汽车车载电脑网络系统.doc
【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流汽车车载电脑网络系统.精品文档.汽车车载电脑网络系统随着汽车技术的发展，在汽车上采用的计算机微处理芯片数量越来越多，多个处理器之间相互连接、协调工作并共享信息构成了汽车车载电脑网络系统（图1）。图1 典型的网络结构1ABS模块；2动力系统控制模块（PCM）；3电子自动温度控制（EATC）；4集成控制板（ICP）；5虚像组合仪表；6照明控制模块（LCM）；7驾驶员座椅模块（DSM）；8驾驶员车门模块（DDM）；9移动电话模块；10汽车动态模块1 微处理器（MCU或CPU）从1975年摩托罗拉公司为GM生产第一个微处理器68009应用在1978年Cadillac汽车上计程）开始到目前，汽车上的微处理器类型已经逐渐由8位、16位发展到32位，CPU的结构也由RISC逐渐取代CISC，最近推出了16/32位RISC微控制器的M.Core TM平台。 最近各汽车公司推出的新车型，多数都采用了可编程（FLASH）的32位芯片。IBM和INTEL宣布合作开发的车载计算机平台将采用奔腾MMX处理器，控制功能由简单的计程向复杂的高端应用领域拓展。2 汽车网络互连标准为了解决信息共享、减少布线问题以及满足政府排放法规要求，汽车制造商和相关组织开发了汽车网络，目前主要的汽车网络互连规范有德国BOSCH最早开发推出的欧洲规范CAN和美国汽车工程师协会（SAE）开发的美国规范J1850。其他的总线类型（如；VAN、TTP等）在汽车内部网络也有使用，不过CAN和J1850基本上已经成为事实上的标准。IDB（ITS data bus）为汽车网络拓展提供了标准。21 CAN标准控制器局域网CAN（Controller Area Network）是由德国BOSCH公司于1986年提出并推广应用的，按照ISO的有关部门规定，CAN拓扑结构为总线式，所以也称CAN总线。最初为CAN总线1.0版，1990年推出CAN总线1.2修订版，1991年推出CAN总线2.0版。目前,CAN总线不但已经成为汽车总线的主要互连规范,而且被公认为最有前途的几种工业现场总线之一，已由ISO TC22技术委员会批准为国际标准，是唯一被批准为国际标准的现场总线。1993年国际CAN用户及制造商组织（简称CIA）在欧洲成立，主要作用是解决CAN总线实际应用中的问题，提供CAN产品及其开发工具，推广CAN总西南的应用。CAN总线的典型结构如图2所示。控制单元1 控制单元2信号前置及驱动电路单片计算机CAN接口控制器信号前置及驱动电路单片计算机CAN接口控制器CAN接口控制器中央监控计算机数据传输终端数据传输终端 控制单元3图2 CAN总线的典型结构CAN采用多主工作方式，节点之间不分主从，节点之间有优先级之分。通信方式灵活，可实现点对点、一点对多点及广播式传输数据，无须调度。CAN采用非破坏性总线仲裁技术，优先级发送，可大大节省总线冲突仲裁时间，在重负荷下表现出良好的性能。CAN采用短帧结构传输，每帧有效字节为8个，传输时间短，受干扰的概率低，并且每帧信息都有CRC校验和其他校验措施，数据出错率极低。当节点发生严重错误时，具有自动关闭功能，但总线上的其他节点不受影响。CAN2.0 B规范CAN总线最大通讯速率可以达到1Mbps。目前，汽车上主要有2条CAN总线，即低速（L）与高速（H）CAN总线，L线路工作在125kbps以内，主要控制车身及舒适系统（中央门锁、车窗、天窗、收音机、座椅、安全气囊和综合显示仪表等）；H线路工作在125kbps以上，主要控制动力系统（发动机、自动变速器、制动系统以及防侧滑系统等），随着汽车技术的发展，总线的数量会越来越多，功能越来越强大。大众公司（VW）近年来已经由ABUS（最高速率为500kbps）转向CAN总线。亚洲汽车厂商的汽车网络尽管没有自己开发的规范，但多数厂商的汽车网络规范选择了CAN，在中国CAN也占多数。22 J1850标准J1850是美国汽车的车内联网标准，包含了两个不兼容的规程。通用汽车公司（GM）和克莱斯勒汽车公司（Chryler）采用10.4kbps可变 规程的类似版本，在单根线的总线上通信；福特汽车公司（FORD）采用46.1kbps的PWM行，在双线的差分总线上通信。J1850也是采用载波传感、多路存取/碰撞分辨的仲裁规程。当多个节点同时发送数据时，优先级低的节点重新发送，优先级高的节点信息则连续传送至其目的地。J1850的速率远低于CAN，目前部分北美的发动机和变速器系统使用了速率更高的CAN进行通讯，但美国大量的检测工具都是按照美国加州空气资源委员会和环境保护局（EPA）规定基于J1850的，这就需要有一个网关将J1850的检测工具接入CAN。因此，SAE正在调研将测试工具改为CAN的可能性。23 IDB（ITS Data Bus）标准智能交通系统ITS（Intelligent Transportation System）使汽车运行更加安全、便利，汽车上的电子装备越来越多，包括传输、计算、导航、定位、娱乐和办公设备等。但由于汽车网络的不同，设备制造商不得不制造不同网络标准的产品，以适应不同网络标准的汽车。ITS Data Bus结构示意图如图3所示。 车载系统总线 ITS Data Bus车载系统网关（放火墙）IDB设备1IDB设备2图3 ITS Data Bus结构示意图目前，SAE的IDB委员会已拟定部分IDB的大纲协定，其中对传输速率在1.6 Mbps和10 Mbps时，IDB能否传输视频、声音等冗长信息问题仍处于讨论中。3 传输介质汽车网络可用的传输介质主要有同轴电缆、双绞线、光纤电缆和无线电。光纤电缆以其抗电磁干扰、信号传输速度快和音频响应好的优点，将逐渐取代传统的同轴电缆和双绞线。特别值得一提的是短程无线通讯标准蓝牙（Bluetooth）技术在汽车应用中的实现，使汽车网络更加丰富多彩。2000年12月,日本矢岐总业公司展示了使用蓝牙技术控制汽车内部的样车.该样车配备蓝牙接口的网关设备连接到汽车内部网络CAN上,通过汽车外部的笔记本电脑实施开关车门车窗等,还将通过蓝牙手机实现这些功能。汽车系统集成商Kvaser公司，将在汽车应用的互联协议研发项目中采用CAN和蓝牙产品。该公司预计到2006年底，车内CAN/Bluetooth系统应用于全球50%的汽车中。4 开发语言及操作系统在使用8位和16位处理器时，开发人员主要使用汇编语言。随着开发周期的缩短要求及复杂性的提高，高级语言被逐步使用，使用高级语言编写可重复使用模块的工作比较容易。开发语言使用的趋势朝着C语言发展，但在关键的定时情况还要使用汇编语言。在操作系统方面，欧洲汽车制造商规定OSEK标准为汽车控制器开发公共平台的应用编程接口，OSEK是德缩写，意思是“汽车电子开放系统和通信接口”。该接口包括实时操作系统（OS）、通信系统（COM）、网络管理系统（NM）和功能库。OSEK是与元器件产品融为一体的，元器件必须有兼容性。摩托罗拉公司提供了较全面的OSEK器件产品，还为Window NT提供了OSEK OS及OSEK编程器，可以使应用程序开发独立于目标软件，大大缩短开发周期。此外，多家公司如：Wind River Systems、Accelerated technology以及Integrated Systems等也推出了OSEK兼容操作系统。目前，汽车在推出之前，制造商已经可以对汽车的所有功能进行仿真，不久，将可以对汽车的运行情况进行仿真。QNX Software公司的实时操作系统（RTOS）可针对车内的路况引导系统，对实时全球定位系统（GPS）信息与交通图西安市和音频命令进行协调。2002年4月份在中国上市的雪铁龙C5装备了雪铁龙与微软共同开发的车载电脑系统Xsara Windows CE，可以实现语音分析识别、自动照明系统、电子泊车辅助装置以及多功能信息系统等多种新的强大功能。此外，IBM公司将在该公司开发的汽车软件里面加入移动客户服务器结构和嵌入Java系统。当今的汽车技术正在高速发展，汽车制造商、汽车配件制造商、汽车芯片以及软件商的技术发展都在推动着汽车技术的快步前进。汽车系统电子化、模块化、信息化和网络化的发展趋势，将使汽车的安全性和各项功能得到进一步的提高，生产成本将回进一步下降。
