嵌入式技術(shù)與整車(chē)網(wǎng)絡(luò )系統

　　功能分配僅針對單個(gè)工程功能，而功能與功能、系統與零部件存在的關(guān)聯(lián)和由此產(chǎn)生的沖突。因此，系統層面上針對功能、零部件的平衡是架構整合的基本內容。同時(shí)。合格的架構不僅必須滿(mǎn)足成本要求，還需要與開(kāi)發(fā)人力、可靠性、技術(shù)風(fēng)險和可配置性進(jìn)行折中。鑒于架構設計的復雜性和平臺化戰略考慮，通常以架構平臺的形式出現。

　　作為分布式嵌入式系統，網(wǎng)絡(luò )系統的架構(圖5)存在著(zhù)更分布還是更集中的爭議。在更分布式的系統中，諸多功能盡可能按功能分布在不同的控制系統實(shí)現，系統的可配置性好、可靠性高但物料成本較高；在更集中的系統中，諸多功能盡可能按區域分布在同一的控制系統實(shí)現，系統的物料成本較低但可配置性差、可靠性低。在實(shí)際工程應用中，由于不同整車(chē)系統、不同功能領(lǐng)域的需求差異，更分布和更集中架構往往是折中的。架構開(kāi)發(fā)常見(jiàn)的輸出是輸出文檔是電氣原理圖、功能分配規范，并直接作為線(xiàn)束、控制系統和總線(xiàn)開(kāi)發(fā)的設計輸入。

四、總線(xiàn)開(kāi)發(fā)

　　總線(xiàn)是指連接控制器的數字、雙向傳輸、多分支結構的通信系統，通常一條或多條總線(xiàn)和網(wǎng)關(guān)構成整車(chē)網(wǎng)絡(luò )。常見(jiàn)的總線(xiàn)如CAN、LIN，以及MOST、FlexRay。

　　總線(xiàn)可被視為滿(mǎn)足分布式功能需要的用于數據交換的非用戶(hù)工程功能，依托節點(diǎn)的嵌入式軟硬件分布式實(shí)現的。因此，運用總線(xiàn)時(shí)必須考慮其資源占用、時(shí)延、可靠性、線(xiàn)束布局等需求；反之，這些也是總線(xiàn)技術(shù)升級換代的驅動(dòng)力。通常，總線(xiàn)開(kāi)發(fā)包括物理層、通信層、網(wǎng)絡(luò )管理和網(wǎng)關(guān)四部分內容。

　　4.1物理層(圖6)

　　物理層指構成總線(xiàn)硬件的線(xiàn)束、接插件及板級收發(fā)電路。作為硬件部分，主要的難點(diǎn)在于設計偏差認可和一致性保證。前者主要是存在于沿用其他總線(xiàn)設計的控制系統，硬件的設計偏差認可與否很大程度上影響了方案最終確定；后者是指批量情況下全壽命周期的性能一致性保證，為避免散差、老化造成的質(zhì)量問(wèn)題，必須在設計階段對性能指標進(jìn)行相應分配，并通過(guò)耐久試驗進(jìn)行測試與改進(jìn)。

4.2通信層(圖7)

　　通信層介于物理層和應用軟件之間，是通信協(xié)議的主體，主要包含通信策略和信號配置。

　　通信策略定義了通信機制的傳輸模型和時(shí)延模型，本質(zhì)上服務(wù)于功能內部的數據交換需求，并屬于后者的抽象。例如人機類(lèi)功能一般屬于開(kāi)環(huán)控制類(lèi)，事件觸發(fā)的傳輸模式即可滿(mǎn)足數據交換需要，總體時(shí)延要求在200毫秒以上。通信策略不僅可以直接作為通信層軟件開(kāi)發(fā)需求，也是通過(guò)總線(xiàn)進(jìn)行功能分配的重要參考依據。忽視通信策略的設計和驗證。容易造成總線(xiàn)負載高、時(shí)延超差等問(wèn)題，由此引發(fā)的功能失效的代價(jià)極大。一般而言，采用含有成熟通信策略的嵌入式軟件是較保險的解決方案。

信號配置是與架構設計直接相關(guān)，也是總線(xiàn)設計中最直觀(guān)的部分。信號配置本質(zhì)上是把信號根據協(xié)議特性和架構需求進(jìn)行組幀的過(guò)程。從邏輯角度，信號配置必須滿(mǎn)足架構中的流向關(guān)系、幀裝載字長(cháng)和帶寬等限制；從時(shí)序角度，分配后信號的傳輸時(shí)延應確保滿(mǎn)足功能的總體時(shí)延分配。

　　4.3網(wǎng)絡(luò )管理

　　網(wǎng)絡(luò )管理主要完成啟動(dòng)／停止、休眠／喚醒、錯誤處理和版本控制等功能。網(wǎng)絡(luò )管理通常包含節點(diǎn)管理和系統管理(狹義網(wǎng)絡(luò )管理)，前者限于節點(diǎn)本地的通訊管理，后者協(xié)調節點(diǎn)間的系統級行為。

　　作為解決方案，可以直接引入包含網(wǎng)絡(luò )管理算法的嵌入式軟件，進(jìn)一步定義網(wǎng)絡(luò )管理策略的時(shí)間參數設定、網(wǎng)絡(luò )管理底層策略與應用層的接口和應用層對網(wǎng)絡(luò )管理的具體需求。需要指出的是，網(wǎng)絡(luò )管理的失效易導致意外的休眠／喚醒，輕者導致相關(guān)功能失效，重者將影響蓄電池電置。

4.4網(wǎng)關(guān)

　　網(wǎng)關(guān)實(shí)現不同總線(xiàn)的不同類(lèi)型的數據交換，不僅包括常見(jiàn)的信號數據，還包含喚醒／休眠、啟動(dòng)／停止等管理指令。對于信號數據的路由組織，基于信號的方式利于時(shí)延的評估，而基于幀的方式便于配置的標準化，分別體現了不同的架構設計理念。

　　網(wǎng)關(guān)的功能性需求來(lái)源于架構設計，越復雜越分布，系統的網(wǎng)關(guān)復雜度越大。從實(shí)現角度，網(wǎng)關(guān)功能增加了系統的可配置性但降低了可靠性，需要在架構設計中進(jìn)行合理平衡。

五、診斷開(kāi)發(fā)

　　診斷系統能實(shí)時(shí)監控功能運行，并通過(guò)總線(xiàn)接口與外部用戶(hù)設備實(shí)現數據交換，滿(mǎn)足法規、開(kāi)發(fā)、制造、售后甚至信息服務(wù)的需求。從法規角度，通常排放相關(guān)的診斷內容是強制性標準化的．如常見(jiàn)的在線(xiàn)診斷(OBD)。診斷開(kāi)發(fā)的基本內容主要包括功能自診斷、診斷管理、通信協(xié)議和配置系統四部分開(kāi)發(fā)內容。

　　5.1功能自診斷(圖9)

　　任何嵌入式方式實(shí)現均存在軟硬件失效的可能，因此實(shí)時(shí)在線(xiàn)的功能自診斷是必要的保障手段。功能診斷包括面向應用功能的自診斷和面向系統功能的自診斷，后者通常是指操作系統、總線(xiàn)等基礎或者內核部分。功能自診斷通常針對對物理輸入輸出和邏輯輸入輸出，前者通過(guò)相關(guān)電路特性判斷是否存在物理失效，后者對邏輯信號的數值、變化特性進(jìn)行可信度判斷。一經(jīng)判斷出失效，系統將采取缺省值甚至降級運行等處理策略。需要指出的是，功能自診斷的初衷是針對潛在失效，因此相關(guān)的失效模式分析是其設計來(lái)源