CAN在ECU通訊中的作用是什么?

控制器局域網(wǎng)（CAN）于1992年就被定為了國際標準。毫無(wú)疑問(wèn)，CAN是目前應用最為廣泛的串行總線(xiàn)系統，它甚至可以在一輛車(chē)上被多次使用：一個(gè)最高傳輸速率為125kbps的低速CAN總線(xiàn)系統（容錯CAN），用于連接舒適系統的ECU；一個(gè)最高傳輸速率可達1Mbps的高速CAN總線(xiàn)系統（高速CAN），用于連接動(dòng)力系統和底盤(pán)系統的ECU。CAN提供了極高的傳輸安全性。這得益于差分信號傳輸和5種錯誤檢測機制（比如位監視，形式檢查，循環(huán)冗余碼檢查），這些功能是由CAN控制器實(shí)現的。

LIN（本地局域互連網(wǎng)）用于傳感器/執行器領(lǐng)域進(jìn)行低成本和便捷的數據傳輸。LIN的數據傳輸速率最高只有20kbps，但這足以滿(mǎn)足非關(guān)鍵性傳感器和執行器信號的傳輸了。

對實(shí)時(shí)攸關(guān)應用來(lái)說(shuō)，需要總線(xiàn)系統在不依賴(lài)總線(xiàn)負載的條件下保證硬（強）實(shí)時(shí)性。實(shí)時(shí)攸關(guān)系統通常也是安全攸關(guān)系統。FlexRay為此提供了解決方案：它具有最高20Mbps的傳輸速率，并且基于一種可靠的等距數據傳輸，能夠保證確定的時(shí)間關(guān)系。雙通信通道使得總線(xiàn)能夠傳輸冗余數據。如果一個(gè)通道的數據受到了干擾，那么仍然可以利用第二個(gè)通道的數據。

圖2：現代汽車(chē)使用串行總線(xiàn)系統進(jìn)行連網(wǎng)

信息設備（如導航、無(wú)線(xiàn)電和電話(huà)等）既要傳送控制信號也要傳送視頻和音頻信號，因而需要一種相對更寬的帶寬。這樣，MOST就用在了車(chē)內多媒體設備的連網(wǎng)。MOST使得相對較高的帶寬成為可能：它具有48kHz的采樣速率，用于傳輸位流的帶寬接近23Mbps，而用于控制信號傳輸的帶寬達到768kbps。Vector為汽車(chē)制造商和供應商進(jìn)行CAN、LIN、FlexRay和MOST網(wǎng)絡(luò )開(kāi)發(fā)提供了強大的工具鏈和軟件組件。CANoe用戶(hù)能在多方面受益，例如，從實(shí)際功能的模型創(chuàng )建、仿真、功能測試、診斷到分析的整個(gè)開(kāi)發(fā)過(guò)程。 CANoe提供了以下可選模塊和協(xié)議，而且可以按照要求對其進(jìn)行組合：CAN，LIN，FlexRay，MOST，CANopen，SAE J1939，SAE J1587，NMEA2000和ISO11783。Vector為汽車(chē)ECU的開(kāi)發(fā)、標定和診斷等各個(gè)階段提供了完整而廣泛的工具支持。針對電控系統的開(kāi)發(fā)流程，除了咨詢(xún)服務(wù)，Vector還提供了相應的工具環(huán)境。

CAN的未來(lái)

在汽車(chē)上，電子設備正在承擔著(zhù)大量不同的任務(wù)。為了結合不同的系統，建立了多種總線(xiàn)系統。CAN具有很高的數據安全性和相對低廉的成本，因此它注定要用在動(dòng)力和舒適領(lǐng)域。由于更為低廉的成本及易于通信的架構，LIN適宜作為一種低層總線(xiàn)。當考慮快速、確定而安全的數據傳輸時(shí)，FlexRay成為最佳選擇。MOST是用于信息設備間的音頻/視頻數據交換的一種多媒體總線(xiàn)。將來(lái)，CAN會(huì )繼續用于動(dòng)力系統、底盤(pán)和便利應用領(lǐng)域。今天，一些裝備優(yōu)良的汽車(chē)已經(jīng)安裝了超過(guò)70個(gè)不同的ECU。但是，并不是將任何新CAN節點(diǎn)都加到汽車(chē)上去，汽車(chē)OEM的運作趨勢是不斷將各種功能綁定到中央ECU上。FlexRay將會(huì )顯示其重要意義，因為使用它可以實(shí)現時(shí)間和安全攸關(guān)應用以及數據密集型應用。由于智能傳感器和執行器數目的增多，LIN也將在未來(lái)發(fā)揮更加重要的作用。

表1 串行總線(xiàn)系統CAN、LIN和FlexRay總結

不同廠(chǎng)家生產(chǎn)的各種各樣的操作系統、嵌入式軟件、微處理器和軟件組件極大地加重了分布式電子架構的集成工作。為此，許多著(zhù)名的汽車(chē)生產(chǎn)商和供應商制定了一種“汽車(chē)開(kāi)放系統架構”（AUTOSAR）。從開(kāi)始以來(lái)，許多汽車(chē)OEM、大型供應商和專(zhuān)業(yè)工具提供者都加入了AUTOSAR并不同程度地參與到其活動(dòng)中。

AUTOSAR的目標是為所有六個(gè)功能域（動(dòng)力傳動(dòng)系統，底盤(pán)，安全，信息通訊，人機接口和車(chē)身/便利系統）建立一個(gè)事實(shí)標準。為此目的而開(kāi)發(fā)的軟件架構和硬件組件將是統一的，而（不同廠(chǎng)家的）競爭主要基于功能的不同實(shí)現（機制）。與互換性一起，產(chǎn)生了許多自由。例如，用于不同汽車(chē)和平臺的軟件具有簡(jiǎn)單的可裁減性，在網(wǎng)絡(luò )中可對功能分配進(jìn)行自由配置，和毫無(wú)障礙地組合不同廠(chǎng)商的模塊。硬件也是高度兼容的，并且具有成為“現貨供應”產(chǎn)品的特征。其它需要考慮的重要方面是，未來(lái)電子系統的安全需求、整個(gè)產(chǎn)品生命周期內的修繕和汽車(chē)生命周期內軟件的更新及升級能力。

在運行時(shí)環(huán)境下，AUTOSAR依靠應用程序與硬件的解耦和基礎軟件來(lái)使能特定庫函數。這是由指定接口及其通信機制而實(shí)現的。2006年5月，AUTOSAR發(fā)展合作組織將其在第一個(gè)發(fā)展階段的主要成果出版發(fā)行。AUTOSAR規范是該合作組織前三年工作的成果。2005年5月，制定并發(fā)布了31個(gè)基礎軟件（BSW）模塊的1.0規范。后續的實(shí)現階段和確認階段（Validator 1）證實(shí)了這些模塊的功能性和此概念。截止2006年5月，已經(jīng)出版了46個(gè)BSW規范中的42個(gè)，RTE（運行時(shí)環(huán)境）也在此列。到此為止，已完成了99個(gè)文檔、格式和模型，其中已出版了94個(gè)。目前，規范正在經(jīng)歷另外一個(gè)測試階段（Validator 2），該階段將于今年秋天完成。第一個(gè)完全版本（2.1版）計劃于2006年底發(fā)布，它也會(huì )包括方法規范[1]。

在A(yíng)UTOSAR中集成CAN

CAN通信服務(wù)是用于汽車(chē)CAN網(wǎng)絡(luò )通信的一組模塊。它們提供了CAN網(wǎng)絡(luò )的統一接口，對應用程序隱藏協(xié)議和消息屬性。AUTOSAR COM和診斷通信管理器為應用程序提供統一的通信機制，兩者都獨立于總線(xiàn)技術(shù)。PDU路由器允許過(guò)程數據單元跨過(guò)一種總線(xiàn)直接進(jìn)入到另一種總線(xiàn)。另外，在A(yíng)UTOSAR COM內包含了一種基于信號的網(wǎng)關(guān)，用于將單個(gè)信號從一個(gè)通信系統發(fā)送到另一個(gè)通信系統。

圖3：AUTOSAR的目標――使用標準化架構和接口使復雜的電子/電控系統變得易于管理

網(wǎng)絡(luò )管理分為總線(xiàn)相關(guān)和總線(xiàn)無(wú)關(guān)兩部分。如果CAN被FlexRay取代，那么普通NM會(huì )保持不變。通過(guò)引入一種CAN接口，PDU路由器并不關(guān)心到底CAN控制器是嵌入式控制器的一部分還是其外部設備。當用LIN或FlexRay模塊代替CAN相關(guān)模塊時(shí)，CAN通信棧能夠轉換為L(cháng)IN或FlexRay通信棧。

內存服務(wù)以NVRAM管理器的方式給出，它提供了一個(gè)應用程序訪(fǎng)問(wèn)非易失數據的統一接口。內存服務(wù)從位置（地址）和特性上對內存進(jìn)行了抽象，進(jìn)而提供了非易失數據的管理機制，比如存儲、下載、校驗保護和驗證或可靠存儲。內存硬件抽象（在內存服務(wù)下面）來(lái)自對外圍內存設備（片上或板上）和ECU硬件的抽象。比如，EEPROM接口和Flash硬件應能使用相同的機制進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)。內存驅動(dòng)程序由特定內存抽象/仿真模塊（如EEPROM抽象）進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)。通過(guò)模擬EEPROM接口和Flash硬件單元，允許由內存硬件抽象對兩類(lèi)硬件進(jìn)行普通訪(fǎng)問(wèn)。在兩個(gè)例子中，CAN通信棧和內存棧呈現了高度的模塊化，這樣可以實(shí)現對模塊的優(yōu)化和在十分不同的使用條件下對基礎軟件的重用[2]。

圖4：CAN通信棧的AUTOSAR架構

AUTOSAR的開(kāi)發(fā)平臺

針對開(kāi)發(fā)符合AUTOSAR標準的軟件所需要的所有設計步驟，Vector提供了一種解決方案：從結構化概念設計階段設計AUTOSAR軟件組件及其在ECU間的分配，到定義通信和ECU配置。除了網(wǎng)絡(luò )通信的基礎軟件組件和基于OSEK標準的操作系統，Vector還提供全部核心和一個(gè)運行時(shí)環(huán)境，這些都是基于A(yíng)UTOSAR標準的，適用于非常多的不同種類(lèi)的微處理器及其獨立設備。除了支持特定目標硬件平臺，CANoe網(wǎng)絡(luò )開(kāi)發(fā)工具還支持作為一個(gè)PC實(shí)驗平臺。聯(lián)合Vector的Davinci工具套件，用戶(hù)將獲得一個(gè)能可靠地開(kāi)發(fā)符合AUTOSAR標準的ECU的平臺。