南京林业大学 硕士学位论文 汽车车身舒适系统的CAN总线及其测控技术的研究 姓名：屈敏 申请学位级别：硕士 专业：载运工具运用工程 指导教师：蔡伟义
摘要网络技术在汽车上的应用，已成为现代汽车电子技术发展的一个重要方向。随着车载 网络系统的主流标准――ｃＡＮ总线技术在现代汽车中的应用，简化了汽车的电气线路，提 高了其电控系统的可靠性与灵活性。近年来，国内关于ＣＡＮ总线技术在汽车上的应用与研 究丌始起步，本论文主要针对汽车车身舒适系统的ＣＡＮ总线及其测控技术方面展开研究。 本论文综述了ＣＡＮ总线技术在国内外的研究应用状况；概括、分析了ＣＡＮ总线的相 关理论与技术要点；简述了车载网络系统的基本特点与组成结构，并对国产大众车型中的 车载ＣＡＮ总线网络系统进行了实例分析，总结出车载ＣＡＮ总线的网络应用方案。 设计、搭建了车载ＣＡＮ总线系统测控分析平台，并利用该平台对实验的车身舒适系统 的ＣＡＮ总线进行测试、仿真与分析。通过测试得出实验的车身舒适系统的ＣＡＮ总线上传输 信号的典型波形与数掘帧值，分析了其基本运作特点与方式；并根据车身舒适系统的ＣＡＮ总线网络仿真实验结论为车载网络系统设计提供实验依据。在对实验的车身舒适系统的ＣＡＮ总线控制功能测试的基础上，利用单片机和ＣＡＮ总线控制器ＳＪＡｌ０００、收发器ＰＣＡ８２Ｃ２５０等元件，设计开发了ＣＡＮ总线数据采集通讯节点，在不改变原车身舒适系统的网络硬件结构的情况下实现系统匹配。通过采集车内温度、空 气质量、空调丌关和车速信号，完善了原车身舒适系统对车窗升降与车锁的控制功能，提升了该车身舒适系统的安全与舒适性。通过对实验的车身舒适系统的左前门主控单元节点Ｊ３８６控制策略的分析，设计了左 前门主控单元节点Ｊ３８６的替代节点，并在实现其主要控制功能的同时，改进了原节点不 能接受外部ＣＡＮ总线上的控制数据帧对左前门窗与后视镜远程控制的问题。 关键词；车载网络；ＣＡＮ总线；车身舒适系统；测试、仿真与分析；控制功能完善与改进ＡｂｓｔｒａｃｔＴｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｎｅｔｗｏｒｋ ｉｎ ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ ｈａｓ ｂｅｃｏｍｅ ｍｏｄｅｍ ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ．Ａｌｏｎｇ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ＣＡＮ―ｂｕｓ ａｐｐｌｉｅｄ ｔｏ ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ，ｉｔ ｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄ ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｃｉｒｃｕｉｔ，ｅｎｈａｎｃｅ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｆａｃｉｌｉｔｙ ｏｆ ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ．Ｒｅｃｅｎｔｌｙ，ｒｅｓｅａｒｃｈ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｍａｉｎｌｙ ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎ ｏｎａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ ＣＡＮ―ｂｕｓ ｓｙｓｔｅｍ ｉｎ ｄｏｍｅｓｔｉｃ ｈａｓ ｂｅｇｉｎｎｉｎｇ，ＣＡＮ??ｂｕｓ ａｎｄ ｉｔｓ Ｔｅｓｔ－?Ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ ｂｏｄｙｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｃｏｎｖｅｎｉｅｎｃｅ ｓｙｓｔｅｍ． Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｐｐｌｉｅｄ ｓｔａｔｕｓ ｏｆ ＣＡＮ－ｂｕｓ ｉｎ ｔｈｅ ｄｏｍｅｓｔｉｃ ａｎｄｏｖｅｒｓｅａｓ，ｇｅｎｅｒａｌｉｚｅｄ ａｎｄ ａｎａｌｙｚｅｄ ｔｈｅ ＣＡＮ―ｂｕｓ ｒｅｌａｔｅｄ ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｐｏｉｎｔｓ；ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｂｒｉｅｆｌｙ ｔｈｅ ｂａｓｉｃ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ａｎｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ ｎｅｔｗｏｒｋ ｓｙｓｔｅｍ，ａｎａｌｙｚｅｄ ｅｘａｍｐｌｅ ｏｆ ｎｅｔｗｏｒｋ ｓｙｓｔｅｍ ｓｙｓｔｅｍ． Ｄｅｓｉｇｎｅｄ ａｎｄ ｂｕｉｌｔ ｍａｄｅｕＳｃ ａ ｏｎＶｏｌｋｓｗａｇｅｎ，ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｅｄｐｒｏｊｅｃｔｓｏｆ ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ ｎｅｔｗｏｒｋＴｅｓｔ－Ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎａｌＩｙｔｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ ＣＡＮ－ｂｕｓ ｓｙｓｔｅｍ．Ａｎｄｏｆ ｉｔ ｔｅｓｔ．ｓｉｍｕｌａｔｅａｎｄａｎａｌｙｚｅｄｔｈｅ ＣＡＮ－ｂｕｓｏｉｌａｕｔｏｍｏｂｉｌｅｂｏｄｙｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｏｎｃｏｎｖｅｎｉｅｎｃｅ ｓｙｓｔｅｍ．Ｅｄｕｃｅｄ ｔｈｅ ｔｙｐｉｃａｌ ｗａｖｅ ａｎｄ ｄａｔａ ｆｒａｍｅｓ ｏｆｓｉｇｎａｌｗｈｉｃｈ ｄｅｌｉｖｅｒＣＡＮ－ｂｕｓ，Ｍａｓｔｅｒｅｄ ｂａｓｉｃ ｏｐｅｒａｔｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ａｎｄ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ ｂｏｄｙ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｃｏｎｖｅｎｉｅｎｃｅ ｓｙｓｔｅｍ，ｐｒｏｖｉｄｅｄ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎ ｆｏｒ Ｂａｓｅｄｏｎｄｅｓｉｇｎ．ｔｈｅ ｔｅｓｔ，ｄｅｓｉｇｎｅｄａｎｄ ｍａｄｅｔｈｅ ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｎｏｄｅ ｏｆ ＣＡＮ－ｂｕｓ ＰＣＡ８２Ｃ２５０ ｅｔｃ．Ｍａｔｃｈｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ｏｒｉｇｉｎａｌｂｙ ＣＡＮ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ＳＪＡｌ ０００，ｔｈｅ ＣＡＮｔｒａｎｓｃｅｉｖｅｒａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ ｎｅｔｗｏｒｋ ｓｙｓｔｅｍ，ｗｉｔｈｏｕｔ ｃｈａｎｇｅ ｉｔｓ ｈａｒｄｗａｒｅｓａｎｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．Ｕｓｉｎｇｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄ ａｉｒｔｈｅ ｃａｒｑｕａｎｔｉｔｙ ｓｉｇｎａｌ ｉｎｓｉｄｅ ｔｈｅ ｅａｒ，ｔｈｅ ａｉｒ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｓｗｉｔｃｈ ｓｉｇｎａｌ ａｎｄ ｓｐｅｅｄ ｓｉｇｎａｌ ｔｏ ｃｏｎｔｒｏｌ ｗｉｎｄｏｗ ａｎｄ ｌｏｃｋ，ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｓａｆｅ ａｎｄ ｃｏｍｆｏｒｔａｂｌｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｏｆ ｏｒｉｇｉｎａｌａｕｔｏｍｏｂｉｌｅｂｏｄｙｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｃｏｎｖｅｎｉｅｎｃｅ ｓｙｓｔｅｍ．Ａｎａｌｙｚｅｄ ｔｈｅ ｐｏｌｉｃｙ ｏｆ ｃｏｎｔｒｏｌ ｕｎｉｔ ｎｏｄｅ Ｊ３８６ ｉｎ ｏｒｉｇｉｎａｌ ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ ｂｏｄｙ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｃｏｎｖｅｎｉｅｎｃｅ ｓｙｓｔｅｍ，ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｓｕｂｓｔｉｔｕｔｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｕｎｉｔ ｎｏｄｅ ｏｆ Ｊ３８６，ａｃｔｕａｌｉｚｅｄ ｏｒｉｇｉｎａｌ ｎｏｄｅｍａｉｎ ｃｏｎｔｒｏｌ ｆｕｎｃｔｉｏｎ，ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｐｒｏｂｌｅｍ ｏｆ ｔｈｅ ｏｒｉｇｉｎａｌ ｎｏｄｅ ｃａｎ’ｔ ａｃｃｅｐｔ ｔｈｅ ｒｅｍｏｔｅ ＣＡＮｅｏｎｔｒｏｌ ｄａｔａ ｆｒａｎｌｅｓ ｔｏ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｈｅ】ｅｆｔ ｆｒｏｎｔ ｗｉｎｄｏｗ ａｎｄ ｒｅａｒｖｉｅｗ ｍｉｒｒｏｒ．Ｋｅｙｗｏｒｄ：ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ ｎｅｔｗｏｒｋ；ＣＡＮ―ｂｕｓ；ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ ｂｏｄｙ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｃｏｎｖｅｎｉｅｎｃｅ ｓｙｓｔｅｍ； ｔｅｓｔ，ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄ ａｎａｌｙｓｉｓ；ｉｍｐｒｏｖｅ ｃｏｎｔｒｏｌｆｕｎｃｔｉｏｎＷｒｉｔｅ ｂｙ：Ｑｕ Ｍｉｎｇ（Ｖｅｈｉｃｌｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）Ｓｕｐｅｒｖｉｓｅ ｂｙ：Ｐｒｏｆｅｓｓｏｒ Ｃａｉ Ｗｅｉｙｉ本学位论文知识产权声明本学位论文是在导师（指导小组）的指导下，由本人独立完成。文中所引用他人的研究成果均已注明出处。对本论文研究有所帮助的人士在致谢中均已说明。基于本学位论文研究所获得的研究成果的知识产权属于南京林 业大学。对本学位论穸，南京林业大学有权进行交流、公开和使用。研究生签名虏敖锄…努嗽日期：乒?嗥ｏ‘．ｏｒ致谢时光飞逝，三年的研究生生活即将结束，值此论文完稿之际，谨向所有关心和支持过 我的老师，同学和朋友们致以诚挚的谢意！ 首先我十分感谢我的导师一一蔡伟义教授，感谢他在我的研究生学习期问所给予的指 导和帮助。本论文研究进行的自始至终，倾注了他大量的精力和心血，他从题目的选取、 资料的收集、疑难的解答以及学位论文的撰写等各个方面都给予了我许多有益的指导和启 发，这促使我能够顺利地完成本论文的研究工作。蔡老师严谨的治学态度、高深的学术造 诣和随和的为人风格使我受益匪浅，相信这对我以后的工作与学习将产生重要的影响。 其次，汽车与交通运输系的老师们在论文的研究过程中提出了许多宝贵的意见，在 此对他们表示衷心的感谢。另外，还要感谢我的几个研究生同窗们在三年的学习生活中给 予我的友谊与帮助；感谢周立功广州．南京公司的技术入员给予我在相关仪器设备调试过 程中给予的帮助。 最后，我还要深深的感谢我的家人；正是他们给予我在工作．学习与生活方面的理解． 支持与关爱，让我源源不断获得前进的动力！屈敏２００７年６月于南京林业大学第一章绪论１．１本论文的研究背景随着现代汽车电子控制技术的发展，汽车发动机、底盘和车身等电控系统中的电控单 元数量不断增加，汽车整车的电气系统变的越来越复杂。如果继续采用传统的汽车电气布 线方式，必将会导致整车线束的长度、重量和占用的空『白Ｊ大大增加；而传统电控系统采用 点对点的通信方式对大量数据信息在电控单元问实时交换也存在极大的限制。近十几年来， 本着减少成本、简化线路和提高电控系统可靠性的目的，国外许多大汽车公司与研究机构 都积极致力于车载网络技术的研究，并在借鉴计算机网络技术和现场控制技术的基础上， 开发出一些适用于汽车环境的网络控制技术。 虽然早在１９６８年，美国的艾塞库斯就提出了利用单线传输多路信号的构想，但受到 当时微电子技术水平的限制而一直未能如愿：９０年代以后，随着集成电路和电子功率器 件制造技术的发展，廉价的微处理芯片和信号识别芯片丌始大量的应用于网络、总线通讯 接口电路中，这力Ⅱ速了车载网络控制技术进入实用化阶段。近几年来，车载网络技术又有 了很大的发展，尤其是ＣＡＮ总线技术已被大多数汽车制造商所采用，而与此同时，一些新的协议总线类型也在不断的出现。““２¨加“”“６１ 为了方便研究和设计应用，美国汽车工程师协会（ＳＡＥ）车辆网络委员会将汽车数据传输网络划分为Ａ、Ｂ、Ｃ三类；另外，不少文献中也将近年来发展起来的车载多媒体网络沿续称为Ｄ类网络。Ａ类（如ＵＡＲＴ、ＬＩＮ）是面向传感器、执行器控制的低速网络，数 据传输位速率通常小于ｌＯｋｂ／ｓ，主要用于后视镜调整，电动窗、灯光照明等控制；Ｂ类（如ＳＡＥＪｌ８５０、低速ＣＡＮ）是砸向独立模块｛’日Ｊ数据共享的中速网络，位速率一般在ｌＯｋｂ／ｓ～ １２５ｋｂ／ｓ，主要应用于车身电子舒适性模块、仪表显示等系统；Ｃ类（如高速ＣＡＮ）是面向 高速、实时闭环控制的多路传输网，位速率在１２５ｋｂ／ｓ～１ Ｍｂ／ｓ，主要用于牵引控制、发 动机控制、ＡＢＳ控制等系统；Ｄ类（如Ｄ２Ｂ、ＭＯＳＴ）是面向多媒体信息的高速传输网络，位速率一般在２Ｍｂ／ｓ以上，主要用于车载视频、音频、导航系统等。 迄今为止，还没有一个车载网络协｝义可以完全满足未来汽车所有成本和性能的要求。目Ｉ；ｉ『，面对汽车上日益复杂的控制子系统的不同需要，国外许多汽车制造商倾向于采用多 个协议孑网混合使用的方案，即由各子系统决定自身采用哪一类总线，如有通信必要，各 子系统总线之间再由网关互相连接以进行数据通讯。现在，典型的应用方案是车身舒适控 制系统单元都连接到ＣＡＮ总线上，并借助于ＬＩＮ总线进行外围设备控制；而汽车高速控制系统单元使用高速ＣＡＮ总线进行连接：远程信息处理和多媒体系统可由Ｄ２Ｂ或ＭＯＳＴ协议总线来实现；无线通信则以蓝牙（Ｂｌｕｅ ｔｏｏｔｈ）技术为主。在未来的５－１０年里，ＴＴＰ和ＦｌｅｘＲａｙ协议总线将使汽车的线控（Ｘ－ｂｙ―Ｗｉｒｅ）技术进一步发展。可以预见，不久的将来汽车将是网络化、智能化的汽车。叫ｍ嘲嘲呻１…１１．２国内外的相关研究动态 １．２．１控制器局域网ＣＡＮ在国内外的研究发展状况控制器局域嘲ＣＡＮ（ＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒＡｒｅａＮｅｔ）足德国Ｂｏｓｃｈ公司在８０年代初，为解决现代汽车中众多的控制与测试仪器之剃的数据交换而开发的一种串行数据通讯协议，它的 短帧数据结构、非破坏性总线性仲裁技术以及灵活的通讯方式，非常适合汽车对数掘实时性和可靠性的要求。在随后的。｝‘年『日ｊ经多次修订，于】９９１年９月形成ＣＡＮ技术规范２．０版本。该版本包括２．ＯＡ和２．ＯＢ两部分，其中２．ＯＡ给｝ｎ ＣＡＮ报文标准格式，２．ＯＢ给出ＣＡＮ报文标准（１Ｉ位）和扩展（２９位）两种格式。随后关困汽车‘Ｉ：程师协会ＳＡＥ的载货车、客车控制和通信网 络委员会ｊ１９３９投票通过了将ＣＡＮ作为数据交换网应用于客货车、农业及建筑车辆。１９９３年ＩＳＯ ｉＦ式颁柿了ＣＡＮ的固际标准１ｓ（卜１１８９８（高速），１９９４年ＩＳＯ颁布了ＩＳＯ－１ １５１９（低速），这为ＣＡＮ标准化、规范化的推广铺乎了道路““““…“”１ 在ＣＡＮ协议推出后，许多半导体厂商为它提供了众多的元器件支持：８０年代末，Ｉｎｔｅｌ 公司首先研制出ＣＡＮ总线通信控制器８２５２６，随后Ｐｈｉｌｉｐ公司研制出ＣＡＮ总线通信控制器８２Ｃ２００，９０年代初，Ｐｈｉｌｉｐ公司生产了带有ＣＡＮ总线控制器的单片机Ｐ８ＸＣ５９２，带数 字／模拟输入输出功能的ＣＡＮ总线控制器８２Ｃｌｊ０；另外Ｍｏｔｏｒｏｌａ、西门子、ＮＥＣ公司也先 后推出了带有ＣＡＮ总线控制功能的元器件，这些促进了ＣＡＮ总线的应用技术走向成熟。目｜ｊ仃，在众多的现场总线标准中，ＣＡＮ是唯一被ＩＳＯ批准为国际标准的现场总线，它已发展成为应用最广泛、支撑技术和元器件最丰富的现场总线标准之一，被誉为最有的途的现场总线。在国外尤其是荚国和欧洲，ＣＡＮ己被广泛应用于汽车、火车、船舶、机器人、 楼宇自动化、机械制造、医疗器械、电力自动化等众多领域。 我国关于ＣＡＮ总线的研究起始于上个世纪九十年代中期，各项研究工作绝大部分限于 一些科研院所、高等院校。北京航空航天大学、中国计算机学会单片机公共实验室和江苏 大学对ＣＡＮ总线的研究工作起步较早；随后清华大学、中国汽车技术研究中心、上海交大、 同济大学等也逐步丌始进行ＣＡＮ总线技术在电动汽车方面的应用研究；此外广州周立功等自控厂商也于近几年推出一些基于ＣＡＮ总线的丌发、应用产品。“““”２０００年以后，国内在ＣＡＮ总线的研究与应用上丌始有了一些成功的实例：在北京和 利时公司ＤＣＳ２０００集散控制系统中，ＣＡＮ应用于二控制器内部Ｉ／Ｏ模块之间的信息交换；在 清华大学电机系的ＴＨ一３变电站微机保护系统中，ＣＡＮ应用于变电站内部微机保护装霄之 Ｊ’日Ｊ的通信；国家８６３重大电动汽车专项将车载网络作为一个子项目进行研究，从事该项目的课题组己成功地研发出用于车载ＣＡＮ网络规划、测试的一系列专用仪器设备……””纵观目前国内关于ＣＡＮ总线的研究与应用状况，可以看出，各研究单位的研究内容仅 限于较小的范围且层次不高，缺乏核心技术，相关产品也不成系列：另外，目前国内介绍 ＣＡＮ总线的专著与研究论文还不多，具有自主知识产权的ＣＡＮ专用芯片还未研制生产；这 些都说明国内外在ＣＡＮ总线的研究与应用水平上差距很大，ＣＡＮ总线在我国还有待较长时间的发展。２１．２．２ＣＡＮ总线技术在国内外汽车行业的应用状况早在１９９２年，Ｍｅｒｃｅｄｅｓ―Ｂｅｎｚ公司就将ＣＡＮ总线技术应用于客车的发动机管理系统， 随后Ｖｏｌｖｏ、Ｓａａｂ、Ａｕｄｉ、ＢＭＷ、Ｖｏｌｋｓｗａｇｅｎ、Ｒｅｎａｕｌｔ和Ｆｉａｔ等汽车厂商纷纷效仿，ＣＡＮ总线逐步被欧洲接纳为汽车行业标准。目前，欧洲绝大多数新款汽车的动力传动系统和车 身舒适系统都分别参照［ＳＯ－１１８９８和ＩＳｏ－１１５１９束进行设计，近期基于ＣＡＮ总线的故障诊 断系统协议草案ＩＳＯ／ＤＩＳ一１５７６５已在论证，ＣＡＮ总线在汽车上的应用层次在不断加深。 在欧洲的带动下，ＣＡＮ总线也逐渐得到世界其它地区的认同。过去在美国，车载网络 在Ｄａｉｍｌｅｒ―Ｃｈｒｙｓｌｅｒ，Ｆｏｒｄ和ＧＭ三大汽车公司内自成体系，协议标准主要是ＳＡＥ的３１８５０和３１９２２，但这些标准对网络各层协议的舰定及其工作性能与ＣＡＮ相差甚远，并很难被欧 洲接受。近年来，这三大汽车公司已全部转向ＣＡＮ，ＳＡＥ最近薪颁匆了３１９３９，Ｊ２４１１，３２２８４ 和３２４８０等一系列基于ＣＡＮ的车用通讯协议标准。因受美国的影响，在亚洲地区同本的ＮＥＣ、三菱和东芝等公司，已发展成为ＣＡＮ芯片的供应商之一，Ｔｏｙｏｔａ等厂家已开始用ＣＡＮ替换原有的网络总线系统，Ｍｏｔｏｒｏｌａ，Ａｌｐｉｎｅ和住友联合丌发出适用于车内信息娱乐网 络的通讯协议ＩＩ）Ｂ―Ｃ，并由ＳＡＥ形成标准３２３６６，这些新发展使得ＣＡＮ可能成为目前唯一 能够覆盖全车应用颁域的总线系统。“”…“”’ 据Ｓｔｒａｔｅｇｙ Ａｎａｌｙｔｉｃｓ市场调研公司最近公布的一份报告指出，ＣＡＮ在２００５年捐ｊ有 车载网络全球市场总量的∞％；特别在欧洲，尽管有多种新型车载网络丌始进占信息娱乐和安全保障领域，但ＣＡＮ仍可保留８８％的市场份额，毫无疑问，ＣＡＮ将是今后一段时Ｉ￣ＨＪ内车载网络领域的主流协议标准。”８ 以前，国内批量生产的轿车如上汽的桑塔纳、一汽的捷达和奥迪、神龙的富康以及天 汽的夏利等多属于中低档轿车，这些轿车都没有进行网络化设计，可以说以阿国内汽车在 ＣＡＮ总线技术的应用上是一个空白。直到最近几年，国内各汽车公司从国外引进了一些电 控技术含量较高的新车型如：通用公司的世纪（Ｃｅｎｔｕｒｙ）、君威（Ｒｅｇａｌ）；大众公司的帕萨 特（Ｐａｓｓａｔ）Ｂ５、奥迪Ａ６、宝来（Ｂｏｒａ）、波罗（Ｐｏｌｏ）；菲亚特（Ｆｉａｔ）公司的派力奥 （Ｐａｌｉｏ）、西耶那（Ｓｉｅｎａ）以及马自达公司的马自达６（Ｍａｚｄａ６）等都装备了不同规模的车载网络系统，由于采用ＣＡＮ总线等车载网络技术，这些车型的技术含量、整车性能均有较大幅度的提高。目前，我国汽车的车载网络技术仅仅刚丌始起步，其应用技术落后，装备我们自主研 发的车载ＣＡＮ总线网络的车型还很少。为了迅速提高国产汽车的技术性能指标，并逐步与国际汽车行业接轨，实现国产汽车电控制系统的网络化，就必须尽快展丌对以ＣＡＮ为代表的汽车网络技术的全面研究与应用。１．３本论文研究的目的和意义目前国内引进的，装备ＣＡＮ总线网络系统的车型，都普遍采用两条网络：驱动系统的 高速ＣＡＮ、车身舒适系统的低速ＣＡＮ，有的车型还设计有网关使二者相连，以实现信息共 享。汽车车身舒适系统的ＣＡＮ总线系统是汽车车载网络控制系统中的一个重要子系统，其３控制功能丰富，包含的技术含量很高。迄今为止，国内对汽车车身舒适系统的ＣＡＮ总线系统各方面的研究不多，对它还没有一个全面深刻的认识。为了提高国内对汽车车身舒适系 统的ＣＡＮ总线及其测控技术方面的研究与应用水平，促进我国汽车车载ＣＡＮ总线技术的发 展，加强对汽车车身舒适系统的ＣＡＮ总线方面的研究十分必要。 通过本论文的研究工作，对于我们理解车载ＣＡＮ总线网络系统在车身舒适系统中的结 构与功能及其运作方法、研发车载ＣＡＮ总线网络系统的测控分析平台及其测试分析方法、 设计车载ＣＡＮ总线测控单元节点，具有较强的指导意义：对于我们自主丌发车身舒适系统以及整车车载ＣＡＮ总线网络系统具有一定的参考意义。１．４本论文的主要研究内容及方法针对目前国内关于汽车车身舒适系统的ＣＡＮ总线网络系统研究与应用方面的一些不足，本论文主要从以＿Ｆ几方面进行研究：（１）在广泛收集国内外相关文献资料的基础上，对ＣＡＮ总线技术在国内外的研究应用状况、ＣＡＮ总线的相关理论与技术要点予以概括与分析。（２）以大众系列典型车型的车载ＣＡＮ总线网络系统为代表，研究分析车载ＣＡＮ总线网络系统的组成结构及功能特点，并对车载ＣＡＮ总线网络应用方案予以总结。（３）利用Ｐｃ机、ＣＡＮ总线测控系统研发所需要的相关测试、分析与丌发仪器设备， 设计搭建车载ＣＡＮ总线系统测控分析平台。 （４）利用车载ＣＡＮ总线系统测控分析平台对实验的汽车车身舒适系统的ＣＡＮ总线进 行一系列实际测试、仿真与分析。（５）利用单片机和ＣＡＮ控制器ＳＪＡｌ０００、收发器ＰＣＡ８２Ｃ２５０等元器件，设计丌发车载ＣＡＮ总线测控节点并与原车身舒适系统ＣＡＮ总线网络匹配，完善和改进原车身舒适系统的ＣＡＮ总线控制功能及其存在的不足，提升原车身舒适系统的安全与舒适性。４第二章车载网络基础叫ＡＮ总线技术要点分析Ａｒｅａ作为目前车载网络系统的主流标准――ＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌ ｌｅｒＮｅｔ）总线，是德国Ｂｏｓｃｈ公司在８０年代仞，为了解决现代汽车中众多的控制与测试仪器之间的数据交换而 开发的一种串行数据通讯协议，它采用短帧数据结构、非破坏性总线性仲裁技术以及灵活 的通讯方式，非常适合汽车中对数据实时性和可靠性的要求。２．１ＣＡＮ总线的特点…ｎ２１ＣＡＮ总线采用了许多新技术和独特的设计，与一般的通信总线相比，具有突出的可靠性、实时性和灵活性，归纳其主要特点如下： （１）ＣＡＮ总线采用多主方式工作，网络上任何一节点均可在任意时刻主动地向网络 上其它节点发送信息而不分主从，通信方式比较灵活。 （２）ＣＡＮ总线上节点信息以报文标识符划分优先级以满足不周的实时要求。（３）ＣＡＮ总线采用非破坏性总线仲裁技术，当多个节点同时向总线发送信息时，优先级较低的节点会主动退出发送，而最高优先级的节点可不受影响地继续传输数据，从而大大节省了总线冲突仲裁的时间。 （４）ＣＡＮ总线只需通过报文滤波即可实现点对点、一点对多点以及全局广播等几种 方式传送接收数据。（５）ＣＡＮ总线采用短帧结构，传输时问短，受干扰概率小，具有极好的检错性。（６）ＣＡＮ总线上的每帧信息都有ＣＲＣ检验及其它检错措施以保证其数据出错率极低。（７）ＣＡＮ的通信距离最远可达１０ｋｒａ（＜５ｋｂｐｓ）；通信速率最高可达１Ｍｂｐｓ（＜４０ｍ）。 （８）ＣＡＮ总线上的节点数目主要取决于总线驱动电路，目前可达１１０个；报文标识符可达２０３２种（Ｃ＆Ｎ２．Ｏｈ），而扩展标准（ＣＡＮ２．ｏＢ）的报文标识符几乎不受限制。（９）ＣＡＮ总线的通信介质可为双绞线、同轴电缆或光纤，选择灵活。（１０）ＣＡＮ总线上的节点在错误严重的情况下具有自动关闭输出功篦，以使总线上其 它节点的操作不受影响。 ２．２ＣＡＮ总线的分层模型“２…加乜棚㈨出于ＣＡＮ总线技术的应用与推广，为了对其通信协议标准化，１９９１年９月德国Ｂｏｓｃｈ公司制订并发布了ＣＡＮ技术规范（Ｖｅｒｓｉｏｎ ２．０），该技术规范包括了Ａ和Ｂ两部分。２．ＯＡ给出了ＣＡＮ报文标准格式，而２．ＯＢ给出了报文标准和扩展两种格式。１９９３年１１月ＩＳＯ正式颁布了道路交通运输工具――数据信息交换――高速通信控制器局域网（ＣＡＮ）国际标准ＩＳ０１ １８９８，它为ＣＡＮ的标准化、规范化铺平了道路。制定ＣＡＮ技术规范的目的是为了在任何两个ＣＡＮ仪器之间建立兼容性，以达到设计 透明度、实现灵活性。根据ＩＳＯ／ＯＳＩ参考模型，ＣＡＮ被细分为不同的层次如图２．１所示： 数据链路层、物理层；其中数据链路层又被分为：逻辑链路控制子层（ＬＬｃ）、媒体访问控 制子层（ＭＡＣ），这两个子层的功能分别对应ＣＡＮ２．０Ａ中定义的目标层和传输层的相应功能。５ＩＳＯ／ＯＳＩ墨墨丝！心用层 ｒＪ酉Ｃ表爪层 逻接超设 辑受戟复 链滤通管 路波知理 会衍崖 螺体访问挣制了层（ＭＡＣ） 传输层 数捌封装／拆皱 帧编蚂（ｊｊｌＩ充／钎除坝充）刚络层媒仆济问管删销跌｝｜｛ｆ测数据链路层ｉ｜ｊ锚杯定 心符、串行化／舯ｌ缘串行化物理磋 位编峭／斜埘 位定时 Ｉ州步 （驱动器／接收器特性）幽２．１ＣＡＮ的ＩＳＯ／ＯＳＩ参考模７弘的分层结构逻辑链路控制子层（ＬＬＣ）的主要作用是为远程数据请求以及数据传输提供服务；确定ＬＬｃ子层实际验收接收的报文：为恢复管理和过载通知提供手段。媒体访问控制子层（姒Ｃ） 的主要作用是执行传送规则，即控制帧结构、执行仲裁、错误检测、出错标定、故障界定。 物理层的作用是在不同节点之间根据所有的电气属性进行位的实际传输，它包括位定时、位编码和位同步。ＣＡＮ技术规范没有定义物理层的驱动器／接收器特性，允许根据 实际应用对发送媒体和信号电平进行优化。 ２．３ＣＡＮ的数据链路层ＣＡＮ的报文帧２．３．１１．报文帧的传输ＣＡＮ以报文为单位进行信息传送，每一个发送数据或请求数据发送的报文均包含有标识符ＩＤ，它标识该报文的优先权。ＣＡＮ总线上各节点不分主从，都可主动发送信息。如果同时有两个或更多节点丌始发送报文，ＣＡＮ采用无损总线仲裁技术，优先级高的报文赢得 总线使用权，而优先级低的报文主动停止发送；当总线再次空闲后，这些节点自动重发报 文。ＣＡＮ系统中，一个ＣＡＮ节点不使用有关系统结构的任何信息（如站地址等），报文标识 符ＩＤ并不指出报文的目的地址，而是表述数掘的类型和含义，通常这些数据的类型根据 它们在控制中的重要性和实时性要求而被划分。 ２．报文帧的格式 ＣＡＮ２．ＯＢ规定有两种不同的帧格式，不同之处为标识符域的长度不同：具有１１位标识 符的帧称之为标准帧，而含有２９位标识符的帧为扩展帧。数据帧和远程帧可以使用标准帧或扩展帧两种格式，它们用一个帧ｌ、玎Ｊ空问与前面的帧分隔。３．报文帧的类型报史传输有４种不同类型的帧：（１）数据帧（Ｄａｔａ Ｆｒａｍｅ）：数据帧将数据从发送器传输到接收器。 （２）远程帧（Ｒｅｍｏｔｅ Ｆｒａｍｅ）：总线单元发出远程帧，请求发送具有同一标识符的数 据帧。 （３）错误帧（Ｅｒｒｏｒ Ｆｒａｍｅ）：任何单元检测到总线错误就发出错误帧。 （４）过载帧（Ｏｖｅｒｌｏａｄ 间提供附加的延时。Ｆｒａｍｅ）：过载帧可以在先行的和后续的数掘帧或远程帧之４．报文帧的结构（１）数掘帧 数据帧由７个不同的位场（Ｂｉｔ Ｆｉｅｌｄ）组成：帧起始（ＳｔａｒｔｏｆＦｒａｍｅ）、仲裁场（Ａｒｂｉｔｒａｔ ｉｏｎ Ｆｉｅｌｄ）、控制场（Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｆｉｅｉｄ）、数据场（Ｄａｔａ Ｆｉｅｌｄ）、ＣＲＣ场（ＣＲＣ Ｆｉｅｌｄ）、应答场（ＡＣＫ Ｆｉｅ］ｄ）、帧结尾（Ｅｎｄ 图２．２所示。帧问窀问 数据帧 帧闻审阍 ｏｆＦｒａｍｅ）。数掘场的长度可以为０，结构如图２．２报文的数据帧结构帧起始：标识数掘帧或远程帧的丌始，由一个显性位组成，在总线空闲时才允许站点发送信号。仲裁场：在标准格式罩仲裁场由ｌ ｌ位标识符（（ＩＤ）和远程发送请求位（ＲＴＲ）组成，标识符位由ＩＤ２８－－ＩＤｌ８组成，其中最高７位不能全是隐性位；在扩展格式晕仲裁场由２９ 位标识符（（ＩＤ）和替代远程请求位（ＳＲＲ）、标识行扩展位（ＩＤＥ）、远程发送请求位（ＲＴＲ） 组成，标识符位由ＩＤ２８－－ＩＤＯ组成，即ｌｌ位基本ｌＤ、１８位扩展ＩＤ。其中要注意的是ＲＴＲ 位在数据帧里为显性，在远程帧瞿为隐性；ＳＲＲ位为隐性。当扩展帧的基本ＩＤ与标准帧 的ＩＤ相同并发生冲突，标准帧优先于扩展帧。仲裁场结构如图２．３、图２．４所示。圈２．３数据帧标准格式中的仲裁场结构ＳＯＦｆ１ｌ位标识符ＳＲＲｒ。ｅｌ－ｅ位标识符Ｉ ｌ ｒ－Ｉｒ。ｌ。。ｃ ＩＲＴＲ幽２．４数据帧扩展格式中的仲裁场结构控制场：控制场由六位组成，其中ｒＯ和ｒ１两位是保留位，用于将来功能的扩展，ＤＬＣ为数据长度码，标识本帧中数据字节数，其数值大小为０～８，保留位必须发送为显性。７控制场结构如图２．５所示。仲裁场―，：＋―――――――――――一控制场――――――――?；＋一数据场ＩＤＥ／ｒｌ ｒＯ ＤＬＣ３ ＤＬＣ２ ＤＬＣｌ ＤＬＣ０或ＣＲＣ场保留位数据匠度代码图２．５控制场结构数据场：由数据帧中需要发送的数据信息组成，字节长度由控制场中ＤＬＣ指定，最长不超过８字节。 ＣＲＣ场：有１５位ＣＲＣ系列和～位ＣＲＣ界定符组成。ＣＲＣ场最后一位是ＣＲＣ界定符为隐 性位。ＣＲＣ场结构如图２．６所示。●数据或―――咔：｜一――――――――――一ＣＲＣ场―――――――――?：．．―一心答场ＣＲＣ场结构图２．６应答场：由应答场间隙和应答界定符组成。发送节点发出的这两位均为隐性电平，正 确接收到有效报文的节点在应答间隙发送一显性位，将应答间隙改写；所有成功接收到报 文的节点通过在应答问隙发送显性位向发送器报告信息己被成功接收。应答间隙后面紧随 一位隐性位的应答界定符，所有应答ｌ、日Ｊ隙被两个隐性位包围。应答场结构如图２．７。幽２．７应答场结构帧结束：每一个数据帧和远程帧均由７位隐性位系列标识帧的结束，通过这７位隐性位接收器可以判断一帧是否已经结束。（２）远程帧当ＣＡＮ总线上一个节点需要其它节点所拥有的数据信息时，可以通过发送远程帧来 请求另一节点发送。该远程帧的标识符标识了所需数据的类型，被送回的数据信息的标识 符和远程帧的标识符完全一致。数据源节点在接收到远程帧后，根据远程帧的标识符判断所需数据信息类型，并在总线空闲时将相应数据送出。．．―――．．．．．一，―――．―．．―――――――，，―。．―――．．．．．―．―．．――．．．―――．――．――――．．．．．――――．――――――――．．．．．．．．―――；―．．ｊ』ＥｉＩｊ￡Ｅ±ＬＩ竺竺竺ｌ竺竺兰ｌ竺竺兰 １ １１１兰Ｉ帧问审问―讳ｈ一一――远程帧――一―――――――――＾一帧问卒问！兰兰ｌ竺竺兰ｌ圈２．８远程帧结构远程帧由６个位场组成：帧起始、仲裁场、控制场、ＣＲＣ场、应答场和帧结束，除ＲＴＲ 为隐性，无数据长度码和数据场外，帧结构和数据帧完全相同。因此一个远程帧由下列６ 个不同的位场组成，即：帧起始、仲裁场、控制场、ＣＲＣ场、应答场和帧结束。远程帧结８构如图２．８所示。 （３）错误帧为进行错误界定，每个ＣＡＮ控制器均设有两个错误计数器：发送错误计数器（ＴＥＣ）和接收错误计数器（ＲＥＣ）。ＣＡＮ总线上的所有节点按其错误计数器数值情况可分为三个状态：错误活动状态、错误认可状态和总线关闭状态。错误帧由两个不同的位场组成，第一个场由来自不同的节点的错误标志叠加而成， 第二个场为错误界定符。错误帧结构如图２．９所示错议界定符――．：｜墨｜２．９错误帧结构（４）超载帧超载帧由超载标志和超载界定符组成。超载标志由６个显性位组成，其格式与活动错 误标志相同，超载界定符由８个隐性位组成，其格式与错误界定符相同。当超载标志发出 后，每个节点监视总线状念，直至检测到从显性至隐性位的跳变，此时，所有的的超载界定符节点均己完成了超载标志的发送，随后所有节点丌始发送８个隐性位组成的超载界定符。超载帧结构如图２．１０所示。过载标忠的叠加过载界定符――■图２．１０超载帧结构（５）帧『自Ｊ空问 数据帧及远程帧与前面一帧信息之间被称为帧间空佃Ｊ的场隔丌。帧间空间由间歇场和总线空闲场组成，对于前面已经发送过报文的错误认可节点还包括挂起发送（暂停发送）场。帧问空问结构如图２．１１所示―＿［二二！二二［驾 ：?一帧 ［ 帧―――?：?一帧问窄问――――――――――――｝ 帧――＋：?～帧问卒问――――――一：?一帧 ―七二！［竺二［驾［，Ａ结构２．１１帧问空间结构Ａ、Ｂ９２．３．２ＣＡＮ的错误管理与异常操作啦乱ｃ州的错误管理承Ｉ异常操作是ＣＡＮ中｝分重要的部分，通过定义完善的错误管理和肄 常操作机制，确保了ＣＡＮ成为汽车网络中最为可靠的总线技术标准之一。１．ＣＲＣ校验ＣＲＣ场包括ＣＲＣ序列和ＣＲＣ界定符。用于检验的ＣＲＣ序列特别适用于位数小于１２７位 帧的循环冗余码（ＢＣＨ码）校验驱动。为实现ＣＲＣ计算，被除的多项式被定义为一个多项式， 其系数由帧起始、仲裁场、控制场、数据场（如果存在）和ｌｊ为最低系数为０组成的解除填充的位流给定。此多项式被下列生成多项式：Ｘ＝Ｘ”＋Ｘ“＋Ｘ…＋Ｘ“十Ｘ７＋Ｘ１＋Ｘ３＋ｌ除，相除的余数即为发送至总线的ＣＲＣ序列。接收器接收数掘时，按照同样的规则对所接收到的数掘进 行ＣＲＣ计算，然后把两个ＣＲＣ序列进行比较，以判定数据是否出错。２．出错检测在ＣＡＮ总线中存在５中不同的错误类型，他们并不互相排斥。所有检测到出错条件的节点通过发送出错标志进行标定。 （１）位错误：向总线发送数据的节点同时也在监视总线。当监视到的总线位数值与发送的位数值不同时，则在该位时刻检测出一个位错误。例外情况是：在仲裁场的填充位 流期ｆＢＪ或应答间隙期『日Ｊ送出“隐性”位，而监测到一个“显性”位时，不视为错误；送出认可错误标志的发送器，而检测到“显性”位时，也不视为错误。（２）填充错误：如前所述，在应使用位填充方法进行编码的报文中，如果出现了第 ６个连续相同的位极性时，将检测出一个填充错误。，（３）ＣＲＣ错误：如ｆｊ｛『所述，ＣＲＣ序列是由发送器ＣＲＣ计算结构组成的。接收器以与发送器相同的方法计算ＣＲＣ，如计算结果与接收到的ＣＲＣ序列不同，则检测出一个ＣＲＣ错误。（４）形式错误：该方法将对照ＣＡＮ的帧的结构进行检测，如果固定形式的位场中出 现一个或多个非法位时，则检测出一个形式错误。（５）应答错误：在应答间隙期发送器未监测到“显性”位，则检测出一个应答错误。 ３．故障界定虽然上述５种错误检测方法使得ＣＡＮ总线数据可靠性大大提高，但是如果系统中存在 有缺陷的节点时，它将不停的发送出错帧，这样会导致所有的帧（包括正确的帧）被放弃， 进而造成总线的堵塞。为了防止这种情况的发生，ＣＡＮ总线协议提供了一个区分短暂干扰 和永久性故障的方法，即故障界定。为了进行故障界定，在总线上的每个节点单元中都设 置有两种计数器：发送出错计数和接收出错计数。错误计数器按照～系列规则进行修正。 网络中的任何一个节点，根据其错误计数器的数值，将决定节点所处的状态，各种状态之 间还可以根据错误计数器的数值动态地改变。 根据错误计数器的数值，节点可能有三种状态，其转换关系如图２．１２所示。（１）“错误――激活”节点：一个“错误――激活”节点可币常参与总线通信，并在检测到错误时发送一个活动错误标志。活动错误标志由６个连续的“显性”位组成，并且 遵守填充规则和在规定帧中出现的所有固定格式。１０（２）“错误――认可”节点：一个“错误――认可”节点参与总线通信不发送活动错误标志。但检测到错误时发送一个认可错误标志，它由６个连续的“隐性”位组成。 （３）“总线脱离”节点：当一个节点由于请求故障界定实体而对总线处于关闭状念时， 其处于“总线脱离”状态。在“总线脱离”状态下，节点既不发送，也不接收任何帧。除非用户请求，节点才能解脱“总线脱离”状态。燃燃鬻。，厌僦飘愀位Ｉ复位或讴置接收错误计数＜１２７ 或发送错跃计数＜１２７故障接受接收错误计数＞２５５总线脱图２．１２故障状态转换关系图４．总线故障管理 一些有可能对总线运行造成干扰的总线故障通常会在运行期间发生。这些故障及引起 的网络动作如表２．１所示。表２．１ 总线故障 某个｛７点火去与总线的连接 某个仃点掉电 某个ｎ点火去与地的连接 某处符点的屏蔽连接，大效 １．ＣＡＮ．Ｈ断路 短 路 断 路 故 障 ２．ＣＡＮ＿Ｌ断路３．ＣＡＮＣＡＮ总线故障管理 网络动作 剩余节点继续通讯 剩余讧点在信噪比变小的情况下继续通讯 剩余竹点在信噪比变小的情况卜－继续通讯 所有肖点继续通讯Ｉｆ同地短接 剩余节点在信噪比变小的情况卜－继续通讯４．ｃ＾Ｎ』同地短接５．ＣＡＮ ６．ＣＡＮＨ同电池电压短接 Ｅ同电池电压短接７．ＣＡＮ Ｕ线与ＣＡＮ Ｌ线短接８．火去一条与终端网络的连接 ９．ＣＡＮ－Ｈ线与ｃＡＮ－Ｌ线在同一处断路 系统整体无动作，由此形成的子系统（含终 端网络部分）中的再点继续通讯２．４ＣＡＮ的物理层㈨Ⅲ３ＣＡＮ物理层定义了物理数据在总线上各节点问的传输过程，主要是连接介质、线路电气特性、数据的编码／解码、位定时和同步的实施标准。ＢＯＳＣＨ ＣＡＮ基本上没有对物理层进行定义，但ＴＳＯ的ＣＡＮ标准对物理层进行了定义。图２．１３ＣＡＮ总线物理层功能和埘廊的节点构成设计一个ＣＡＮ网络时，物理层具有很大的选择余地，但必须保证ＣＡＮ协议中媒体访问层非破坏性位仲裁的要求，即出现总线竞争时具有较高优先权的报文获取总线竞争的原则，所以要求物理层必须支持ＣＡＮ总线中隐性位和显性位的状态特征。在没有发送显性位时总线处于隐性状态，总线空闲时总线处于隐性状念；当有一个或多个节点发送显性位， 显性位覆盖隐性位，使总线处于显性状态。在此基础上，物理层主要取决于传输速度要求。从物理结构上看，一个ＣＡＮ节点的构成如图２．１３所示。在ＣＡＮ网络中，物理层从结 构上可分为三层：物理信号层（ＰＬＳ），物理介质附件层（ＰＭＡ）和介质接口层（ＭＤＴ）。其中ＰＬＳ 层连同数据链路层功能由ＣＡＮ控制器完成，Ｐ姒层功能由ＣＡＮ收发器完成，ＭＤＩ层定义了 电缆和连接器的特性。目前还有的微控制器内部集成了ＣＡＮ控制器和收发器电路。ＰＭＡ和 ＭＤＴ两层有很多不同的国际或国家或行业标准，也可自行定义，比较流行的是ＩＳ０１１８９８定义的高速ＣＡＮ发送／接收器标准。１．物理信号层（ＰＬＳ）（１）编码和解码ＣＡＮ总线使用不归零（ＮＲＺ）编码方式，它在连续传送同极性位时，接收端没有可用于 重新同步的信号沿，所以ＣＡＮ协议中规定在发送位流时，最多可以有５个极性相同的位连续发送，如果要发送的报文中有超过５个的相同极性位，则必须在第５个同极性位后插入一个补位。由于采用位填充技术，实际线路的传输效率可能会下降，在最坏的情况下，每 发送Ｎ位最多可能插入（Ｎ－１）／４个填充位，在接收端填充位被剔除。１２（２）位定时和同步标称位速率是指理想发送器在没有重新同步的情况下每秒发送的位数量。标称位速率 的倒数即为标称位时间。不同的ＣＡＮ系统中，ＣＡＮ的速度不同。但在一个给定的ＣＡＮ系统 中位速率是一定的，其最大值受所选用的ＣＡＮ控制器类型、收发器和物理介质等因素的影 响，可在一定范围内自由设定。ＣＡＮ总线的数据传输速率最高可达１Ｍｂｉｔ／ｓ，通常用石英 晶振作为时钟发生器，可以独立地进行位定时的参数设置，这样即使网络中节点之问的时 钟周期不一样，仍可获得相同的位速率。但网络中晶振的频率不是绝对稳定的，温度、电 压以及器件的异常都会导致晶振频率微小的差别，但只要将其稳定在振荡器允许误差 （ＣＡＮ２．０规定晟大振荡器容差为１．５８％）范围之内，总线上的节点通过重新同步进行弥补。 ｃＡＮ总线的一个位时间可以分成四个部分如图２．１４所示：同步时间段ＳＹＮＣ ｓＥＧＩ传播时间段ｆＰＲｏＰ ｓＥＧＩ相位缓冲时间段ｌＩ相位缓冲时间段２ＩＰＨＡＳＥ－ＳＥＧｌｌＰＨＡＳＥ－ＳＥＧ２标称位时间幽２．１４ ＣＡＮ物理层的何时间段同步段（ＳＹＮＣ ＳＥＧ），传播段（ＰＲＯＰ ＳＥＧ），相位段缓冲段１（ＰＨＡＳＥ―ＳＥＧＩ）和相位缓冲 段２（ＰＨＡＳＥ―ＳＥＧ２），每段的时元数目都是可以编程控制的。时元是ＣＡＮ最小的时间单位， 而时元的大小ｔｑ由系统时钟ｔｓｙｓ和波特率预分频值ＢＲＰ决定：ｔｑ＝ＢＲＰ＊ｔｓｙｓ，这一功能在 ＣＡＮ控制器中完成。同步段用于同步总线上的各个节点；传播时『日Ｊ段用于补偿总线上信号传播时间和电子 控制设备内部的延迟时间；相位缓冲段用柬补偿振荡器容差；采样点是渎取总线电平并转换为对应值的时问点。２．物理介质附件层（Ｐ姒）ＢＯＳＣＨＣＡＮ没有定义收发器及以下各层标准，ＩＳＯ标准对收发器制定了相应标准。收发器在两条线的ＣＡＮ网络上发送信号时，一条称为ＣＡＮ－ＨＩＧＨ，另一条称为ＣＡＮ―ＬＯＷ，两条线上是差动信号，具体特性取决于采用的标准或设计规范。以ＩＳ０１ １８９８―２标准采用双绞 屏蔽或非屏蔽线为例，收发器通过ＣＡＮ－ＨＩＧＨ和ＣＡＮ―ＬＯＷ两条线相连，总线两端有１２０欧姆电阻，如图２。１５所示。圈２．１５ＩＳ０１１８９８－２标准网络当节点总线驱动器输出显性位时打开驱动三极管，有电流流过电阻；输出隐性位时驱 动三极管闭合，无电流流过电阻。总线上的接收点，在ＣＡＮ―ＨＩＧＨ与ＣＡＮ―ＬＯＰ／之问的差值 小于０．５Ｖ时，认为总线是隐性状态；如果差值大于０．９Ｖ认为是显性状态。一般ＣＡＮ―ＨＩＧＨ１３的标准值（Ｖ）驳２．０。２．５，２．７５，３．０，３．５，４．５，ＣＡＮ―ＬＯＷ的对应取值是０．５，１．ｊ，２．０，２．２５，２．５，３．０。由于采用双绞线和差动方式，ＣＡＮ总线对电磁干扰不敏感。为了提高系 统抗干扰能力，还可在收发器和ＣＡＮ控制器之Ｊ’日Ｊ增加光电隔离。 总线上某一时刻显现的数值由两根导线Ｖｔ上电压ｖ～。和Ｖ。的差值表示。该差分电压Ｖ。可表示“显性”和“隐性”两种互补的逻 辑数值。如图２．１６所示，在“隐性”状念下， 差分电压Ｖ。近似为Ｏ。“显性”状态Ｖ。则大于一个最小阂值。在ＣＡＮ总线标准通信协议中规定“显性”（Ｄｏｍｉｎａｎｔ）表示逻辑“Ｏ”， 而“隐性”（Ｒｅｃｅｓｓｉｖｅ）则表示逻辑“１”。幽２．１６ ｃＡＮ总线位的数值表示当在总线上存在“显性”位和“隐性”位同时发送时，节点发送驱动电路的设计使得总线数值表现为“显性”。在总线空闲位期间，总线表现“隐性”状态。“显性”状态改写 “隐性”状态启动发送并进行各节点之问的同步。 ３．介质接口层（ＭＤＩ）ＣＡＮ总线可采用屏蔽或非屏蔽双绞线、同轴电缆或光纤作为ＣＡＮ总线传输介质。ＣＡＮ 总线．Ｉ－的数掘按位串行传输，同一总线上任意两节点之间的最大传输距离与其位速率有 关，挂接在同一条总线上的所有节点都必须采用相同的传输速率。 总线电缆允许长度与节点特性、传输速度等参数有关，如表２．２所示。实际可使用的长度取决于以下因素： （１）总线上节点和回路引起的延时。 （２）不同节点的时钟误差引起的定时误差。（３）由于电缆电阻和节点输入电阻引起的信号下降。表２．２ ＣＡＮ总线系统任意两壮点之问的最人传输距离１０００ ４０ ５００ ＩＢ０ ２５０ ２７０１２５ １００ ５０ｌ位速率（Ｋｂｐｓ） ｌ最人距离（ｍ）２０ ３３００１０５５３０６２０１３００６７００１００００注：最人传输距离指在同一总线上两个Ｈ点之间的距离２．５ＣＡＮ总线系统的网络构建网络的结构对系统的特性有很大的影响，ＣＡＮ网络～股采用总线结构，但又有多种具体的连接方式。在一定的应用环境Ｆ，ＣＡＮ网络结构选择的原则是：在同样的硬件参数下， 尽量提高网络的电磁兼容性。另外为了实现一些特定情况的要求，有时需要采用一些特殊 的结构，如无线连接等。 典型的ＣＡＮ总线系统的网络掏建如图２．１７所示，网络通信介质采月ｊ双绞线。总线的 每个末端接有终端电阻Ｒ１以抑制信号反射，采用双绞线为通信介质时，一股选取ＲＩ＝１００～ １２０Ｑ。在实际组建网络时，图中所示参数Ｄ、ｓ应根据现场的情况来确定：节点分支的长１４度Ｄ一般应小于３ｍ，而相邻节点的距离Ｓ则要取决于总线的通信速率，～般说速率越高， 其允许值也就越小，根据ＣＡＮ的国际标准ＩＳ０１１８９８的建议见表２．２所示。设计ＣＡＮ总线 的串行网络主要应考虑其网络扩展容易，增删节点方便且成本较低等因素。ＲＴ翻２．１７典型ＣＡＮ总线系统的网络构建在网络的实际连接中，如果需要使用非单线结构，如有三个分支的星型结构，也可以 考虑多终端结构，此时终端电阻值要符合发送／接收器输出驱动的要求。下图２．１８所示为 其它ＣＡＮ总线系统的网络构建。ＣＡＮ．ＨＣＲ以＝６２ＱＣ＝１０……１００ｎＦ（Ａ．终端分解结构）｝ＣＡＮＣＡＮ。Ｈ ＲｔＣＡＮ‘Ｌ Ｒｔ－１８００ｆ１ｌｌ（Ｂ．多终端结构）。诲点：：旧丘幽２．１８其它ＣＡＮ总线系统的网络构建ＣＡＮ：霄点２．６本章小节本章对目前车载网络系统的主流标准――ｃＡＮ总线的相关理论与技术要点作了概括与分析，总结了ＣＡＮ总线的主要特点：以ＣＡＮ２．０Ｂ技术规范为主线，介绍了ＣＡＮ参 考模型的分层结构，并在此基础上较为详细的概括、分析了ＣＡＮ的数据链路层、ＣＡＮ的 物理层的主要规范与技术要点；列举了ＣＡＮ总线系统的一般网络构建。１５第三章车载ＣＡＮ总线网络系统分析３．１车载网络概述１”。“““…‘州”。随着电子技术的迅速发展，微控制器进入汽车领域，汽车电子化的程度不断提高， 汽车的动力性，操纵稳定性、安全性、燃油经济性和排放性都得到大幅提升。然而汽车电子设备的增加，必然会导致车身电气布线越来越复杂，系统运行的可靠性降低，故障维修难度加大：而随着车载电控单元的大量引入，为了达到更高的控制要求， 要求大批数掘信息在不同的电控单元问实时交换与共享，这使得传统通讯方式远远不能满足这种要求。因此，人们选择了车载网络技术来解决这些问题。 网络技术在汽车上的应用，必将促进汽车智能化的进程。但山于目前车载网络技术还处于发展阶段，为了适应不同类型汽车的不同需要，现在已经应用和准备应用于汽车上 的网络协议标准种类很多，它们各有各的特点，其比较见表３．１。表３．１常见的下载网络协议比较 分类 协议类裂ＬＩＮ发起组织Ｍｏｔｏｒｏｌａ麻ＨＪ范同 传感器、座椅、ｆ Ｊ锁、 顶棚、视镜等控制传输介质 单线传输速率１～２０ｋｂ／ｓ成本 低ＣＡＮＢＯＳＣＨ、 ＳＡＥ、ＩＳＯ故障诊断、传动装置和 发动机控制 ’发动机管理系统和 底盘控制系统双绞线ｌＯｋｂ／ｓ～ ｌＭｂ／ｓ中电 子 控 制 系 统Ｆｌｅｘｒａｙ Ｂｙｔｅｆｌｊｇｈｔ ＴＴＣＡＮＣｉＡ舣绞线ｌ～２Ｍｂ／ｓ低ＢＭＷ安全气囊、中央ｆ Ｊ锁 与库椅控制光纤ｌＯＭｂ／ｓ低Ｍｏｔｏｒｏｌａ底盘控制、主体年¨动力 系统等线控系统取绞线 或光纤 烈绞线 或光纤ｌＯＭｂ／ｓ由ＴＴＰ／ＣＵ―ＶＩＥＮＮＡ安全控制、线控系统取决丁传输 媒介 朱定２５Ｍｂ／ｓ高多 媒 体 系 统Ｄ２Ｂ ＭＯＳＴＣ＆ＣＭＯＳＴ音频、视频控制信号 导航、数字影音系统、 移动电话 显示屏、音频利视频 系统、移动装置烈绞线 光纤离 高协作组ＩＤＢ－１３９４ＩＤＢ论坛烈绞线 或光纤９８～３９３Ｍｂ／ｓ由虽然，作为目前车载网络领域的主流协议标准的ＣＡＮ得到逐步推广与应用，但从迸一 步的需求来看，还有很多工作要做。现阶段还没有一个车载网络协议可以完全满足未来汽 车的所有关于成本低、性能非常可靠、具有容错能力、时间特性好和可扩展性高的多方面 要求。另外，由于汽车上网络应用的层次和目的变化很大，而不同的层次或目的对网络性 能的要求差异很大；加汽车本身对价格又非常敏感，如果用性能高的网络系统覆盖低层次１６的应用，在成本上是无法接受的。所以，汽车上将会同时存在多个不同层次的网络标准， 汽车车载网络将是一个多层互联网络结构。３．２车载网络的特点ｎ，汽车及其零部件要求具有安全、使用方便、操作不能太复杂、性能稳定可靠的特点， 同时它们对价格敏感。另外，汽车是一种应用环境很差的设备，所有可能的道路、电磁及 气候环境汽车都有可能遇到。根据汽车的这些使用要求和使用环境，汽车上的车载网络系 统在设计时应当充分考虑到温度范围、物理化学腐蚀、振动的影响、电磁兼容性、系统可靠性、制造成本等多方面因素。 除此之外，车载网络系统还应当考虑下列因素：（１）节点与总线连接接头的电气与力学特性以及连接头数量（２）网络系统和应用系统的评估与性能检测方法 （３）容错与故障恢复问题 （４）实时控制网络的时间特性 （５）安装与维护中的布线 （６）网络节点的增加与软硬件更新（可扩展性）总之，车载网络系统要求具备可靠、廉价、与应用系统一体化、线路简单和实时性 好的特点，其应用范围小、节点少，多数应用要求的传输速度不商。３．３车载网络的基本组成结构ｎ删…常见的车载网络结构采用多条不同速率的总线分别连接不同类型的节点，并使用网关 服务器来实现整车的信息共享和网络管理。网关是汽车内部通讯的核心，通过它可以实现各总线网络上信息的共享以及汽车内部的网络管理和故障诊断功能。典型的车载网络的基本组成结构如图３．１所示：一般分为车身舒适、驱动和信息与多媒体三个予系统。 车身舒适系统网络的控制单元多为低速马达和开关量器件，对实时性要求低而数量 众多。使用低速的网络连接这些电控单元，将这部分电控单元与汽车的驱动系统分开，有利于保饪驱动系统通讯的实时性；此外，采用低速网络还可增加传输距离、提高抗干扰能 力以及降低硬件成本。驱动系统网络的受控对象直接关系汽车的彳亍驶状态，对通讯实时性有较高的要求，因 此使用高速的网络连接驱动系统。传感器组的各种状念信息可以广播的形式在高速网络上 发布，各节点可以在同一时刻根据自己的需要获取信息。这种方式最大限度地提高了通讯 的实时性。故障诊断系统可将车用诊断系统在通讯网络上加以实现。．信息与车载多媒体网络（包括数字音响系统，车载ＰＣ、汽车导航系统及宽带无线接入 网络等）对于通讯速率的要求更高，一般在２Ｍｂ／ｓ以上。采用新型的光纤通讯的多媒体网络连接车载媒体，可以充分保证系统的带宽。１７娱瓜及多媒体系统子系统车身系统动儿系统电曲谢ＵＩ车ｆ Ｊ模块发动机管理系统ｒ Ｊ馈篓黑ＪＩ天山扳兰而篓黑栉制曲饭引黑陌百赢图３．１典犁的车载网络系统３．４车载ＣＡＮ总线网络系统实例分析。“㈣埘““㈨脚目前车载网络采用ＣＡＮ总线系统的车型较多，鉴于长期以来我国中高级轿车在技术引 进方面主要以欧洲车型为主，而德国大众汽车公司的车型在ＣＡＮ总线技术的应用上较为成 熟，所以本论文选取大众公司在国内生产的典型车型一ｋ的车载ＣＡＮ总线系统予以分析。３．４．１大众汽车上的车载ＣＡＮ总线系统概述德国大众汽车公司早在１９９５年起便丌始研究和丌发车载ＣＡＮ总线网络系统。它首先 要求集团下属的所有子公司都采用一致的车载网络技术标准和数据定义。在大众汽车公司的研发部门中专门有一个车载网络预开发部门（Ｖｏｒｅｎｔｗｉｃｋ―ｌｕｎｇ），其职责之一是为各有 关专业部门的丌发制定应用层上的大众标准、网络框架和数据定义。在大众公司生产的汽车中如：帕萨特（Ｐａｓｓａｔ）Ｂ５、奥迪（ｈｕｄｉ）Ａ６、宝来（Ｂｏｒａ）、 高尔夫（Ｇｏｌｆ）、波罗（Ｐｏｌ０）、丌迪（Ｃａｄｄｙ）等车型都不同程度的采用了车载ＣＡＮ总线 系统。按照车载网络系统的连接对象划分，这些车型中主要采用２条独立的ＣＡＮ总线网络 分别足：用于驱动系统的高速ＣＡＮ总线，其通讯速率为５００ ｋｂ／ｓ；用于车身系统的低速ＣＡＮ 总线，其通讯速率为６２．５ｋｂ／ｓ，这２条ＣＡＮ总线完全能够满足ＩＳＯｌ １８９８的定义。另外值 得～提的是大众公司在车身系统ＣＡＮ总线中引入了网络管理的概念，这对于事件触发性质‘的数据通讯来说非常合适。２０００年以后，大众汽车公司对其生产的新车与改款车上的车载ＣＡＮ总线系统进行了 较大的改进，与２０００年以前生产的车型槲比主要改进是：车身系统低速ｃＡＮ总线的通讯 速率提高到１００ ｋｂ／ｓ，数掘信息传输速度更快；驱动系统的高速ＣＡＮ总线和车身系统的 低速ＣＡＮ总线通过网关实现互连与信息互享，控制功能更加完善。另外，在某些高档车型 上还装备了卫星导航系统和智能通讯系统的第３条通讯系统数据网络。１８大众汽车中驱动系统ＣＡＮ总线的主要连接对象为：发动机控制单元，ＡＢＳ／ＡＳＲ／ＡＳＰ控 制单元，气囊控制单元，自动变速箱控制单元，组合仪表等。这些控制单元控制的对象与 汽车的行驶直接有关的系统，它们之问存在着较多的信息交流，而且很多都足连续的和高 速的。其中组合仪表虽然不参与对汽车行驶的控制，但它是人与车交流的界面，在仪表上 反映了很多有关汽车行驶的信息，如车速、转速、档位等，其次每次汽车上电时各控制单元的自检和初始化的结果都将送到组合仪表上予以显示，所以只要将组合仪表放到驱动系统的总线上，就能很方便地获取各控制单元的有关重要信息，而不必再增加额外的连线。 此外在大众汽车公司的系统设计概念中，ＣＡＮ也是一条现成的诊断通路，可以不必依靠ＩＳ０９１４１中定义的Ｋ线，仅依靠系统中的某一个控制单元，以它作为诊断接口或称诊断界面以实现对各控制单元进行诊断。 车身舒适系统ＣＡＮ总线的主要连接对象为：中央控制单元，４个门控制单元，在某些情 况下，还包括记忆模块和其它组件，其控制对象主要是４个ｌ’ｊ上的集控锁和车窗，行李箱锁，后视镜和车内顶灯，在具备遥控功能的情况下，还包括对遥控信号的接收处理和其它防盗系统的控制。车身网络系统中的很多控制动作都存在较强的关联性，它借助于ＣＡＮ总线实施网络管理。３．４．２大众汽车上的车载ＣＡＮ总线系统实例分析１．宝来（Ｂｏｒａ） 一汽大众生产的宝来（Ｂｏｒａ），主要采用２ 条独立的ＣＡＮ总线网络，它们分别是：用于驱动 系统的高速ＣＡＮ，其通讯速率为５００ ｋｂ／ｓ；用 于车身舒适系统的低速ＣＡＮ，其通讯速率由 ６２．５ｋｂ／ｓ（２０００年以后提高到ｌＯＯｋｂ／ｓ），如图 ３．２所示。 （１）驱动系统的高速ＣＡＮ总线 宝束汽车上典型的与驱动系统有关的控制自动变建箱揎科单元 发动瓠控割革元 车九控耕簟元单元有电控燃油喷射系统、自动变速器系统、防 抱死制动系统（ＡＢＳ）、安全气囊系统等。由于每个幽３．２宝柬车载ＣＡＮ总线系统牿奉构成｜釜｝控制单元对实时性的要求是因数据的更新速率和控制周期不同而不同的，为了满足各子系 统的实时性要求，与对公共数据实行共享，如发动机转速、车轮转速、油门踏板位置等。 例如宝束车的４缸汽油机运行在４０００ ｒ／ｍｉｎ，则电控单元控制两次喷射的时ｌ’日Ｊ问隔为６ｍｓ， 其中喷射持续时问为３０度的曲轴转角（（Ｉｍｓ），在剩余的５ｍｓ内须完成转速测量、油量测 量、Ａ／Ｄ转换、工况计算、执行器的控制等一系列过程。这就意昧着数据发送与接收必须 在Ｉｍｓ内完成，才能达到汽油机电控的实时性要求。它要求其数据交换网是基于优先权竞 争的模式，且本身具有极高的通信速率，宝柬采用了高速ＣＡＮ总线ｉＦ是为满足这些要求而设计的。 驱动系统高速ＣＡＮ总线主要连接３块电脑：发动机、ＡＢＳ／ＥＤＬ电脑和自动变速器电脑１９（根据实际乍型的不同配置还町以连接安全气囊、四轮驱动和组合仪表等电脑）。ＣＡＮ总 线可以同时传递１０纽数据（发动机电脑５组、ＡＢＳ／ＥＤＬ电脑３组自动变速器电脑２组）， 该系统韵数掘总线以５００Ｋｂｉｔ／ｓ速率传递数据，每组数据传递大约需要０．２５ｍｓ，每…电 控单元７～２０ｍｓ发送一次数据。优先权顺序为：ＡＢＳ／ＥＤＬ电控单元Ｊ１０４、发动机电控单元 Ｊ２２０、自动变速器电控单元Ｊ２１ ７。ＣＡＮ数据总线连接点通常置于控制单元外部的线束中， 特殊情况下，连接点也可设在控制单元内部。（２）车身舒适系统的低速ＣＡＮ总线 宝来车身舒适系统ＣＡＮ总线主要连接血块控制单元包括：中央控制单元，４个车门控 制单元（在某些情况Ｆ，还包括记忆模块等其它组件）。该系统主要提供：中央门锁、电 动车窗，照明厅关、电动后视镜、自诊断五个功能。由于采用ＣＡＮ总线系统后，车门过线 大量减少，线路简化，车身舒适系统的故障率下降，可靠性提高。车身舒适系统ＣＡＮ数掘总线以６２．５ｋｂ／ｓ通讯速率传递数据时，每～组数据大约需要ｌｍｓ，而每个控制单元２０ｍｓ发送～次数据。优先权顺序为：中央控制单元ｊ３９３、左前门控单元Ｊ３８６、右ｆｉ｛『门控单元Ｊ３８７、左后门控单元Ｊ３８８、右后门控单元Ｊ３８９。各控制单元的传输线以星形汇聚于一点，这样一来，如果一个控制单元发生故障，其它控制单元仍可以继续发送各自的数据，而不影响整个舒适系统的正常工作。车身舒适系统的控制对象主要是４个门以上的集控锁和车窗，行李箱锁，后视镜和 车内顶灯，在具备遥控功能的情况下，还包括对遥控信号的接收处理和其它防盗系统的控 制。从控制功能的角度束看，舒适系统的很多动作都存在某些相互关联性，只有对所有这 些关联性作出非常周密的考虑，并借助于ＣＡＮ总线才能真正让乘客感到舒适。在舒适系统中，各门控制单元主要负责各自门上的功能控制，如电控门锁的丌关，车窗的升降以及后视镜的控制，而中央控制器除承担遥控系统的信号接收和处理功能外，更主要的是扮演了 系统诊断接口的角色，所有诊断信息均按以下路径传输： 诊断测试仪―羔Ｌ一中央控制器―二：Ｌ一车门控制器 车身舒适系统ＣＡＮ的另两大特色是它能单线工作，并在系统中实施了网络管理的方法 它所包含的技术含量比驱动系统还高。（３）ＣＡＮ总线系统的网关用于驱动系统的高速ＣＡＮ总线和车身系统的低速ＣＡＮ总线是两个相互独立的总线网 络．但从资源共享的角度来看，它们之间最好 有座连接桥梁，以使车身系统也能获得驱动系统的信息。当然，从传统思路束考虑，只要增 加几根导线似乎就能解决问题，但实际丌发时， 即使在现有的控制器硬件上增加一个信号引出 脚都将导致硬件的重新设汁，往往成本和进度匡巫圄一纽台仪表 挣制单／ｕＪ２８５都不允许这么做。为了获得对方系统的信息， 而又不涉及到硬件上的任何改动，１９９９年５月 后生产的新宝来使用了网关Ｊ５３３完成此任务。 宅来上的ＣＡＮ总线系统的网关是“寄生”臣至至囹幽３．３宝束的ｃＡＮ总线系统｝ｑ关组ｋｉｎ２０在组合仪表内的如图３．３所示。数据总线的诊断接口Ｊ５３３有两个任务：（１）在ＣＡＮ驱动系统数据总线和舒适系统数据总线间进行数据交换；（２）将ＣＡＮ驱动系统数据总线和舒适 系统数据总线的诊断数据转换到Ｋ线上。 宝来反映了大众公司车载ＣＡＮ总线网络系统的结构与功能设计的基本思路，它较好的 完成了汽车电器系统由传统结构向网络结构的发展。２．波罗（Ｐｏｌｏ）波罗是上海大众２００２年下线的新款乘用车，其电气系统的设计和结构新颖，它用 ＣＡＮ数据总线将各个控制单元连接起来，形成整车的网络系统，其组成结构如图３．４。＼Ｃｒ，速ｃＡＮ车载喇络控制竹，‘Ｊ５１９Ｉ，低速ＣＡＮ （带Ｈ父Ｊ５３３）Ｉ ｌ ｌ／ｌＩ｜ｌＩ图３．４波罗的午载ＣＡＮ总线系统组成图波罗的驱动系统ＣＡＮ总线以５００Ｋｂ／ｓ的传输速度工作，以使在对安全较重要的系统内部能进行快速的数据传输。它由车载网络控制单元Ｊ５１９、带有用于数据总线的诊断接口 Ｊ５３３（网关）、发动机控制单元Ｊ２２０、自动变速器控制单元Ｊ２１７、组合仪表控制单元Ｊ２８５、ＡＢＳ控制单元Ｊ１０４、安全气囊控制单元Ｊ２３４、以及转向辅助控制单元Ｊ５００、转向角传感器６８５及诊断接头等组成。波罗的舒适系统ＣＡＮ总线以ｌＯＯＫｂ／ｓ的传输速度工作。它由车载网络控制单元Ｊ５１９、 带有用于数据总线的诊断接口Ｊ５３３（网关）、舒适系统中央控制单元Ｊ３９３、左前车门控制 单元Ｊ３８６、左后车门控制单元Ｊ３８８、右前车门控制单元Ｊ３８７、右后车门控制单元Ｊ３８９、空调电子控制系统的控制单元Ｊ２５５、以及空调控制单元Ｊ３０ｌ、诊断接头等组成。波罗与宝来的车载ＣＡＮ总线网络系统相比更为复杂，为了有效地进行车辆的负荷管理， 实现车内灯控制和燃油供给控制等功能，波罗设计了一个控制功能独特且较为集中的车载 网络控制单元Ｊ５１９，承担了以前一直由单独继电器和控制单元所执行的功能，车辆的整体 性能大大提高。位于驾驶员侧仪表板后的车载网络控制单元Ｊ５１９的主要功能如下：（１）负荷管理在行驶中，大量舒适性装备和电热器（如座椅加热装置、后窗加热装置、外后视镜加２ｌ热”乜ｒ辅助加热装鬣）会ｇ｝起发电机过载，进而导致笛电池放电。这种情况尤其出现在盛ｉ离极她的｛１７途行车和冬季行驶时，以及时停时走和装备过多的车辆中。考虑到短时问用 电器的电流需求，年载网络系统控制单元的负荷管理系统定期监控蓄电池电压，当控制单 元以别到车载叫络系统中的电压降低，它将会采取措施以保持行驶能力并确保车辆重新起动能力，具体措施如表３．２所示。表３．２波罗中载网络控制单元的负荷管理具体措施 监控荔ＬＨ池ＬＨ币值 如聚乍载网络系统电压低ｒ１２．７Ｖ采取的｝８施 提高怠速转速 天～Ｊ斤窗加热装置 关脚廊拎加热装置Ｉ如果电压低１２ｖ，车载网络系统控制单元还将关闭Ｆ列电器：关闭外ｔｆ亓视镜加热装置降低空调乐缩机功率 如果重新达剑标准电压，车载网络系统 控制单元将采取Ｆ列措施： 降低怠速转述 接通后窗加热装置 接通庳椅加热装置 接通外扁视镜加热装置 提高空凋压缩机功率（２）车内灯控制车内灯控制主要功能有：①如果前部和后部车内灯丌关都位于车门触点位霄，通过车载网络系统控制单元 ｊ５１９可以确保在车车曲停止而车门未关闭状态下，车内灯ｌＯｍｉｎ后自动关闭，这样可以避免蓄电池不必要的放电。②如果解除车辆联锁或拔出点火钥匙，３０ｓ后车内灯自动接通；在车辆锁止或打丌点火丌关后，车内灯立即关闭。③车内灯在撞车时自动接通。 ④在点火丌关关闭约３０ｍｉｎ后，自动关闭山手动打丌的灯（车内灯、前后阅读灯、行 李箱照明灯、杂物箱照明灯和化妆镜），该功能有利于保持蓄电池电量。 （３）燃油泵供给控制 ２００２款波罗中的汽油发动机有一个新的燃油泵供给控制装置。它是出燃油泵继电器 Ｊ１７和燃油供给继电器Ｊ６４３并联束代替单个集成防撞燃油关闭装置的燃油泵继电器。这 两个继电器位于车载网络系统控制单元Ｊ５１９上的继电器托架上。当驾驶员打开驾驶员侧 车门后，车门触点开关Ｆ２（或集控门锁Ｆ２２０的关闭单元）将信号发送到车载网络系统控制 单元。接着车载网络系统控制单元控制燃油供给继电器Ｊ６４３并使燃油泵Ｇ６运行大约２ｓ； 而打丌点火开关或起动发动机后，燃油泵Ｇ６通过燃油泵继电器３１７由发动机控制单元控 制。在车载网络系统控制单元中有～个定时丌关，它有两个作用：①当驾驶员侧车门短暂 丌启时避免燃油泵持续运行；②如果驾驶员侧车门丌启超过３０ｍｉｎ燃油泵重新受控。 （４）另外，车载网络控制单元Ｊ５１９还控制前，后窗阿刮器，外后视镜和后窗加热装２２置，后座椅靠背监控，转向信号灯和报警灯控制等。波罗新颖的车载网络系统的结构与功能设计，让它的网络信息共享上比宅来更进一步。 它充分利用了车载ＣＡＮ总线系统，较好的实现了车辆的负荷管理等很多关联性复杂控制功 能，提升了整车的性能，初步体现出车载网络技术应用的优势。３．开迪（Ｃａｄｄｙ）开迪（Ｃａｄｄｙ）是上海大众于２００４年与国际同步上市的多功能商务车，它与宝来、高 尔夫同为ＰＱ３５平台生产，电器系统的设计新颖，全车众多控制单元用ＣＡＮ数据总线连接 起来，形成一套完整的车载网络系统。开迪全车网络系统结构如图３．５所示。ｒ三ｊ５１９ ＬＩＮ Ｊ３４５ Ｊ３８６一Ｊ４００Ｊ３８蛩｜！互巫｜窭如¨惭ｕＮ图３．５开迪的全印网络系统组成结构幽Ｒ从图３．５中可以看出开迪的全车网络系统构成： ①驱动ＣＡＮ总线系统包括：发动机控制单元Ｊ２２０、机电伺服转向控制单元Ｊ５００、方 向盘转角传感器Ｇ８５、安全气囊控制单元Ｊ２３４、ＡＢＳ控制单元Ｊ１０４、网关Ｊ５３３。 ②舒适ＣＡＮ总线系统包括：中央电器系统控制单元Ｊ５１９、空调控制单元Ｊ３０１、转向 柱｜丌关控制单元Ｊ５２７、挂车控制单元Ｊ－３４５、司机门控制单元Ｊ３８６、副司机门控制单元Ｊ３８７、 舒适系统控制单元Ｊ３９３、网关Ｊ５３３。 ③信息娱乐ＣＡＮ总线系统包括：收音机Ｒ，驻车加热控制单元Ｊ６５、移动电话控制单元Ｊ４１２、导航系统控制单元Ｊ５０３、网关Ｊ５３３。④仪表ＣＡＮ总线系统包括：Ｊ２８５／Ｊ３６２组合仪表＋网关。 ⑤诊断ＣＡＮ系统包括：Ｔ１６诊断接口＋网关。 ⑥Ｌ１Ｎ总线系统包括：整车电器控制单元Ｊ５１９＋雨刷电机控制单元Ｊ４００、舒适系统控 制单元Ｊ３９３＋内部监控传感器Ｇ２７３＋防盗报警喇叭Ｈ１２＋车辆倾斜传感器Ｇ３８４。 从Ｉ丌迪的全车网络系统组成不难看出：开迪的车载网络系统在波罗的基础上，控制单 元的数量有所增加，其全车网络系统非常注重各子网之间通过网关的连接，全车的信息共享达到更高的水平，控制功能也得到进一步加强。另外，丌迪还借助于ＬＩＮ总线子嘲延伸了ＣＡＮ总线主网的控制功能，以对一些实时性 要求不高的外围设备进行控制，既满足了实际需要，又有效的节约了整车网络系统的构建 成本，这代表了目前车载网络系统发展的一个新趋势。３．５车载ＣＡＮ总线网络应用方案㈣脚”圳”通过以上对大众宝来、波罗、丌迪三种车型的车载ＣＡＮ总线网络系统的分析可以看出： 三种车型的电器系统采用网络结构以替代传统结构，实现了众多控制单元的信息共享，完 成了许多复杂的关联性控制功能，大大提升了整车的性能；三种车型的网络设计、应用技 术在不断提高，信息共享水平、实现的控制功能也在不断加强。它们从一定程度上体现出车载网络技术应用的优势与发展趋势。在上面的分析基础上，可进一步总结出一些车载ＣＡＮ总线网络的典型应用方案。１．车载ＣＡＮ总线应用方案一信息总线系统安全总线系统幽３．６车载ＣＡＮ总线席＿Ｉ｛Ｊ方案～车载ＣＡＮ总线应用方案一如图３．６所示，整车ＣＡＮ总线网络分为四部分：舒适总线、 动力传动总线、安全总线和信息总线。根据系统特点舒适总线．采用低速双线式ＣＡＮ总线 （＜１２５Ｋｂｐｓ），传动系总线和安全总线采用双线式高速ＣＡＮ总线（＜１Ｍｂｐｓ），信息总线根掘需要可采用ＣＡＮ或其它总线。各部分总线之间通过网关进行数掘的通信，另外网关留有诊断 接口，采用ＩＳ０９１４１Ｋ／Ｌ或ＣＡＮ总线。方案～是一个完整的分布式汽车电子控制系统，它采用多子网结构，将信息交换比较 密切的系统放在一个子网中，使整个系统具有很高的实时性；不同子网之ｌ＇日Ｊ根据不同的应 用特点，采用不同的物理层接口以及通信速率，极大程度的优化了系统结构。 方案一的优点是整个系统实时性很高，简化了各个ＣＡＮ子网的设计难度；但采用该 方案时整车的网络系统设计以及总线通信协议比较复杂，硬件上对网关的要求比较高，需 要有强大的数据处理能力，而且系统成本比较高，只适合于中高档轿车采用。 目前在一些高档轿车中为追求整车网络的性能，还在信息总线系统中采用ＭＯＳＴ协议总线，而安全总线系统中采用ＴＴＰ和Ｆｌｅｘ Ｒａｙ协议总线来实现以取代原ＣＡＮ协议总线， 以增强这两个子网的整体性能。２．车载ＣＡＮ总线应用方案二 车载ＣＡＮ总线应用方案二如图３．７所示，整车的ＣＡＮ总线网络分为高、低速网两部 分，高速网采用双线式高速ＣＡＮ总线（＜ｌＭｂｐｓ），低速网采用双线式ＣＡＮ总线（＜１２５Ｋｂｐｓ）， 仪表显示模块作为网关完成两部分之间数据的通讯。可根据具体情况在总线系统设计时， 把诊断接口设计成和网关相连，或者不经过网关分别连接到两个不同的网络上；也可以把网关可以和仪表显示单元集成在一起。幽３．７下载ＣＡＮ总线麻＿Ｌｆｊ方粟二车载ＣＡＮ总线应用方案二与方案一相比，动力传动总线系统和安全总线系统合并成高 速总线，这样做降低了通信的实时性，但是考虑到传动系总线中一般是周期性的数据，而 安全总线中一般是突发性的数据，只要选择合适的帧优先级就可以弥补这个缺点。舒适总线和信息总线系统合并为低速总线，这两部分对数据的实时性要求不高，１２５Ｋｂｐｓ的速率 完全可以满足需求。采用方案二可以比采用方案一降低整车网络系统成本，但网络性能损失不大，性价比 较高，适合于中低档轿车采用。目前，绝大多数采用车载ＣＡＮ总线网络系统的主流车型均 为此方案，只是不同的厂家、不同的车型在某些具体的细节与功能上有所不同。 ３．车载ＣＡＮ总线应用方案三ＬＩＮ（ＬｏｃａｌＩｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ．Ｎｅｔｗｏｒｋ）总线是一种低成本的串行通讯网络，用于实现汽车中的分布式电子系统控制。ＬＩＮ总线的目标是为现有汽车网络（例如ＣＡＮ总线）提供辅助 功能，它将降低在汽车电子领域中的丌发、生产、服务和后勤成本。目前，采用车载ＣＡＮ 总线网络应用方案的车型，由于在车身舒适系统中的一些对带宽和功能要求较低的场合使 用ＬＩＮ总线替代ＣＡＮ总线进行控制，成本得以节省。典型的ＬＩＮ总线应用是在汽车中的联合装配单元上如：门、座椅、空调、照明灯等。图３．８就是ＣＭ、Ｌ１Ｎ总线在车身控制系 统中的组合应用方案，该方案中包括１５个ＣＡＮ节点和３１个ＬＩＮ节点，充分体现了ＣＡＮ以及ＬＩＮ各自的特点。车载ＣＡＮ总线应用方案三是一个完整的车身舒适系统ＣＡＮ、ＬＩＮ总线组合应用方案， 但陔方案实用性能不高。豳 堕一ｋ臣彻硼Ｉ仪表控制甲无ｐ．．－－ｌ控趔照矗≮匿珂硒‘ｌ中央控制单兀卜一陌ｉ网陋蓝ｌ互圈 ｜控制坚五｜畦圈碉匾夏圈．陋盟自ｉ猢Ｉ控制坚正Ｉｌ后灯Ｌｌ空渊控制甲兀Ｉ―ｌ外灯控制单兀卜＿一ｄ噩孤控剑墼五Ｉ唾甄厩鄹 Ｉ ｜隘翁圊］ｌ控制整五ｌｌ ｝。’百季。｛ｉ―Ｌａ线一 ｝线一４．车载ＣＡＮ总线应用方案四―正硐睡婴吁篱盯■矾 ―１控如ｌ坚孟ｎ躔园砌 ｌ按童４璺正ｌ ｌ控趔曼五ｒ 咂面硼ｌ疆蜀面团圃ｌ控剑整划―ｒ［五硼ｌ图３．８币载ＣＡＮ总线戍＿Ｌｆ＝Ｉ方案二考虑到系统的性价比以及安装等方面的因素，在实际应用中一般采用图３．９所示的方案三的简化方案――方案四，方案四保留了中央控制单元和四个门模块作为车身舒适系统ＣＡＮ总线主控制单元，借助ＬＩＮ总线实施对后视镜、雨刮器等的控制。 在采用ＣＡＮ总线系统的中低档轿车中，为了进一步提高总线系统的性价比，应根据 不同车型和需要，合理设计配置车身舒适系统ＣＡＮ、ＬＩＮ总线组合方式以达到优化。２６Ｉ仙ｌｕｏｄ±■二Ｊｏ二［』圳№盥鳖三严掣●匝褒暖髓甄卜霾互疆圃一 藏瓦疆姻甄卜§线一 ｝线――咽一习上图３．９乍载ＣＡＮ总线戍朋方案四本章小节本章主要简述了车载网络的基本特点与组成结构，并选取了大众公司在国内生产的宝来、波罗、开迪车型中的车载ＣＡＮ总线网络系统进行了实例分析，在此基础上进一步总结了一些车载ＣＡＮ总线网络应用方案。第四章车载ＣＡＮ总线系统测控分析平台设计为了进一步展月：对车载ＣＡＮ总线网络系统的研究，并结合现有条件，我们选取了汽车 车身舒适系统的ＣＡＮ总线作为主要研究对象，并针对本论文亟待研究的内容，我们设计搭 建了车载ＣＡＮ总线系统测控分析平台。４．１车载ＣＡＮ总线系统测控分析平台总体设计方案ｎｕｎ”ｎｍｎ”“ｍｎ“”，通过对硬件的选型与购置，软件的选择与丌发，先设计搭建车载ＣＡＮ总线系统测控分析平台的几个不同的应用子功能系统，并在此基础上把这些功能系统的软、硬件进行整合。 车载ＣＡＮ总线系统测控分析平台是对车身舒适系统的ＣＡＮ总线进行较为全面的测试、 分析与开发的基础应用平台，它主要由：车载ＣＡＮ总线实验系统、车载ＣＡＮ总线信号测试 系统、车载ＣＡＮ总线数据通讯系统、车载ｃＡＮ总线网络分析系统、车载ＣＡＮ总线测控节点 开发与调试系统五个应用子功能系统组成，其构成如图４．１所示：Ｐｃ机：击靠嘉皋…”赫曲曲曲赫图４．１车载ＣＡＮ总线系统测控分析平台组成图 车载ＣＡＮ总线系统测控分析平台的各应用功能子系统组成与主要功能如下：１．车载ｃＡＮ总线实验系统 车载ＣＡＮ总线实验系统是本论文的主要研究对象。为了方便研究的进行，我们未选取 实车的车身舒适系统予以解剖，而选取实验室的德国ＥＬＷＥ公司开发的汽车车身舒适系统 ＣＡＮ―ｂｕｓ实验系统进行研究。 该套实验系统完全根据大众宝来的车身舒适系统制作，采用宝柬的原装控制单元（节 点）、连接线缆、接插件、开关等，并附加了一些检测点与故障设置丌关，完全等效于宝 来原车的车身舒适系统的ＣＡＮ总线构成，十分方便于研究。该套实验系统共有五个控制单 元（节点）：Ｊ３９３为中央控制单元，Ｊ３８６为左前门控单元，Ｊ３８７为右｜ｊ｛ｆ门控单元，３３８８ 为左后门控单元，Ｊ３８９为右后门控单元，另外还有一对电控后视镜，系统中的五个控制单元（节点）通过ＣＡＮ总线连接。实验组合模板上的各控制单元由ＰｅａｋＴｅｃｈｔ５４０电源供应 器提供１４Ｖ电压；实验组合模板上的ＣＡＮ总线可通过ＰＣＡＮ－Ｄｏｎｇｌｅ接口与Ｐｃ机并口通讯， 在Ｐｃ机运行ＰＣＡＮＶｉｅｗ软件可实现简单的ＣＡＮ总线数据解码功能。另外，实验组合模板上 的在线诊断接口（ｏＢＤ－ＩＩ），可以通过ＫＦＺ―ＩＮＴＥＲＦＡＣＥ接口与ＰＣ机ＲＳ２３２串口通讯，在ＰＣ 机运行ＥＬ５１软件可实现与大众诊断仪ＶＡＧｌ５５１／１５５２或ＶＡＧ５０５１相同的故障码检测功能。 ２．车载ＣＡＮ总线信号测试系统 车载ＣＡＮ总线信号测试系统主要实现对测试的车载ＣＡＮ总线系统中ＣＡＮ总线上传输信 号的物理特性进行测试、分析。本系统主要测试仪器选用台湾固纬电子（Ｇｗｉｎｓｔｅｋ）的 ＧＤＳ一８２０Ｃ数字存储示波器、ＧＦＧ一８２１６Ａ函数发生器、ＧＰＣ－３０３０Ｄ直流信号源等仪器设备。 ３．车载ＣＡＮ总线数据通讯系统 车载ＣＡＮ总线通讯系统是车载ＣＡＮ总线系统测控分析平台中较为重要的部分，通过对 该系统硬件、软件的设计，实现上位机与测试的车载ＣＡＮ总线系统的数据通讯。针对实际 需要，自行丌发上位机的监控软件对ＣＡＮ总线上传输的数据帧进行监控，以便进一步分析。 ４．车载ＣＡＮ总线网络分析系统 车载ＣＡＮ总线网络分析系统主要实现对车载ＣＡＮ总线系统中ＣＡＮ总线网络进行测试与 仿真分析。本系统选用广州周立功公司的便携式带ＵＳＢ接口的ＣＡＮａｌ ｓｙｔ－Ｉ型ＣＡＮ分析仪与ＣＡＮａｌ ｓｙｔ分析软件。 利用ＣＡＮａｌｓｙｔ―Ｉ型ＣＡＮ分析仪，并结合上位机上运行ＣＡＮａｌｓｙｔ分析软件，通过上 位机运行的ＣＡＮ总线分析软件在线测试车身舒适系统ＣＡＮ总线网络负载、报文速率、误码率统计，并进一步通过仿真不同状况下ＣＡＮ总线的数据收发参数，分析网络运行情况。 ５．车载ＣＡＮ总线测控节点开发与调试系统 车载ＣＡＮ总线测控节点开发与调试系统选用广州周立功公司的ＴＫＳ一５８Ｂ单片机仿真器 结合上位机中运行的Ｋｅｉｌ丌发软件，开发与调试自行设计的ＣＡＮ总线测控节点；选用广州周立功公司的ＥａｓｙＰＲＯ－８０Ｂ通ｊ｛ｊ编程器完成程序的烧写。利用车载ＣＡＮ总线测控节点开发与调试系统，可以完成车载ＣＡＮ总线测控节点的硬件 与软件设计、开发与调试的任务，制作具有测控功能的车载ＣＡＮ总线物理节点；再利用车 载ＣＡＮ总线信号测试系统、车载ＣＡＮ总线数据通讯系统完成ＣＡＮ总线测控节点与车载ＣＡＮ总线实验系统的匹配，实现车身舒适系统ＣＡＮ总线的一些新控制功能。４．２车载ＣＡＮ总线数据通讯系统设计 ４．２．１车载ＣＡＮ总线数据通讯系统硬件设计“”车载ＣＡＮ总线数据通讯系统主要硬件选用广州周立功公司的便携式ＣＡＮ总线通讯适配卡――ＣＡＮｍｉｎｉ，并把它作为大众宝来车身舒适系统ＣＡＮ－ｂｕｓ实验系统与上位机的通讯媒介。 ＣＡＮ总线通讯适配卡―ＣＡＮｍｉｎｉ的实物如图４．２所示。圈４．２ ＣＡＮｍｉｎｉ通讯适配卡ＣＡＮｍｉｎｉ为外接直流５ｖ供电，它与计算机接口采用ＩＢＭ兼容ＤＢ２５ ＰＣ并行接口，与 ＣＡＮ通讯接口采用符合ＤｅｖｉｃｅＮＥＴ和ＣＡＮｏｐｅｎ标准的ＤＢ９＿ＯＰＥＮ５转换插座。ＣＡＮｍｉｎｉ内置ＰＨＩＬＩＰＳ的ＣＡＮ控制器ＳＪＡｌ０００、ＣＡＮ收发器ＰＣＡ８２Ｃ２５０，利用ＥＰＰ传输模式及中断机制 实现ＣＡＮ数据的接收／发送，实现ＣＡＮ２。ＯＢ（Ａ）协议的数据通讯，ＣＡＮ数据传送速率可编程， 范围在ｌＯＫｂｉｔ／ｓ～１Ｍｂｉｔ／ｓ，支持通用的ＺＬＧＶＣＩ驱动程宇库接【Ｊ。 使用ＣＡＮｍｉｎｉ时先安装ＣＡＮｍｉｎｉ设备驱动程序，再在Ｐｃ机的ＢＩＯＳ中进行并口设置，具体设罱如下： 端口地址（Ｐａｒａｌｌｅｌ Ｐｏｒｔ）：３７８、２７８或３ＢＣ 端口模式（Ｐａｒａｌｌｅｌ 端口中断（ＰａｒａｌｌｅｌＰｏｒｔ Ｍｏｄｅ）：ＥＰＰ ＰｏｒｔＩＲＱ）：７或５注意在端口中断号设置时不能和其它设各发生冲突。４．２．２车载ＣＡＮ总线数据通讯系统软件设计车载ＣＡＮ总线数据通讯系统上位机监控软件采用可视化的、面向埘象和采用事件驱动 方式的结构化高级程序设计语言ＶＢ６．０丌发。ＶＢ６．０简单易用、效率高、功能较强，利用 它可快速开发出人机界面友好的上位机软件，满足实际应用的需要。４．２．２．１ＺＬＧＶＣＩ接口函数库的使用“”车载ＣＡＮ总线通讯系统上位机监控软件丌发时，可利用专门为ＺＬＧＣＡＮ设备在Ｐｃ上使 用而提供的应用程序接口ＶｉｒｔｕａｌＣＡＮＩｎｔｅｒｆａｃｅ（ｖｃｉ）函数库。ＶＣｌ接口库模型如图４．３主要分为 两层，分别为用户层和内核层，用户层和内核层的接口函数是相同的。应用程序通过用户层来对内核层进行操作，用户层起调度作用。用户层通过应用程序 传递下来的参数来决定将数据传递给哪＿Ｌ｝】户接Ｉ－Ｉｆｆｇ：ＣｏｎｔｒｏｌＣＡＮ．ｄ１１个内核库处理。应用程序可以经由用户 接口库来同时打开多个设备，分别对它们进行操作而不互相干扰，应用该模型 便于以后的软件管理和升级。 ＺＬＧＶＣＩ接口函数库使用流程如图Ｉ通过～个ＩＮＩ义卅米定化动态曲哦内核库ＣＡＮｍｉｎｉ并｝ｊ接ｕ卡内核库：ＣＡＮｍｉｎｉ，ＤＬＬ４。４，接口库函数使用时，首先把库函数ＣｏｎｔｒｏｌＣＡＮ．ｄＩＩ和一个文件夹ｋｅｒｎｅｌｄｌｌＳ。图４．３ ＶＣＩ接口函数库模型．文件都放在工作目录下。总共有三个文件 ＣｏｎｔｒｏｌｃＡＮ．ｈ，ＣｏｎｔｒｏｌＣＡＮ．Ｉｉｂ，ｖＢ调用ＺＬＧＶＣＩ动念库，通过以下方法进行声明后即可： 语法：［Ｐｕｂｌｉｃ／Ｐｒｉｖａｔｅ］Ｄｅｃｆａｒｅ ”ａｌｉａｓｎａｍｅ”］［（［ａｒｇｌｉｓｔ］）］［Ａｓ ｔｙｐｅ］ＦｕｎｃｔｉｏｎｎａｍｅＬｉｂ’１ｉｂｎａｍｅ“［Ａ１ｉａｓＤｅｃｌａｒｅ语句的语法包含下面部分：Ｐｕｂｌｉｃ（可选）用于声明在所有模块中的所有过程 都可以使用的函数；Ｐｒｉｖａｔｅ（可选），用于声明只能在包含该声明的模块中使用的函数； Ｎａｍｅ（必选），任何合法的函数名，动态链接库的入口处（ｅｎｔｒｙ ｐｏｉｎｔｓ）区分大小写；Ｌｉｂｎａｍｅ（必选），包含所声明的函数动态链接库名或代码资源名；ＡＩｉａｓ（可选），表示将被 调用的函数在动态链接库（ＤＬＬ）中还有另外的名称，当外部函数就可以使用这个参数；Ａ１ｉａｓｎａｍｅ（可选）动态链接库；Ａｒｇｌ ｉ ｓｔ（可选），代表调用该函数时需要传递参数的变量表；Ｔｙｐｅ（可选），ＦｕｎｃｔｉＯｎ返回值的数据类型可以是Ｂｙｔｅ，Ｂｏｏｌｅａｎ，Ｉｎｔｅｇｅｒ，Ｌｏｎｇ， Ｃｕｒｒｅｎｃｙ，Ｓｉｎｇｌｅ，Ｄｏｕｂｌｅ，Ｄａｔｅ，Ｓｔｒｉｎｇ（只支持变长）或Ｖａｒｉａｎｔ用户定义类型，或对 象类型。ａｒｇｌｉｓｔ参数的语下：［Ｏｐｔｉｏｎａｌ］［ＢｙＶａｌ／ＢｙＲｅｆ］［ＰａｒａｍＡｒｒａｙ］ｖａｒｎａｍｅ［（）］［Ａｓｔｙｐｅ］，其中部分描述为：Ｏｐｔｉｏｎａｌ（可选），表示参数不是必需的；ＢｙＶａＩ（可选），表示该参数按值传递：ＢｙＲｅｆ（可选），表示该参数按地址传递。图４．４ＺＬＧＶＣＩ接口函数库使用流程图４．２．２．２上位机ｖＢ程序调用ＺＬＧＶＣＩ接口函数库的编程 （１）打刀：ＣＡＮ接口卡设备函数：ｇｅｌ［＿ＯｐｅｎＤｅｖｉｃｅ（ｍ＿ｄｅｖｔｙｐｅ，ｍ＿ｄｅｖｉｎｄｅｘ，０） 入口参数：ｍ＿ｄｅｖｔｙｐｅ＝８：设置ＣＡＮｍｉｎｉ设备类型号；ｍｄｅｖｉｎｄｅｘ＝Ｏ：设置设备索引号。返回值：１表示操作成功，０表示操作失败。 ＶＣｉ－ｃｌｏｓｅＤｅｖｉｃｅ（ｍ＿ｄｅｖｔｙｐｅ，ｍ ｄｅｖｉｎｄｅｘ）（２）关闭ＣＡＮ接口卡设备函数：入口参数：ｍ ｄｅｖｔｙｐｅ＝８：设置ＣＡＮｍｉｎｉ设备类型号；ｍｄｅｖｉｎｄｅｘ＝Ｏ：设置设备索引号。．返回值：１表示操作成功，０表示操作失败。ｄｅｖｉｎｄｅｘ，ｍｃａｎｎｕｍ，（３）ＣＡＮ初始化函数：ＶＣＩ―ＩｎｉｔＣＡＮ（ｍ＿ｄｅｖｔｙｐｅ，ｍＶＣＩ―ＩＮｌＴ．ｃ洲ＦＩＧ）入口参数：ｍ＿ｄｅｖｔｙｐｅ＝８：设置ＣＡＮｍｉｎｉ设备类型号；ｍ ｍｄｅｖｉｎｄｅｘ＝Ｏ：设置设备索引号； Ｏ：设置 数道通 ＝ｍｕｎｎａｃ＿；ＣＡＮ３ｌＶＣＩ―ＩＮＩＴＣＯＮＦＩＧ：仞始化参数结构。返回值：１表示操作成功，０表示操作失败。（４）初始化ＣＡＮ的数据结构体定义：ＶＣＩ―ＩＮＩＴ ＣＯＮＦＩＧ（Ａｃｃｃｏｄｅ，Ａｃｃｍａｓｋ，ｆｉｌ ｔｅｒｔｙｐｅ，ＴｉｍｉｎｇＯ，Ｔｉｍｉｎｇｌ，Ｍｏｄｅ，）入口参数：Ａｃｃｅｏｄｅ：设置验收码（根据实际需要设置）；Ａｃｃｍａｓｋ：设置屏蔽码（根掘实际需要设置）；ｆｉｌｔｅｒｔｙｐｅ：设胃滤波方式（单／双滤波方式可选）：ＴｉｍｉｎｇＯ：设置定时器０（根据实际ＣＡＮ波特率设置）：。Ｔｉｍｉｎｇｌ：设置定时器１（根据实际ＣＡＮ波特率设胃）；Ｍｏｄｅ：设置模式（正常／只听模式可选）。 （５）启动ＣＡＮ函数：ＶＣＩ ｓｔａｒｔＣＡＮ（ｍｄｅｖｔｙｐｅ，ｍ＿ｄｅｖｉｎｄｅｘ，ｍｅａｎｎｕｍ）入口参数：ｍ ｄｅｖｔｙｐｅ＝８：设置ＣＡＮｍｉｎｉ设备类型号；ｍ＿ｄｅｖｉｎｄｅｘ＝Ｏ：设置设备索引号；ｍ＿ｅａｎｎｕｍ＝Ｏ：设置ＣＡＮ通道数； 返回值： １表示操作成功，０表示操作失败。ｄｅｖｔｙｐｅ，ｍ＿ｄｅｖｉｎｄｅｘ。ｍ ｅａｎｎ