控制器）CMOS电平与CAN总线差分电压之间信号形式的转换。如高速CAN使用的PHILIPSPCA82V250，低速容错CAN使用的摩托罗拉的MC33388,CAN单片机+CAN收发器 通用型单片机+独立式CAN控制器+ CAN收发器,第三章 汽车电子控制系统的网络系统,3.4 CAN总线技术,三、CAN总线智能节点的设计,CAN系统智能节点硬件电路原理图,第三章 汽车电子控制系统的网络系统,3.4 CAN总线技术,三、CAN总线智能节点的设计,CAN系统智能节点硬件电路原理图,第三章 汽

14、车电子控制系统的网络系统,3.4 CAN总线技术,三、CAN总线智能节点的设计,第三章 汽车电子控制系统的网络系统,3.4 CAN总线技术,三、CAN总线智能节点的设计,第三章 汽车电子控制系统的网络系统,3.4 CAN总线技术,Freescale S12单片机上的CAN模块,第三章 汽车电子控制系统的网络系统,3.4 CAN总线技术,S12单片机中的CAN模块相关寄存器,控制寄存器 1) MSCAN控制寄存器0(CANCTL0) 2) MSCAN控制寄存器1(CANCTL1) 3) MSCAN总线时钟寄存器0(CANBTR0) 4) MSCAN总线时钟寄存器1(CANBTR1) 5) MSC

15、AN接收器标志寄存器(CANRFLG) 6) MSCAN接收器中断使能寄存器(CANRIER) 7) MSCAN发送器标志寄存器(CANTFLG) 8) MSCAN发送器中断使能寄存器(CANTIER) 9) MSCAN发送器消息中止控制寄存器(CANTARQ) 10) MSCAN发送器消息中止控制寄存器(CANTAAK) 11) MSCAN发送缓冲区选择寄存器(CANTBSEL) 12) MSCAN标识符验收控制寄存器(CANTIDAC) 13) MSCAN接收错误计数寄存器(CANRXERR) 14) MSCAN发送错误计数寄存器(CANTXERR) 15) MSCAN标识符验收码寄存器(

16、CANIDAR07) 16) MSCAN标识符屏蔽寄存器(CANIDMR07) 2. 报文存储机制 (1) 标识符寄存器(IDR03) (2) 数据段寄存器(DSR07) (3) 数据长度寄存器(DLR) (4) 发送缓冲区优先级寄存器(TBPR),第三章 汽车电子控制系统的网络系统,3.4 CAN总线技术,S12单片机中的CAN模块相关寄存器,第三章 汽车电子控制系统的网络系统,3.4 CAN总线技术,CAN模块中ID寄存器,第三章 汽车电子控制系统的网络系统,3.4 CAN总线技术,三、CAN总线智能节点的设计,第三章 汽车电子控制系统的网络系统,3.4 CAN总线技术,基于SAE J19

17、39 的CAN 通讯规范,协议数据单元Protocol Data Unit(PDU),一种特定的CAN数据帧格式。,特定协议数据单元 PDU Specific(PS)，其具体定义由协议数据单元格式(PF)的值决定。该域可能是表示目标地址(DA)也可能是组扩展(GE)。另外，它还是PGN的一个域。,协议数据单元格式Protocol Data Format(PF),用于识别协议数据单元的格式，并且全部或部分用作参数组的标号。另外，它还是PGN的一个域。,第三章 汽车电子控制系统的网络系统,3.4 CAN总线技术,基于SAE J1939 的CAN 通讯规范,CAN数据帧的ID号：0 x 0CF004

18、00,参数组群编号 Parameter Group Number（PGN） 3 字节，唯一标识一个参数组；,第三章 汽车电子控制系统的网络系统,3.4 CAN总线技术,基于SAE J1939 的CAN 通讯规范,CAN数据帧的ID号： 0 x 0CF00300,可疑参数编号 Suspect Parameter Number(SPN)：A SPN is a 19 bit number used to identify a particular element, component, or parameter associated with an ECU.,第三章 汽车电子控制系统的网络系统,基于SAE J1939 的CAN 通讯规范,与排放相关参数组,第三章 汽车电子控制系统的网络系统,3.4 CAN总线技术,应用实例 ISU/Gateway,第三章 汽车电子控制系统的网络系统,3.5 LIN总线技术,低成本，基于普通UART/SCI 接口，几乎所有单片机都具备LIN必需的硬件； 单线； 传输速率最高可达20Kbps； 单主控器