車(chē)內(nèi)網(wǎng)絡(luò)解決方案分析

車(chē)內(nèi)網(wǎng)絡(luò)解決方案

新技術(shù)為車(chē)輛帶來(lái)的眾多改變之一就是電子零部件的不斷增加，同時(shí)，帶有多種傳感器、執(zhí)行器、電子控制器的高級(jí)控制系統(tǒng)也對(duì)車(chē)用通訊技術(shù)提出了巨大需求。顯而易見(jiàn)，這些需求只能通過(guò)使用這種網(wǎng)絡(luò)解決方案來(lái)滿足，因?yàn)?a class="contentlabel" href="http://www.ex-cimer.com/news/listbylabel/label/車(chē)內(nèi)">車(chē)內(nèi)環(huán)境各不相同，所以，本文將介紹三種能滿足成本、安全性和通訊速度需求的主要通訊標(biāo)準(zhǔn)。

FlexRay

CAN -控制器局域網(wǎng)絡(luò)

LIN -本地互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)

每個(gè)通訊標(biāo)準(zhǔn)都有各自的優(yōu)點(diǎn)和目標(biāo)應(yīng)用平臺(tái)：

FlexRay--高速度（每信道高達(dá)10 Mbps）、雙信道、時(shí)間觸發(fā)、強(qiáng)大的容錯(cuò)協(xié)議，設(shè)計(jì)用作骨干網(wǎng)。一般的目標(biāo)應(yīng)用是所謂的X-by-wire（線控）概念。其目的是通過(guò)電子信號(hào)傳輸來(lái)替代傳統(tǒng)的制動(dòng)踏板和制動(dòng)器或方向盤(pán)和車(chē)輪之間的機(jī)械傳動(dòng)。

CAN（控制器局域網(wǎng)）--中等速度（最高1Mbps）、單信道、雙線容錯(cuò)協(xié)議，目前不僅在汽車(chē)業(yè)，還在許多工業(yè)應(yīng)用中廣泛使用。CAN協(xié)議的目標(biāo)應(yīng)用可以包括電機(jī)控制、懸架控制和車(chē)內(nèi)信息娛樂(lè)功能。

LIN-本地互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)--低速（最高20kbps）、單線低成本協(xié)議，可用于終端節(jié)點(diǎn)應(yīng)用。LIN的概念注定這種協(xié)議用于傳感器/執(zhí)行器中，一般用于低速通訊，即速度不是關(guān)鍵因素的應(yīng)用中。

LIN--本地互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)

如上所述，LIN是一種低成本的單線串行通訊接口。它基于通用的UART/SCI接口，可以20 kbps的波特率保證數(shù)據(jù)的可靠傳輸。LIN總線一般應(yīng)用于集成裝置，比如門(mén)、方向盤(pán)、座椅、溫度控制和發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻風(fēng)扇等。在這些裝置中，LIN網(wǎng)絡(luò)對(duì)成本敏感的特性使其采用了一系列先進(jìn)的機(jī)械電子裝置，如智能傳感器/執(zhí)行器。此外，通過(guò)用數(shù)字編碼代替模擬編碼，機(jī)械電子裝置可以輕松連接到車(chē)輛網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，并易于進(jìn)行各種診斷和維修，包括系統(tǒng)的重新編程和更新。

LIN協(xié)議的另一個(gè)主要特征是從節(jié)點(diǎn)中可以自動(dòng)完成同步而無(wú)需晶振或陶瓷振蕩器。這一特性和基于SCI的通訊的簡(jiǎn)便性是任何LIN實(shí)施提供經(jīng)濟(jì)高效性的主要因素。

操作基礎(chǔ)

LIN的操作概念基于一主多從的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。在這種情況下，LIN集群（LIN 2.0版中LIN網(wǎng)絡(luò)的同義詞）包含一個(gè)主節(jié)點(diǎn)和幾個(gè)（多達(dá)15個(gè)）從節(jié)點(diǎn)。

主任務(wù)（Master task），負(fù)責(zé)決定何時(shí)傳輸哪個(gè)幀

從任務(wù)（Slave task），提供將通過(guò)LIN總線傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，并允許通過(guò)節(jié)點(diǎn)從低功耗模式中喚醒LIN集群。

典型的主節(jié)點(diǎn)包含主任務(wù)和從任務(wù)，而從節(jié)點(diǎn)只包含從任務(wù)。

幀的組成

通過(guò)LIN總線傳輸?shù)臄?shù)據(jù)單位叫作幀。每個(gè)幀包含兩個(gè)主要部分：

主任務(wù)提供的報(bào)頭。

從任務(wù)處理的響應(yīng)。

報(bào)頭包含以下幾個(gè)部分：

中斷（Break） - 至少13位長(zhǎng)的LIN總線的主導(dǎo)狀態(tài)，由主任務(wù)產(chǎn)生，包含每個(gè)LIN幀。

同步字段（Synchronisation field） - 數(shù)據(jù)值在0x55的位字段，使從任務(wù)能與主時(shí)鐘同步。

受保護(hù)的識(shí)別符(PID) - 獨(dú)特地定義消息內(nèi)容但不定義接收方的地址。PID以一個(gè)6位長(zhǎng)的識(shí)別符開(kāi)始，后面跟有兩個(gè)奇偶校驗(yàn)位。

LIN幀的響應(yīng)部分是節(jié)點(diǎn)的從任務(wù)提供的，可分為以下兩部分：

數(shù)據(jù)字段--傳輸1到8個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)。

檢驗(yàn)和字段--包含反向轉(zhuǎn)化的8個(gè)字節(jié)總和，包括后續(xù)(Carry Over)數(shù)據(jù)字節(jié)。

在LIN幀的響應(yīng)部分傳輸?shù)臄?shù)據(jù)內(nèi)容有三種類(lèi)型：

信號(hào) - 響應(yīng)的數(shù)據(jù)字段中包含的梯狀值或字節(jié)陣列。在這種情況下，幀的ID必須在0x00和 0x3B之間。注意，數(shù)據(jù)段中信號(hào)的位置對(duì)帶有相同 PID的幀來(lái)說(shuō)是固定的。

診斷信息 - 用來(lái)傳輸診斷或配置數(shù)據(jù)。這些信息總是8位長(zhǎng)，并帶有預(yù)留的ID號(hào)。0x3C ID用于主請(qǐng)求， 而0x3D 用于從響應(yīng)。

保留信息 - 可用于用戶定義的擴(kuò)展名 (這種情況下ID等于0x3E)或預(yù)留用于未來(lái)的協(xié)議改進(jìn)（ID設(shè)為0x3F）。

主任務(wù)對(duì)報(bào)頭的傳輸基于集群的時(shí)間表。時(shí)間表規(guī)定了傳送幀的順序，以及當(dāng)前和下一個(gè)幀之間的間隔。由于時(shí)間表的數(shù)量從理論上講沒(méi)有限制，所以可以定義幾個(gè)不同的時(shí)間表來(lái)滿足集群運(yùn)行的不同需求。時(shí)間表概念是一個(gè)機(jī)制，有助于確保網(wǎng)絡(luò)不會(huì)過(guò)載，并確保有保證的數(shù)據(jù)傳輸。

網(wǎng)絡(luò)管理

LIN中的網(wǎng)絡(luò)管理只指集群?jiǎn)拘押托菝撸╣o-to-sleep）流程。所有其它網(wǎng)絡(luò)管理功能，如配置檢測(cè)或自我保護(hù)（limp hom）管理都由應(yīng)用完成。

若想使所有從節(jié)點(diǎn)均進(jìn)入低功耗模式，主節(jié)點(diǎn)會(huì)發(fā)出第一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)為零的主請(qǐng)求(MasterRequest)幀。此幀就是休眠命令。從節(jié)點(diǎn)軟件負(fù)責(zé)處理正確進(jìn)入低功耗模式所需的所有步驟。此外，如果LIN總線處于非活動(dòng)狀態(tài)超過(guò)25000位時(shí)間（在使用LIN 2.0規(guī)范的情況下為超過(guò)4秒），從節(jié)點(diǎn)也應(yīng)該自動(dòng)進(jìn)入低功耗模式。

為了喚醒休眠的LIN集群，任何節(jié)點(diǎn)都可以發(fā)出喚醒命令。喚醒請(qǐng)求是通過(guò)迫使總線進(jìn)入250ms到5 ms的主導(dǎo)狀態(tài)發(fā)出的。每個(gè)從節(jié)點(diǎn)都可以檢測(cè)到喚醒請(qǐng)求，并準(zhǔn)備好接收100 ms之內(nèi)的總線命令。