汽车网络技术凌永成光学总线学习教案.pptx
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1、会计学1汽车网络技术汽车网络技术(jsh)凌永成光学总线凌永成光学总线第一页,共77页。配 套 教 材 信 息教材名称:汽车网络技术教材主编:凌永成教材定价:35RMB出版(chbn)社:清华大学出版(chbn)社出版(chbn)时间:2012年3月国际标准书号(ISBN):978-7-302-28149-8 教材所属系列:普通高等院校汽车工程类规划教材 第1页/共77页第二页,共77页。第3章 光学(gungxu)总线 3.1光学总线(zn xin)的信息传输光学(gungxu)传输简介1.信号的光学传输 与传统的电传输信号不同,光学传输是利用光来传输信号的,两者的区别如图3-1所示。图3-
2、1 光传输与电传输的区别 第2页/共77页第三页,共77页。图3-2 光信号(xnho)通过光导纤维(光缆)传输2.光学传输(chun sh)的优点导线(doxin)少且重量轻;传输速度快;不会产生电磁干扰,同时对电磁干扰也不敏感。光学传输的系统结构1.光学传输的控制单元 在光学总线中,每一个总线用户(收音机、CD唱机、视频导航仪等)都有一个光学传输控制单元,用于实现光学传输的信号调制、解调和控制。第3页/共77页第四页,共77页。光学传输控制单元由内部供电装置(zhungzh)、收发单元光导发射器(FOT)、光波收发器、标准微控制器(CPU)、专用部件等组成。图3-3 光学传输控制(kngz
3、h)单元 第4页/共77页第五页,共77页。1)光导插头(chtu)收发(shuf)单元光导发射器(FOT)由一个光电二极管和一个发光二极管构成(图3-4)。2)电气(dinq)插头3)内部供电装置4)收发单元光导发射器 如图3-5所示,光学传输中使用的光波波长为650 nm,是可见红光。图3-4 光导发射器(FOT)图3-5 波长650 nm 的可见红光第5页/共77页第六页,共77页。5)光波(gungb)收发器6)标准(biozhn)微控制器7)专用(zhunyng)部件2.光电二极管 光电二极管是利用光电效应原理将光波转换成电压信号的。如图3-6所示,光电二极管内有一个P-N结,入射光
4、可以照射到这个P-N结上。在P型层上有一个正极触点(滑环),N型层与金属底板(负极)相连。图3-6 光电二极管的结构示意图第6页/共77页第七页,共77页。如果入射光或红外线照射到P-N结上,P-N结内就会产生自由电子和空穴,从而形成穿越P-N结的电流。照射到光电二极管上的入射光越强,流过光电二极管的电流就越大。这个现象称为(chn wi)光电效应。图3-7 光电效应(un din xio yng)原理第7页/共77页第八页,共77页。3.光导纤维(un do xin wi)1)光导纤维(un do xin wi)的作用和相关要求 作为光波的传输介质,光导纤维(亦称光缆)的作用(zuyng)是
5、将在某一控制单元发射器内产生的光波传送到另一控制单元的接收器。2)光导纤维的结构 如图3-9和图3-10所示,光导纤维由几层构成。纤芯是光导纤维的核心部分,是光波的传输介质,也可以称之为光波导线。纤芯一般用有机玻璃或塑料制成,纤芯内的光波根据全反射原理几乎无损失地传输。图3-8 光导纤维的作用是传输光波第8页/共77页第九页,共77页。图3-9 光导纤维(un do xin wi)的结构 图3-10 光导纤维(un do xin wi)各部分的尺寸 第9页/共77页第十页,共77页。3)光波在光导纤维(un do xin wi)中的传输 在直的光导纤维中,光波(gungb)是按全反射原理在纤芯
6、表面以Z字形曲线传输的。第10页/共77页第十一页,共77页。4)专用(zhunyng)插头 为了能将光导纤维连接到控制单元(dnyun)上,在光学传输系统中使用了一种专用插头。插座本体上有一个信号方向箭头,表示光波传输方向(通向接收器)。图3-14 光学传输系统(xtng)的专用插头第11页/共77页第十二页,共77页。5)光纤端面(dunmin)为了能使光波传输过程中的损失尽可能小,光导纤维的端面应光滑、垂直、洁净(图3-15)。因此,使用了一种(y zhn)专用的切削工具。切削面上的污垢和刮痕会加大光波的传输损失(衰减)。图3-15 光导纤维(un do xin wi)的端面3.2 MO
7、ST总线的定义与应用1.MOST的定义 MOST是Media Oriented Systems Transport的缩写。顾名思义,MOST是一种用于多媒体数据传输的网络系统。第12页/共77页第十三页,共77页。2.MOST的应用(yngyng)MOST系统可连接汽车音响系统、视频(shpn)导航系统、车载电视、高保真音频放大器、车载电话、多碟CD播放器等模块,其数据传输速率最高可达22.5Mbit/s,而且没有电磁干扰。图3-17 AUDI A8汽车(qch)的信息及娱乐(Information and Entertainment)多媒体系统第13页/共77页第十四页,共77页。图3-18
8、 BMW车系F01/F02车型的MOST多媒体影音娱乐系统TOP HIFI顶级高保真音响放大器;CIC车辆信息计算机;DVDDVD换碟机;KOMBI组合仪表;RSE后座区娱乐系统;SDARS卫星收音机调谐器;TCU远程通信系统控制单元;ULF-SBX接口盒;VM视频模块(m kui);ZGM中央网关模块(m kui)第14页/共77页第十五页,共77页。3.MOST的传输速率图3-19 多媒体的数据(shj)传输速率第15页/共77页第十六页,共77页。图3-20 带有立体声的数字式电视(dinsh)系统 车载多媒体影音娱乐系统对数据传输速率要求很高。仅仅(jnjn)是带有立体声的数字式电视系
9、统,就需要约6 Mbit/s的传输速度。第16页/共77页第十七页,共77页。在车载多媒体影音娱乐系统(xtng)中,海量的视频和音频数据是由MOST总线来传输的,而CAN总线只能用来传输控制信号(图3-21)。图3-21 CAN总线在车载数字电视系统(xtng)中用来传输控制信号的组成与系统(xtng)状态1.MOST的拓扑结构 MOST总线系统采用环形拓扑结构。控制单元通过光导纤维沿环形方向将数据发送到下一个控制单元。这个过程一直在持续进行,直至首先发出数据的控制单元又接收到这些数据为止。可以通过数据总线自诊断接口和诊断CAN总线来对MOST系统进行故障诊断。第17页/共77页第十八页,共
10、77页。图3-22 MOST系统采用(ciyng)环形拓扑结构第18页/共77页第十九页,共77页。图1-42 BMW E60车系全车网络系统构成(guchng)第19页/共77页第二十页,共77页。在MOST总线中,每个终端设备(节点、控制单元)在一个具有环形结构(jigu)的网络中通过光导纤维环相互连接。图3-23 音频、视频数据信息在MOST环形总线(zn xin)上循环R接收器;T发射器 各个控制单元之间的连接通过(tnggu)一个数据只沿一个方向传输的环形总线实现。也就是说,一个控制单元拥有两根光导纤维,一根光导纤维用于发射器,一根光导纤维用于接收器。第20页/共77页第二十一页,共
11、77页。在 MOST 控制单元中进行纯粹(chncu)的光导纤维连接。对于所有MOST插头而言,2 芯光导纤维插头(图3-24)的结构是一样的。光导纤维线脚 Pin 1 始终用于输入,光导纤维线脚 Pin 2始终用于转发,其上由箭头符号。图3-24 2 芯光导纤维(un do xin wi)插头第21页/共77页第二十二页,共77页。2.MOST系统(xtng)管理器 MOST系统(xtng)管理器与诊断管理器共同负责MOST总线内的系统(xtng)管理。(1)控制系统状态;(2)发送MOST总线信息;(3)管理(gunl)传输容量。系统管理器的作用如下:3.MOST总线系统状态1)休眠模式处
12、于休眠模式时,MOST总线内没有数据交换,静态电流降至最小值,系统处于待命状态,只能由系统管理器发出的光波启动脉冲来激活。图3-25 处于休眠模式下的MOST系统第22页/共77页第二十三页,共77页。2)备用(biyng)模式 MOST总线系统处于备用模式时,无法(wf)为用户提供任何服务,但这时MOST总线系统仍在后台运行。图3-26 处于备用模式(msh)下的MOST总线系统3)通电工作模式 MOST总线系统处于通电工作模式时,控制单元完全接通,MOST总线上有数据交换,用户可使用影音娱乐、通信、导航等所有功能。图3-27 处于通电工作模式下的MOST系统第23页/共77页第二十四页,共
13、77页。的数据传输1.信息(xnx)帧1)脉冲(michng)频率 MOST系统管理器以44.1KHz 的脉冲频率(pnl)向环形总线上的下一个控制单元发送信息帧(Frames)。由于使用了固定的时间光栅和脉冲频率(pnl),MOST系统允许传递同步数据。2)信息帧的结构在MOST系统中,一个信息帧的大小为64字节(1个字节为8bit,可分成以下几部分。图3-28 MOST信息帧的结构第24页/共77页第二十五页,共77页。(1)起始(q sh)区。第25页/共77页第二十六页,共77页。(2)分界(fn ji)区。第26页/共77页第二十七页,共77页。(3)数据(shj)区。第27页/共7
14、7页第二十八页,共77页。(4)校验(xio yn)字节。两个校验字节(z ji)传送发射器/接收器地址(标识符)和接收器的控制指令(如放大器音量增大或音量减小)信息。第28页/共77页第二十九页,共77页。(5)状态(zhungti)区。信息帧的状态(zhungti)区包含用于给接收器发送信息帧的信息。第29页/共77页第三十页,共77页。(6)奇偶校验区。奇偶校验区用于最后检查数据的完整性,该区的内容将决定是否需要重复一次发送(f sn)过程。第30页/共77页第三十一页,共77页。2.MOST总线的工作(gngzu)过程1)系统启动(唤醒(hunxng))图3-35 伺服光波(gungb
15、)的传输过程第31页/共77页第三十二页,共77页。图3-36 主光波(gungb)图3-37 唤醒过程(guchng)结束(开始数据传输)第32页/共77页第三十三页,共77页。2)同步(tngb)数据的传输 在MOST系统中,音频和视频信息是作为(zuwi)同步数据传输的。为便于理解,下面以AUDI A8 03年型汽车播放音乐CD为例来进行说明。图3-38 同步数据(音频和视频信息(xnx))的传输过程第33页/共77页第三十四页,共77页。同步传输的数据管理如图3-39所示,前部信息控制单元(dnyun)J523用带有以下校验数据的信息组:图3-39 同步(tngb)传输的数据管理第34
16、页/共77页第三十五页,共77页。3)异步数据(shj)的传输 在MOST系统(xtng)中,导航系统(xtng)的地图显示、导航计算、互联网网页和E-Mail等图片、文本信息是作为异步数据传输的。异步数据源是以不规则的时间间隔来发送这些数据的。为此,每个数据源将其异步数据存储到缓冲寄存器内。然后数据源开始(kish)等待,直至接收到带有接收器地址的信息组。第35页/共77页第三十六页,共77页。的诊断(zhndun)1.诊断(zhndun)管理器 除系统管理器外,MOST总线还有一个(y)诊断管理器。图3-41 诊断管理器 诊断管理器执行环路断开诊断,并将MOST总线上的控制单元诊断数据传给
17、诊断控制单元。在Audi A8 03年型汽车上,数据总线诊断接口J533就是执行自诊断功能的。2.系统故障 如果在MOST总线上发生数据传输中断,就无法完成正常的数据传输任务。由于MOST总线是环形结构,因此将这种数据传输中断称为环路断开,亦即总线断路。诊断管理器的故障存储器中存有故障信息“光纤数据总线断路”。第36页/共77页第三十七页,共77页。3.环路(hun l)断开诊断1)诊断导线与询问(xnwn)脉冲 为准确(zhnqu)判断出发生环路断开的具体位置,需要使用诊断导线来进行环路断开诊断。诊断导线通过中央导线连接器与MOST总线上的各个控制单元相连。图3-42 诊断导线与MOST总线
18、上的各个控制单元相连第37页/共77页第三十八页,共77页。2)应答(yngd)的内容 环路断开诊断(zhndun)开始后,MOST总线上的各个控制单元发送以下两种信息:(1)控制单元电气方面是否正常本控制单元电气功能(gngnng)是否正常(如电源供电是否正常);(2)控制单元光学方面是否正常本控制单元的光电二极管是否能够接收到环形总线上位于其前面的控制单元发出的光波信号。诊断管理器通过这些信息就可识别出:(1)MOST总线系统是否有电气故障(供电故障)以及是哪个控制单元出现了电气故障;(2)MOST总线系统中哪两个控制单元之间的数据传输中断了,亦即是哪两个控制单元之间的光导纤维发生了断路。
19、第38页/共77页第三十九页,共77页。3)故障(gzhng)的确认 可利用备用的控制单元VAS6186 来替换可疑(ky)控制单元,然后观察MOST系统是否恢复正常。若替换后,系统恢复正常,则可确认,故障确系可疑(ky)控制单元损坏所致。图3-43 用备用(biyng)的控制单元VAS6186替换可疑控制单元图3-44 备用的控制单元VAS6186第39页/共77页第四十页,共77页。4.信号(xnho)衰减幅度增大的诊断 诊断管理器还有信号衰减幅度增大的诊断功能,即通过监测MOST系统传输光波功率的降低来判断光学系统在信号传输过程中是否(sh fu)存在信号衰减幅度过大的故障。图3-45
20、信号衰减(shui jin)幅度增大的诊断第40页/共77页第四十一页,共77页。3.3 byteflight总线(zn xin)简介(jin ji)1.byteflight 的功能(gngnng)与发展byteflight 系统是由 BMW 与 Motorola、Elmos、Infineon 合作开发的,主要用于传输时间上要求特别紧迫的安全气囊系统数据。byteflight系统的数据传输速率为10Mbit/s,可以满足对数据传输的实时性要求非常高的汽车安全气囊系统的要求,且可在强电磁干扰条件下可靠地传输数据。byteflight在ISIS(智能安全集成系统)和 ASE(高级安全电子设备)中使
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