【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 子化進(jìn)程中現(xiàn)場(chǎng)總線很重要，需要我們自主研制現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議應(yīng)用在汽車產(chǎn)品，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，雖然面臨的挑戰(zhàn)具但積極意義對(duì)于迎接我國(guó)汽車工業(yè)加入世貿(mào)組織增加信心。以縮國(guó)外汽車技術(shù)為參考，努力提高自身的競(jìng)爭(zhēng)力，這是勢(shì)在必行的發(fā)展方向。汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)綜述與發(fā)展在不增加硬件設(shè)備的同時(shí)，還能保證各個(gè)功能的控制。并且像節(jié)能減排，節(jié)約制造成本的方向發(fā)展。越來(lái)越多的向模塊化，智能化，小型化為發(fā)展研究努力，進(jìn)而引入了現(xiàn)場(chǎng)總線。隨著汽車行業(yè)的發(fā)展，現(xiàn)場(chǎng)總線車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也越來(lái)越成熟。它已成為汽車產(chǎn)業(yè)的一個(gè)技術(shù)關(guān)口。基于 CAN 總線的汽車車燈控制網(wǎng)絡(luò)的軟件設(shè)計(jì)22 汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)綜述與發(fā)展在汽車網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的前期階段中早期的汽車網(wǎng)絡(luò)中，各個(gè)廠商都用自己的標(biāo)準(zhǔn)，大家都想在這個(gè)領(lǐng)域稱雄稱霸軍閥割據(jù)，導(dǎo)致沒(méi)有一個(gè)大家都認(rèn)同的標(biāo)準(zhǔn)出現(xiàn)。這給用戶帶來(lái)了很大的麻煩。每個(gè)用戶都要自己定義繁瑣的通信協(xié)議用來(lái)串行通信的發(fā)送和接收器。沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。汽車網(wǎng)路急需建立相互之間的聯(lián)系。因?yàn)檎麄€(gè)行業(yè)的發(fā)展需要大家聯(lián)合，協(xié)助建立一個(gè)被大家接收的協(xié)議。 汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展歷史汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研究與應(yīng)用的初期輝煌在 1990，當(dāng)時(shí)各個(gè)有實(shí)力重視研發(fā)的汽車生產(chǎn)商就花費(fèi)很大的投資在研究中。其中應(yīng)用作為汽車動(dòng)力系統(tǒng)和車身電子系統(tǒng)最主要的應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)，現(xiàn)場(chǎng)總線已經(jīng)被歐洲汽車制造商廣泛接受，同時(shí)它也正在為美國(guó)和遠(yuǎn)東的各汽車制造商所接受，用來(lái)構(gòu)建汽車網(wǎng)絡(luò)。雖然以往美國(guó)汽車制造商廣泛使用 J1850 來(lái)構(gòu)建車身網(wǎng)絡(luò)，但目前 DaimlerChrVsler、Ford 和 General Motors(GM)等汽車制造商已經(jīng)投入到現(xiàn)場(chǎng)總線總線的開(kāi)發(fā)之中，而 J1 850 也正被現(xiàn)場(chǎng)總線所逐步取代。在遠(yuǎn)東，Toyota 已經(jīng)在其汽車十采用現(xiàn)場(chǎng)總線總線連網(wǎng)，而其他的日本和韓國(guó)汽車制造商也正在積極跟進(jìn)。 現(xiàn)場(chǎng)總線總線的基本特點(diǎn)汽車上使用的高速網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的總線標(biāo)準(zhǔn)，特別是廣泛使用的 iso11898 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。該屏蔽或非屏蔽雙絞線總線接口可以再極其嚴(yán)峻的環(huán)境中安全可靠正常的工作。在iso11898 標(biāo)準(zhǔn)建議，即使在雙絞線電路兩根線短路或地面，還要求汽車能夠正常安全的工作?，F(xiàn)場(chǎng)總線的數(shù)據(jù)傳送方式位串行數(shù)據(jù)通信，通信速率在正常工作情況下1Mb／s 為其最大。由位速率決定系統(tǒng)內(nèi)現(xiàn)場(chǎng)總線其中任意兩節(jié)點(diǎn)間的能正常傳輸?shù)木嚯x。在大部分實(shí)時(shí)控制現(xiàn)場(chǎng) 1 Mb／s 傳輸速率是遠(yuǎn)遠(yuǎn)足夠的。因?yàn)閷?shí)際操作中傳輸距離小于四十米?，F(xiàn)場(chǎng)總線總線以，實(shí)時(shí)監(jiān)視、檢查報(bào)文格式、填充循環(huán)冗余校驗(yàn)位，還有和高效檢測(cè)錯(cuò)誤的功能?？梢赃_(dá)到誤碼概率小于 的高精度。實(shí)現(xiàn)永久性故障的自動(dòng)識(shí)別和干擾的短暫能力是運(yùn)用了故障界定技術(shù)。關(guān)閉模式的現(xiàn)場(chǎng)總線是由于受到連續(xù)干擾。更重要的是接入現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)時(shí)，脫離硬件或軟件的與節(jié)點(diǎn)應(yīng)用層修改。基于 CAN 總線的汽車車燈控制網(wǎng)絡(luò)的軟件設(shè)計(jì)3現(xiàn)場(chǎng)總線有如下基本特點(diǎn)： 總線訪問(wèn)采用基于優(yōu)先權(quán)的多主方式通過(guò)標(biāo)識(shí)符（ID）標(biāo)識(shí)的信息內(nèi)容，遍歷網(wǎng)絡(luò)全部過(guò)程中，沒(méi)有重復(fù)或相同的被標(biāo)示的符號(hào)。報(bào)文傳輸過(guò)程中，每當(dāng)接收一條信息后，就是通過(guò)標(biāo)示符來(lái)判斷這些信息是否與自己有關(guān)。如果有關(guān)的信息，它會(huì)被處理，否則忽略。這就是所謂的主模式。它的主要特點(diǎn)是下在理論上不受限制的網(wǎng)絡(luò)號(hào)（其實(shí)是在限制電力負(fù)荷）中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，在傳輸相同的數(shù)據(jù)信息是可以被不同的節(jié)點(diǎn)采納。ID 數(shù)值越小，其優(yōu)先權(quán)反而越高。優(yōu)先權(quán)是由標(biāo)識(shí)符決定的。節(jié)點(diǎn)每當(dāng)總線空閑時(shí)，信息將被重新自動(dòng)傳輸。那個(gè)節(jié)點(diǎn)獲得最高優(yōu)先權(quán)，總線使用權(quán)將被這個(gè)節(jié)點(diǎn)獲得。為保障這個(gè)節(jié)點(diǎn)傳輸，除了這個(gè)節(jié)點(diǎn)其他節(jié)點(diǎn)將被迫停止傳輸。 非破壞性的基于線路競(jìng)爭(zhēng)的仲裁機(jī)制 總線上任一個(gè)潛在的沖突根據(jù)無(wú)破壞性機(jī)制進(jìn)行總線仲裁。固定格式的幀是現(xiàn)場(chǎng)總線上主要的的信息傳送方式，此幀在長(zhǎng)度都為固定值。如果大于一個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)開(kāi)始傳輸幀，并且總線的狀態(tài)是空閑，由此引起的總線訪問(wèn)沖突是利用基于線路競(jìng)爭(zhēng)的仲裁對(duì)標(biāo)識(shí)符進(jìn)行判別來(lái)解決的。仲裁機(jī)制可以保證既不會(huì)丟失信息，也不會(huì)浪費(fèi)時(shí)間。優(yōu)先權(quán)最高的幀的傳輸器將獲得訪問(wèn)總線的權(quán)利。 利用接收濾波對(duì)幀實(shí)現(xiàn)了多點(diǎn)傳送所有節(jié)點(diǎn)都不用設(shè)置地址信息。幀接收濾波處理方法是接收器對(duì)信息的拒收或接受的處理方。信息被接收是否和接收器有聯(lián)系用這個(gè)處理方法可以識(shí)別出來(lái)，所以接收器沒(méi)何必要辨別出準(zhǔn)是信息的傳輸器，反過(guò)來(lái)也是如此。 支持遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)請(qǐng)求通過(guò)傳輸一個(gè)遠(yuǎn)程幀，請(qǐng)求另一節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)幀可以滿足數(shù)據(jù)需要，數(shù)據(jù)幀標(biāo)識(shí)符指定相應(yīng)的遠(yuǎn)程幀標(biāo)識(shí)符為。 數(shù)據(jù)一致性存在在全部過(guò)程里數(shù)據(jù)在全部過(guò)程里具相同特性。同時(shí)可以通過(guò)任意節(jié)點(diǎn)接收，也可以任何節(jié)點(diǎn)接收，可以實(shí)現(xiàn)在現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)。因此，系統(tǒng)與數(shù)據(jù)相同特性功能，這個(gè)功能是使用處理故障方法與組播理論獲得。．仲裁失敗、或傳輸期間被故障損壞了的幀能自動(dòng)重發(fā)任何正在傳輸節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)和任何正在正常(或錯(cuò)誤激活狀態(tài)下)接收數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)都能對(duì)出現(xiàn)了錯(cuò)誤的幀作出標(biāo)記，并進(jìn)行出錯(cuò)通報(bào)。這些幀會(huì)立即被放棄，此后，遵基于 CAN 總線的汽車車燈控制網(wǎng)絡(luò)的軟件設(shè)計(jì)4循系統(tǒng)所采取的恢復(fù)計(jì)時(shí)機(jī)制，它們將被適時(shí)重發(fā)。從檢測(cè)出錯(cuò)誤開(kāi)始、到可以著手傳輸下一個(gè)幀為止的這段時(shí)間稱為恢復(fù)時(shí)間，此后如果再未出錯(cuò)的話，恢復(fù)時(shí)間占 17~23 個(gè)位時(shí)間（在總線遭受嚴(yán)重干擾的場(chǎng)合，最多占 29 個(gè)位時(shí)間） 。所有接收器都會(huì)校驗(yàn)所接收幀的一致性，然后對(duì)具有一致性的幀做出應(yīng)答、對(duì)不具有一致性的幀做出標(biāo)記。仲裁失敗或在傳輸過(guò)程中被錯(cuò)誤干擾了的幀將會(huì)在下次總線空閑期間被自動(dòng)重發(fā)。要被重發(fā)的幀處理起來(lái)與別的幀完全一樣。這意味著，為了獲得對(duì)總線進(jìn)行訪問(wèn)的權(quán)利，它還是要參與仲裁過(guò)程。 汽車網(wǎng)拓?fù)浣j(luò)結(jié)構(gòu) 總線拓?fù)? 總線型結(jié)構(gòu)，是由一根總線連通個(gè)個(gè)節(jié)點(diǎn)。以廣播方式發(fā)送信息，當(dāng)節(jié)點(diǎn) A 發(fā)送信息，其余 BCD 節(jié)點(diǎn)均能接受信息。缺點(diǎn)如果總線發(fā)生故障，其他節(jié)點(diǎn)均癱瘓。如圖 31。 圖 21 總線型拓?fù)?星型拓?fù)? 每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有其自己的溝通渠道，更容易添加新的節(jié)點(diǎn)，作為網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，總線型訪問(wèn)方式不被需要，所以使用的拓?fù)湫徒Y(jié)構(gòu)通信規(guī)定可以被簡(jiǎn)明；傳輸介質(zhì)運(yùn)用光纖材質(zhì)，網(wǎng)絡(luò)實(shí)施更簡(jiǎn)潔。但它的缺點(diǎn)是：較長(zhǎng)的連接線，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)都依靠中樞。如圖 32?；?CAN 總線的汽車車燈控制網(wǎng)絡(luò)的軟件設(shè)計(jì)5圖 22 星型線型拓?fù)?環(huán)型拓?fù)? 所有的節(jié)點(diǎn)相互連接使整個(gè)網(wǎng)絡(luò)形成一個(gè)閉環(huán)。數(shù)據(jù)從一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)出沿著網(wǎng)絡(luò)單向傳輸。因?yàn)樗奶厥饨Y(jié)構(gòu)，造就了它需要一個(gè)適應(yīng)自身的協(xié)議。來(lái)進(jìn)行信息的接收環(huán)形令牌解決了這個(gè)問(wèn)題。那個(gè)節(jié)點(diǎn)拿到了令牌，它就具有了發(fā)送信息的優(yōu)先權(quán)如圖 33。圖 23 環(huán)型線型拓?fù)?我國(guó)汽車網(wǎng)絡(luò)及車燈控制系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r 汽車行業(yè)將來(lái)的發(fā)展的必然走向是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，重點(diǎn)是在網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的規(guī)則，可是關(guān)鍵的汽車總線應(yīng)用產(chǎn)品的核心技術(shù)都被國(guó)外企業(yè)掌握，我國(guó)短期缺少成熟的汽車總線協(xié)議和相關(guān)產(chǎn)品?；?CAN 總線的汽車車燈控制網(wǎng)絡(luò)的軟件設(shè)計(jì)6中國(guó)的本土汽車品牌也加強(qiáng)與大中專院校合作,努力培養(yǎng)相關(guān)的汽車網(wǎng)絡(luò)人才,建立了許多實(shí)驗(yàn)室,同時(shí)舉辦各類比賽。爭(zhēng)取在相關(guān)領(lǐng)域取得突破。目前處于前期發(fā)展的汽車網(wǎng)絡(luò)水平，相比應(yīng)用早期的布線技術(shù)控制車燈功能，直接導(dǎo)致汽車線路復(fù)雜成本過(guò)高，安全性極大程度的影響汽車質(zhì)量。汽車行業(yè)也面臨著各式各樣的貿(mào)易壁壘,要想在未來(lái)國(guó)際化的市場(chǎng)份額中分的一份蛋糕，掌握汽車電子技術(shù)未來(lái)發(fā)展的方向。加大研究和開(kāi)發(fā)投資，早期擁有中國(guó)特色的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及應(yīng)用系統(tǒng)刻不容緩。 位數(shù)值表示 在總線上若既有顯性又有隱形時(shí)，最后顯示顯性。如圖 24。 圖 243 車燈控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)在研究了現(xiàn)場(chǎng)總線總線協(xié)議的通信協(xié)議的基礎(chǔ)上，首先進(jìn)行電路圖設(shè)計(jì)，再用仿真軟件模擬電路圖，待仿真合格后，進(jìn)行硬件焊接。 車燈總成控制系統(tǒng)的功能描述兩個(gè)節(jié)點(diǎn)通過(guò)總線現(xiàn)場(chǎng)總線總線收發(fā)器連接到現(xiàn)場(chǎng)總線總線上。車燈控制中斷開(kāi)關(guān)設(shè)，當(dāng)操作控制開(kāi)關(guān)時(shí)，中央節(jié)點(diǎn)將相應(yīng)的控制指令和數(shù)據(jù)傳輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)總線，汽車燈控制網(wǎng)絡(luò)總體框圖如圖 31。 VCANH VCANL 隱 性 位 隱 性 位 顯 性 位 基于 CAN 總線的汽車車燈控制網(wǎng)絡(luò)的軟件設(shè)計(jì)7 圖 31 車燈控制網(wǎng)絡(luò)總體框圖 MCU 的選擇車燈控制系統(tǒng)微控制器(MCU)采用 ATMEL 公司的 89C51 單片機(jī)，一般每片單片機(jī)可重復(fù)燒錄 100 多次。采用超強(qiáng)密度的生產(chǎn)的器件。由于單個(gè)芯片中采用很多方式8 位 CPU 和快速存儲(chǔ)方式，ATMEL 生產(chǎn)的 89C51 是一種高性價(jià)比控制器， 89C51 單片機(jī)擁有較多應(yīng)用控制系統(tǒng)是一種方便控制且物美價(jià)廉的辦法。89C51 的主要特性如下： 與 MCS51 兼容 可編程容量為 4K 字節(jié)壽命：一千次寫/擦循環(huán) 數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10 年 全靜態(tài)工作：0Hz24Hz 三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定 1288 位內(nèi)部 RAM 32 可編程 I/O 線 兩個(gè) 16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 有 5 個(gè)的中斷源 可編序程的串行的通道 低能耗的空閑置與掉了電的模式 芯片內(nèi)部振蕩器件與帶時(shí)鐘的電路89C51 的各個(gè)引腳的功能如下表 32 所示。車燈控制按鍵MCU Can 總線發(fā)送器Can 總線接收器車燈 1車燈 2基于 CAN 總線的汽車車燈控制網(wǎng)絡(luò)的軟件設(shè)計(jì)8表 32 89C51 單片機(jī)各引腳及功能說(shuō)明序 號(hào) 引 腳 名 稱 引 腳 序 號(hào) 功 能 說(shuō) 明1 P0 口 3239 8 位 并 行 雙 向 I/O 口 ， 訪 問(wèn) 外 部 存 儲(chǔ) 器 時(shí) ， 可 作 為低 8 位 地 址 線 /數(shù) 據(jù) 總 線 復(fù) 用2 P1 口 18 通 用 I/O 口 ， 8 位 準(zhǔn) 雙 向 ， 編 程 和 校 驗(yàn) 時(shí) 作 為 低8 位 地 址 線 ， 和 另 有 第 二 功 能3 P2 口 2128 通 用 8 位 準(zhǔn) 雙 向 I/O 口 ， 訪 問(wèn) 外 部 存 儲(chǔ) 器 時(shí) ， 可 作為 高 8 位 地 址 線4 P3 口 1017 8 位 準(zhǔn) 雙 向 I/O 口 ， 提 供 部 分 第 二 功 能5 RST 9 復(fù) 位 信 號(hào) 輸 入 端 ， 高 電 平 有 效6 EA/Vpp 31 訪 問(wèn) 芯 片 內(nèi) 部 和 外 部 程 序 存 儲(chǔ) 器 的 選 擇 信 號(hào) /編 程電 壓7 PSEN 29 外