嵌入式技術(shù)與整車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

　　功能分配僅針對單個(gè)工程功能，而功能與功能、系統(tǒng)與零部件存在的關(guān)聯(lián)和由此產(chǎn)生的沖突。因此，系統(tǒng)層面上針對功能、零部件的平衡是架構(gòu)整合的基本內(nèi)容。同時(shí)。合格的架構(gòu)不僅必須滿足成本要求，還需要與開發(fā)人力、可靠性、技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)和可配置性進(jìn)行折中。鑒于架構(gòu)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性和平臺(tái)化戰(zhàn)略考慮，通常以架構(gòu)平臺(tái)的形式出現(xiàn)。

　　作為分布式嵌入式系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的架構(gòu)(圖5)存在著更分布還是更集中的爭議。在更分布式的系統(tǒng)中，諸多功能盡可能按功能分布在不同的控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)的可配置性好、可靠性高但物料成本較高；在更集中的系統(tǒng)中，諸多功能盡可能按區(qū)域分布在同一的控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)的物料成本較低但可配置性差、可靠性低。在實(shí)際工程應(yīng)用中，由于不同整車系統(tǒng)、不同功能領(lǐng)域的需求差異，更分布和更集中架構(gòu)往往是折中的。架構(gòu)開發(fā)常見的輸出是輸出文檔是電氣原理圖、功能分配規(guī)范，并直接作為線束、控制系統(tǒng)和總線開發(fā)的設(shè)計(jì)輸入。

四、總線開發(fā)

　　總線是指連接控制器的數(shù)字、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信系統(tǒng)，通常一條或多條總線和網(wǎng)關(guān)構(gòu)成整車網(wǎng)絡(luò)。常見的總線如CAN、LIN，以及MOST、FlexRay。

　　總線可被視為滿足分布式功能需要的用于數(shù)據(jù)交換的非用戶工程功能，依托節(jié)點(diǎn)的嵌入式軟硬件分布式實(shí)現(xiàn)的。因此，運(yùn)用總線時(shí)必須考慮其資源占用、時(shí)延、可靠性、線束布局等需求；反之，這些也是總線技術(shù)升級換代的驅(qū)動(dòng)力。通常，總線開發(fā)包括物理層、通信層、網(wǎng)絡(luò)管理和網(wǎng)關(guān)四部分內(nèi)容。

　　4.1物理層(圖6)

　　物理層指構(gòu)成總線硬件的線束、接插件及板級收發(fā)電路。作為硬件部分，主要的難點(diǎn)在于設(shè)計(jì)偏差認(rèn)可和一致性保證。前者主要是存在于沿用其他總線設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)，硬件的設(shè)計(jì)偏差認(rèn)可與否很大程度上影響了方案最終確定；后者是指批量情況下全壽命周期的性能一致性保證，為避免散差、老化造成的質(zhì)量問題，必須在設(shè)計(jì)階段對性能指標(biāo)進(jìn)行相應(yīng)分配，并通過耐久試驗(yàn)進(jìn)行測試與改進(jìn)。

4.2通信層(圖7)

　　通信層介于物理層和應(yīng)用軟件之間，是通信協(xié)議的主體，主要包含通信策略和信號配置。

　　通信策略定義了通信機(jī)制的傳輸模型和時(shí)延模型，本質(zhì)上服務(wù)于功能內(nèi)部的數(shù)據(jù)交換需求，并屬于后者的抽象。例如人機(jī)類功能一般屬于開環(huán)控制類，事件觸發(fā)的傳輸模式即可滿足數(shù)據(jù)交換需要，總體時(shí)延要求在200毫秒以上。通信策略不僅可以直接作為通信層軟件開發(fā)需求，也是通過總線進(jìn)行功能分配的重要參考依據(jù)。忽視通信策略的設(shè)計(jì)和驗(yàn)證。容易造成總線負(fù)載高、時(shí)延超差等問題，由此引發(fā)的功能失效的代價(jià)極大。一般而言，采用含有成熟通信策略的嵌入式軟件是較保險(xiǎn)的解決方案。

信號配置是與架構(gòu)設(shè)計(jì)直接相關(guān)，也是總線設(shè)計(jì)中最直觀的部分。信號配置本質(zhì)上是把信號根據(jù)協(xié)議特性和架構(gòu)需求進(jìn)行組幀的過程。從邏輯角度，信號配置必須滿足架構(gòu)中的流向關(guān)系、幀裝載字長和帶寬等限制；從時(shí)序角度，分配后信號的傳輸時(shí)延應(yīng)確保滿足功能的總體時(shí)延分配。

　　4.3網(wǎng)絡(luò)管理

　　網(wǎng)絡(luò)管理主要完成啟動(dòng)／停止、休眠／喚醒、錯(cuò)誤處理和版本控制等功能。網(wǎng)絡(luò)管理通常包含節(jié)點(diǎn)管理和系統(tǒng)管理(狹義網(wǎng)絡(luò)管理)，前者限于節(jié)點(diǎn)本地的通訊管理，后者協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)間的系統(tǒng)級行為。

　　作為解決方案，可以直接引入包含網(wǎng)絡(luò)管理算法的嵌入式軟件，進(jìn)一步定義網(wǎng)絡(luò)管理策略的時(shí)間參數(shù)設(shè)定、網(wǎng)絡(luò)管理底層策略與應(yīng)用層的接口和應(yīng)用層對網(wǎng)絡(luò)管理的具體需求。需要指出的是，網(wǎng)絡(luò)管理的失效易導(dǎo)致意外的休眠／喚醒，輕者導(dǎo)致相關(guān)功能失效，重者將影響蓄電池電置。

4.4網(wǎng)關(guān)

　　網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)不同總線的不同類型的數(shù)據(jù)交換，不僅包括常見的信號數(shù)據(jù)，還包含喚醒／休眠、啟動(dòng)／停止等管理指令。對于信號數(shù)據(jù)的路由組織，基于信號的方式利于時(shí)延的評估，而基于幀的方式便于配置的標(biāo)準(zhǔn)化，分別體現(xiàn)了不同的架構(gòu)設(shè)計(jì)理念。

　　網(wǎng)關(guān)的功能性需求來源于架構(gòu)設(shè)計(jì)，越復(fù)雜越分布，系統(tǒng)的網(wǎng)關(guān)復(fù)雜度越大。從實(shí)現(xiàn)角度，網(wǎng)關(guān)功能增加了系統(tǒng)的可配置性但降低了可靠性，需要在架構(gòu)設(shè)計(jì)中進(jìn)行合理平衡。

五、診斷開發(fā)

　　診斷系統(tǒng)能實(shí)時(shí)監(jiān)控功能運(yùn)行，并通過總線接口與外部用戶設(shè)備實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，滿足法規(guī)、開發(fā)、制造、售后甚至信息服務(wù)的需求。從法規(guī)角度，通常排放相關(guān)的診斷內(nèi)容是強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)化的．如常見的在線診斷(OBD)。診斷開發(fā)的基本內(nèi)容主要包括功能自診斷、診斷管理、通信協(xié)議和配置系統(tǒng)四部分開發(fā)內(nèi)容。

　　5.1功能自診斷(圖9)

　　任何嵌入式方式實(shí)現(xiàn)均存在軟硬件失效的可能，因此實(shí)時(shí)在線的功能自診斷是必要的保障手段。功能診斷包括面向應(yīng)用功能的自診斷和面向系統(tǒng)功能的自診斷，后者通常是指操作系統(tǒng)、總線等基礎(chǔ)或者內(nèi)核部分。功能自診斷通常針對對物理輸入輸出和邏輯輸入輸出，前者通過相關(guān)電路特性判斷是否存在物理失效，后者對邏輯信號的數(shù)值、變化特性進(jìn)行可信度判斷。一經(jīng)判斷出失效，系統(tǒng)將采取缺省值甚至降級運(yùn)行等處理策略。需要指出的是，功能自診斷的初衷是針對潛在失效，因此相關(guān)的失效模式分析是其設(shè)計(jì)來源