LIN總線與FlexRay總線課件

車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

--LIN&FlexRay1汽車總線技術(shù)2LIN總線3FlexRay總線主要內(nèi)容1汽車總線技術(shù)汽車總線是指汽車內(nèi)部導(dǎo)線采用總線控制的一種技術(shù)，通常叫汽車總線或汽車總線技術(shù)。隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展和在汽車上的廣泛應(yīng)用，汽車電子化程度越來越高，逐漸形成了一個(gè)復(fù)雜的大系統(tǒng)。1汽車總線技術(shù)SAE（美國汽車工程師協(xié)會）將總線分為A、B、C、D四類。1汽車總線技術(shù)2LIN總線3FlexRay總線主要內(nèi)容LIN（LocalInterconnectNetwork)，局部互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，是一種低成本的串行通訊網(wǎng)絡(luò)，用于實(shí)現(xiàn)汽車中的分布式電子系統(tǒng)控制。LIN的目標(biāo)是為現(xiàn)有汽車網(wǎng)絡(luò)(例如CAN總線)提供輔助功能，在不需要CAN總線的帶寬和多功能的場合比如智能傳感器和制動裝置之間的通訊，使用LIN總線可大大節(jié)省成本2LIN總線什么是LIN總線？2LIN總線為什么用LIN總線？LINfitsinatthelowendofincarmultiplexing,makingaLINsystemacosteffectivesolutionLIN網(wǎng)絡(luò)由數(shù)據(jù)鏈路層和物理層構(gòu)成數(shù)據(jù)鏈路層邏輯鏈路控制子層（LLC）報(bào)文濾波、恢復(fù)管理、報(bào)文確認(rèn)等媒體訪問控制子層（MAC）是LIN的核心對來自LLC的報(bào)文封裝串行化對來自物理層的數(shù)據(jù)進(jìn)行解串、錯(cuò)誤檢測等由故障界定管理實(shí)體進(jìn)行監(jiān)控物理層定義了信號如何在總線媒體上傳輸定義物理層的驅(qū)動器/接收器特性2LIN總線LIN網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)物理層采用單線連接，兩個(gè)電控單元間的最大傳輸距離為40m其總線驅(qū)動器和接收器的規(guī)范遵從改進(jìn)的ISO9141單線標(biāo)準(zhǔn)。低成本LIN是基于SCI/UART(通用異步收發(fā)接口的單總線串行通信)協(xié)議；目前幾乎所有的微控制器芯片上都有SCI/UART接口。低傳輸速率，小于20kb/s單主控器/多從設(shè)備模式，無需仲裁機(jī)制2LIN總線LIN總線主要特點(diǎn)在總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的LIN網(wǎng)絡(luò)中，由主節(jié)點(diǎn)控制對傳輸介質(zhì)的訪問，從節(jié)點(diǎn)只是應(yīng)答主節(jié)點(diǎn)的命令。不需要仲裁和沖突管理機(jī)制。同步機(jī)制簡單從節(jié)點(diǎn)不需晶振或陶瓷振蕩器就能實(shí)現(xiàn)自同步，節(jié)省了從設(shè)備的硬件成本。通信確定性主節(jié)點(diǎn)控制整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的通信，控制不同節(jié)點(diǎn)的傳輸時(shí)間；每個(gè)報(bào)文幀的長度是預(yù)知的；采用調(diào)度表，保證信號的周期性傳輸、保證總線不出現(xiàn)超負(fù)載現(xiàn)象。報(bào)文的數(shù)據(jù)長度可變LIN應(yīng)答幀報(bào)文的數(shù)據(jù)場長度可在0~8個(gè)字節(jié)之間變化，便于不同任務(wù)的通信應(yīng)用。2LIN總線LIN總線主要特點(diǎn)不需改變LIN從節(jié)點(diǎn)的硬件和軟件就可以在網(wǎng)絡(luò)上增加節(jié)點(diǎn)LIN總線的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)一般不超過16，否則，節(jié)點(diǎn)增加將會減少網(wǎng)絡(luò)阻抗，導(dǎo)致環(huán)境條件變差。每增加一個(gè)節(jié)點(diǎn)，就會降低3％的阻抗采用奇偶校驗(yàn)和求和校驗(yàn)相結(jié)合的雙重校驗(yàn)機(jī)制。2LIN總線LIN總線主要特點(diǎn)2LIN總線LIN的通信任務(wù)（一）基本概念主機(jī)節(jié)點(diǎn)：控制網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)通信的節(jié)點(diǎn)一個(gè)LIN網(wǎng)絡(luò)上的通信總是由主發(fā)送任務(wù)發(fā)起的在主節(jié)點(diǎn)上可執(zhí)行主通信任務(wù)和從通信任務(wù)可控制整個(gè)總線網(wǎng)絡(luò)和協(xié)議主通信任務(wù)：在主節(jié)點(diǎn)上運(yùn)行的，用于控制總線上所有的通信，負(fù)責(zé)報(bào)文的進(jìn)度表、發(fā)送報(bào)文頭的任務(wù)。常見主任務(wù)：如定義傳輸速率，發(fā)送同步時(shí)間間隔、同步場、標(biāo)識符場，監(jiān)控并通過檢查校驗(yàn)和驗(yàn)證數(shù)據(jù)的有效性。2LIN總線LIN的通信任務(wù)（一）基本概念從節(jié)點(diǎn)：總線上的2-16個(gè)成員，它們在主節(jié)點(diǎn)發(fā)送適當(dāng)ID后接收或發(fā)送數(shù)據(jù)從通信任務(wù)：從節(jié)點(diǎn)從事的任務(wù)都稱為從通信任務(wù)；但主節(jié)點(diǎn)也會執(zhí)行從任務(wù)節(jié)點(diǎn)接收來自主通信任務(wù)的ID節(jié)點(diǎn)根據(jù)ID決定做什么：接收數(shù)據(jù)、發(fā)送數(shù)據(jù)或什么都不做發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)字節(jié)（2、4或8個(gè)字節(jié)）及檢驗(yàn)字節(jié)2LIN總線LIN的通信任務(wù)（二）LIN通信LIN協(xié)議是一主多從結(jié)構(gòu)，通信只能由主節(jié)點(diǎn)中的主任務(wù)發(fā)起，一個(gè)完整的LIN報(bào)文幀的傳輸是由主任務(wù)和從任務(wù)共同實(shí)現(xiàn)的，主任務(wù)發(fā)送“報(bào)頭”，從任務(wù)發(fā)送或接受“響應(yīng)”。在總線上發(fā)送的信息，有長度可選的固定格式。每個(gè)報(bào)文幀都包括2、4或8個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)以及3個(gè)字節(jié)的控制、安全信息（同步場、標(biāo)識符場和校驗(yàn)場）。通過主機(jī)控制單元中的從任務(wù)，數(shù)據(jù)可以被主機(jī)控制單元發(fā)送到任何從機(jī)控制單元。相應(yīng)的主機(jī)報(bào)文ID可以觸發(fā)從機(jī)-從機(jī)通信。2LIN總線報(bào)文傳輸—報(bào)文幀報(bào)文幀是由主機(jī)任務(wù)向從機(jī)任務(wù)傳送同步和標(biāo)識符信息，并將一個(gè)從機(jī)任務(wù)的信息傳送到所有其他從機(jī)任務(wù)。一個(gè)主機(jī)節(jié)點(diǎn)發(fā)送的報(bào)文頭；一個(gè)主機(jī)或從機(jī)節(jié)點(diǎn)發(fā)送的響應(yīng)組成。報(bào)文傳輸是由報(bào)文幀的格式表示和控制。2LIN總線報(bào)文傳輸—報(bào)文幀（1）字節(jié)場（ByteFields）格式：說明：每一個(gè)字節(jié)場的長度是10個(gè)位定時(shí)（BitTime）；起始位（StartBit）是一個(gè)‘顯性’位，標(biāo)志字節(jié)場的開始；8個(gè)數(shù)據(jù)位，從最低位開始發(fā)送；停止位（StopBit）是一個(gè)‘隱性’位，標(biāo)志字節(jié)場的結(jié)束。2LIN總線報(bào)文傳輸—報(bào)文幀（2）報(bào)文頭場（HeaderFields）同步間隔（SynchronisationBreak）說明：作用：標(biāo)識報(bào)文的開始，由主節(jié)點(diǎn)發(fā)送；使得所有的從機(jī)任務(wù)和總線時(shí)鐘信號同步。同步間隔：至少13bit的顯性位，之后緊隨至少1bit隱性值的同步界定符。同步界定符的作用：用來檢測接下來的同步場（SynchField）的起始位。2LIN總線報(bào)文傳輸—報(bào)文幀（2）報(bào)文頭場（HeaderFields）同步場（SynchField）說明：包含了時(shí)鐘的同步信息，同步場的格式是“0x55”，表現(xiàn)在8個(gè)位定時(shí)中有5個(gè)下降沿（即：‘隱性’到‘顯性’的跳變）。2LIN總線報(bào)文傳輸—報(bào)文幀（2）報(bào)文頭場（HeaderFields）標(biāo)識符場（IdentifierField）說明：定義了報(bào)文的內(nèi)容和長度；6個(gè)標(biāo)識符位（ID0~ID5）和2個(gè)標(biāo)識符奇偶校驗(yàn)位（P0、P1）；ID4和ID5定義了數(shù)據(jù)場的數(shù)據(jù)長度。2LIN總線報(bào)文傳輸—報(bào)文幀（3）響應(yīng)場（ResponseFields）數(shù)據(jù)場（IdentifierField）說明：由多個(gè)8位的字節(jié)場組成，傳輸由LSB開始。2LIN總線報(bào)文傳輸—報(bào)文幀（3）響應(yīng)場（ResponseFields）校驗(yàn)和場（ChecksumField）說明：校驗(yàn)和場是數(shù)據(jù)場所有字節(jié)的和的反碼；所有數(shù)據(jù)字節(jié)的和的補(bǔ)碼與校驗(yàn)和字節(jié)之加的和必須是“0xFF”。2LIN總線報(bào)文確認(rèn)如果直到幀的結(jié)尾都沒有檢測到錯(cuò)誤，報(bào)文對發(fā)送器和接收器都有效；如果報(bào)文發(fā)生錯(cuò)誤，則主機(jī)和從機(jī)任務(wù)都認(rèn)為報(bào)文沒有發(fā)送。2LIN總線報(bào)文錯(cuò)誤位錯(cuò)誤向總線發(fā)送一個(gè)位的單元同時(shí)也在監(jiān)控總線，當(dāng)監(jiān)控到的位的值和發(fā)送的不同時(shí)，則在這個(gè)位定時(shí)檢測到一個(gè)位錯(cuò)誤。校驗(yàn)和錯(cuò)誤所有數(shù)據(jù)字節(jié)的和的補(bǔ)碼與校驗(yàn)和字節(jié)相加的和不是‘0xFF’標(biāo)識符奇偶錯(cuò)誤從機(jī)不響應(yīng)錯(cuò)誤從機(jī)任務(wù)在發(fā)送SYNCH和標(biāo)識符場時(shí)，在最大長度時(shí)間內(nèi)未完成報(bào)文幀的發(fā)送同步場不一致錯(cuò)誤從機(jī)檢測到的同步場的邊沿在給出的容差之外沒有總線活動在接收到最后一個(gè)有效信息后，在tTime_Out時(shí)間內(nèi)未檢測到有效的同步間隔或字節(jié)場。2LIN總線LIN總線應(yīng)用典型的LIN總線應(yīng)用是汽車中的聯(lián)合裝配單元，如門、方向盤、座椅、空調(diào)、照明燈、濕度傳感器和交流發(fā)電機(jī)等。對于這些成本比較敏感的單元，LIN可以使一些機(jī)械元件，如智能傳感器、制動器或光敏期間等得到較廣泛的應(yīng)用。菲利普半導(dǎo)體公司基于CAN/LIN總線提出的汽車車身網(wǎng)絡(luò)層解決方案1汽車總線技術(shù)2LIN總線3FlexRay總線主要內(nèi)容（一）概況FlexRay是FlexRay協(xié)會在克萊斯勒公司的典型應(yīng)用以及BMW公司Bytefight通信系統(tǒng)基礎(chǔ)上，開發(fā)的一個(gè)與確定性和故障容錯(cuò)有密切關(guān)系的、更可靠的高速汽車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。2000年9月，寶馬和戴姆勒-克萊斯勒聯(lián)合飛利浦（現(xiàn)恩智浦）和摩托羅拉（現(xiàn)飛思卡爾）創(chuàng)建了FlexRay聯(lián)盟，之后博世、通用和大眾也成為其核心成員。他們制定了滿足未來車內(nèi)控制應(yīng)用通信需求的FlexRay通信協(xié)議。隨著FlexRay通信協(xié)議逐步發(fā)展成熟，幾乎全球所有知名的汽車廠商和電子、半導(dǎo)體公司都加入了該聯(lián)盟，為該協(xié)議的發(fā)展提供各個(gè)方面的技術(shù)支持，致力于推廣FlexRay通信系統(tǒng)在全球的采用，使其成為高級動力總成、底盤和線控系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。3

FlexRay總線（一）概況FlexRay總線特點(diǎn)：支持靜態(tài)時(shí)間和動態(tài)時(shí)間驅(qū)動的兩種通信機(jī)制；靈活的容錯(cuò)能力，支持單通道和雙通道操作；高的數(shù)據(jù)傳輸速率和網(wǎng)絡(luò)使用率，每個(gè)通道的速度均達(dá)到10Mbps；可靠的錯(cuò)誤檢測功能，包括時(shí)域的總線監(jiān)測機(jī)制和數(shù)字CRC校驗(yàn)；可采用多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，包括總線結(jié)構(gòu)、星型結(jié)構(gòu)以及多星型結(jié)構(gòu)；FlexRay總線在重負(fù)載下可以關(guān)閉部分節(jié)點(diǎn)，使其僅接收數(shù)據(jù)而不發(fā)送數(shù)據(jù)，減少數(shù)據(jù)重發(fā)次數(shù)，使得總線負(fù)載很快下降。FlexRay總線的這些特點(diǎn)使其可以替代CAN總線，適合車載骨干網(wǎng)絡(luò)、分布式控制系統(tǒng)以及安全系統(tǒng)等應(yīng)用場合。3

FlexRay總線（一）概況3

FlexRay總線恩智浦FlexRay總線技術(shù)在汽車上的應(yīng)用情況（一）概況第一輛FlexRay量產(chǎn)車：BMWX5-48i，主要應(yīng)用在電子控制減震器系統(tǒng)，采用星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。3

FlexRay總線首款運(yùn)用FlexRay技術(shù)的汽車FlexRay系統(tǒng)組成（一）概況2008年，寶馬7系中采用了多達(dá)12個(gè)FlexRay節(jié)點(diǎn)收發(fā)器（含一個(gè)網(wǎng)關(guān)），F(xiàn)lexRay以跨系統(tǒng)方式實(shí)現(xiàn)行駛動態(tài)管理系統(tǒng)和發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)。3

FlexRay總線BMW新7系車中FlexRay節(jié)點(diǎn)在整車中的布置及其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（二）FlexRay總線技術(shù)1.幀格式結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)包括：頭部段、負(fù)載段和尾部段三部分3

FlexRay總線（二）FlexRay總線技術(shù)2.幀的編碼與解碼FlexRay采用非歸零編碼機(jī)制。編碼與解碼主要包括3個(gè)過程：編碼與解碼過程；位過濾過程；喚醒模式解碼過程。這些過程設(shè)計(jì)的三個(gè)技術(shù)：位時(shí)鐘對齊采樣與多數(shù)表決通道空閑檢測

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FlexRay總線（二）FlexRay總線技術(shù)3.媒介訪問控制

媒介訪問控制以一個(gè)循環(huán)進(jìn)行的通信周期為基礎(chǔ)。

FlexRay提供了兩種訪問方式：靜態(tài)的基于時(shí)分多址的訪問方式動態(tài)的基于微型時(shí)槽的訪問方式4.時(shí)鐘同步

FlexRay協(xié)議使用分布式時(shí)鐘同步機(jī)制。

時(shí)鐘同步過程實(shí)現(xiàn)了周期起始的初始化、偏差值的測量與存儲、相位與速率修正值得計(jì)算三個(gè)過程。3

FlexRay總線（二）FlexRay總線技術(shù)5.媒介訪問控制喚醒與啟動是FlexRay的核心機(jī)制之一。首先由外部事件喚醒冷啟動節(jié)點(diǎn)的CPU，并與總線驅(qū)動器和通信控制器協(xié)作，完成該節(jié)點(diǎn)的喚醒操作。之后，冷啟動節(jié)點(diǎn)在通信信道上傳輸喚醒符號，處于休眠狀態(tài)的節(jié)點(diǎn)在接到喚醒符號后，對該節(jié)點(diǎn)的CPU和通信控制器進(jìn)行上電，從而啟動節(jié)點(diǎn)。3

FlexRay總線（三）FlexRay的實(shí)現(xiàn)方式1.FlexRay初始化

FlexRay的初始化主要實(shí)現(xiàn)FlexRay網(wǎng)絡(luò)通信之間的喚醒、啟動、時(shí)間同步，是實(shí)現(xiàn)FlexRay網(wǎng)絡(luò)正常通信的基礎(chǔ)。2.FlexRay通信發(fā)送

當(dāng)FlexRay網(wǎng)絡(luò)正常啟動后，才可以進(jìn)行FlexRay數(shù)據(jù)通信。FlexRay總線通信主要是基于時(shí)間觸發(fā)。3.FlexRay通信接收

FlexRay數(shù)據(jù)接收也是采用中斷方式，F(xiàn)lexRay協(xié)議控制器采用“提前搜索算法”來保證數(shù)據(jù)準(zhǔn)時(shí)接收。3

FlexRay總線（四）FlexRay的應(yīng)用領(lǐng)域1.替代CAN總線在數(shù)