利用藍牙技術(shù)和遠程信息控制單元實(shí)現汽車(chē)診斷

　　隨著(zhù)汽車(chē)中多媒體設備的增加，如CD/DVD播放器、數字電視等，連接這些設備的車(chē)內網(wǎng)包括：藍牙、CAN、D2B、FireWire、MOST、移動(dòng)媒介鏈路(MML)、LIN和ZigBee等等，本文介紹一種基于藍牙技術(shù)的、用于遙控診斷接口的架構，它使測試工程師無(wú)論處在車(chē)內或車(chē)外的任何位置，都可以監控和操作汽車(chē)的傳感器及控制單元完成測試任務(wù)。

　　未來(lái)的遠程診斷系統將為汽車(chē)的動(dòng)力控制器提供前所未有的訪(fǎng)問(wèn)途徑，無(wú)論這輛汽車(chē)是在維修店還是在道路上。藍牙等無(wú)線(xiàn)技術(shù)提供了在汽車(chē)技術(shù)人員的便攜式電腦和車(chē)內網(wǎng)絡(luò )之間進(jìn)行短程無(wú)線(xiàn)通信所需的特性，從而使技術(shù)人員無(wú)論處在車(chē)內或車(chē)外的任何位置，都可以監控和操作汽車(chē)的傳感器及控制單元。

　　從汽車(chē)技術(shù)人員的角度看來(lái)，這個(gè)網(wǎng)絡(luò )的前端是一個(gè)遠程信息控制單元(TCU)，它把與集成聯(lián)網(wǎng)汽車(chē)(INV)互聯(lián)的各種網(wǎng)絡(luò )連接在一起。目前汽車(chē)行業(yè)有一種明顯的趨勢，欲為INV開(kāi)發(fā)一種集中式服務(wù)網(wǎng)關(guān)模型，而藍牙技術(shù)則為該網(wǎng)絡(luò )中的許多鏈接提供了一種連接方案。通過(guò)提供無(wú)線(xiàn)連接和hoc聯(lián)網(wǎng)，它與已有的 CAN (控制器區域網(wǎng)絡(luò ))總線(xiàn)互為補充。其他通信媒介也有自己的優(yōu)勢，如MOST 面向媒介的系統傳輸)和IEEE1394，它們?yōu)橄M電子產(chǎn)品和娛樂(lè )系統提供了高帶寬音頻/視頻通信。

　　這種新技術(shù)使用CAN總線(xiàn)，在對汽車(chē)性能和安全性具有影響的各系統之間實(shí)現高可靠性的通信。高速CAN網(wǎng)絡(luò )用來(lái)連接引擎控制單元(ECU)、防鎖死剎車(chē)系統(ABS)及其他關(guān)鍵性的系統。低速CAN網(wǎng)絡(luò )則常用于實(shí)現多路連接，在這個(gè)網(wǎng)絡(luò )中，多燈照明器、電源窗口和電源座椅等等都是作為CAN總線(xiàn)上的節點(diǎn)，而不是使用大型、昂貴的電纜束通過(guò)傳統的點(diǎn)對點(diǎn)連線(xiàn)來(lái)進(jìn)行連接。

　　圖1：網(wǎng)絡(luò )架構和遠程診斷接口

　　本文介紹了一種基于藍牙技術(shù)的用于遠程訪(fǎng)問(wèn)診斷接口的架構，在這種架構中使用藍牙聯(lián)網(wǎng)協(xié)議為一個(gè)HTTP-CAN網(wǎng)關(guān)提供底層的傳輸(物理)媒介。借助運行在TCU上的嵌入式HTTP服務(wù)器的幫助，服務(wù)技術(shù)人員可以從啟動(dòng)藍牙功能的便攜式電腦的網(wǎng)絡(luò )瀏覽器上來(lái)監視和控制INV上的各個(gè)節點(diǎn)。這個(gè)無(wú)線(xiàn)接口提供了方便的訪(fǎng)問(wèn)途徑，從車(chē)底、發(fā)動(dòng)機蓋下或乘客廂內都可進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)。本文介紹的系統使用了藍牙的撥號聯(lián)網(wǎng)(DUN)特性來(lái)模擬一個(gè)外部調制解調器，以便支持一個(gè)“撥號”到汽車(chē)CAN網(wǎng)絡(luò )的網(wǎng)絡(luò )瀏覽器。通過(guò)使用TCP/IP等標準通信協(xié)議，并將汽車(chē)的相應軟件嵌入HTTP服務(wù)器，技術(shù)人員的硬件和軟件相對于汽車(chē)設計具有完全的可伸縮性，即使不同制造商、車(chē)型和型年的汽車(chē)其維護和修理過(guò)程全然不同。

　　對車(chē)內網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行診斷訪(fǎng)問(wèn)

　　圖1顯示了使用基于藍牙的診斷系統進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)的車(chē)內網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò )架構。具有藍牙功能的常規筆記本電腦上的網(wǎng)絡(luò )瀏覽器是用來(lái)訪(fǎng)問(wèn)TCU的，它提供了一個(gè)訪(fǎng)問(wèn)汽車(chē)網(wǎng)絡(luò )的用戶(hù)接口。通過(guò)在汽車(chē)自身嵌入診斷接口，制造商可以定制數據的描述形式和提交給技術(shù)人員的過(guò)程。還可以根據特定汽車(chē)內的選件安裝情況來(lái)提供診斷程序。除了消費者挑選的諸如空調、ABS等選件之外，通常還有一些其它的部件差異是消費者所看不見(jiàn)的。例如，在1個(gè)型年內可能使用2～3個(gè)水泵。把所有這些差異都考慮進(jìn)去之后，可能會(huì )出現幾十種組合情況。對特定汽車(chē)定制專(zhuān)門(mén)的診斷接口降低了導致技術(shù)人員陷入迷惘和使用不正確診斷程序的可能性。

　　這個(gè)接口可用來(lái)訪(fǎng)問(wèn)汽車(chē)行駛期間的實(shí)時(shí)工作數據和來(lái)自控制器并記錄有異常事件(如引擎點(diǎn)火失敗，超程傳感器數據等)日志的歷史數據?？刂破鬟€可用來(lái)操控汽車(chē)傳感器進(jìn)行測試，如驗證噴射控制裝置是否能對傳感器的輸入進(jìn)行正確響應。

　　該診斷系統還可為汽車(chē)制造商恢復數據，以開(kāi)發(fā)故障發(fā)生前的指示器模型。通過(guò)上載閃存中的數據日志，并將其與技術(shù)人員所提供的故障報告關(guān)聯(lián)起來(lái)，便可以利用學(xué)習算法來(lái)優(yōu)化自動(dòng)診斷工具。維護和維修設備提供這些信息的目的在于為汽車(chē)的診斷起到輔助作用。在診斷汽車(chē)所發(fā)生的問(wèn)題時(shí)，第一個(gè)步驟應該是上載閃存數據，因為聘請熟練技術(shù)人員的成本比較昂貴，而利用汽車(chē)制造商的軟件工具常常就能夠診斷出問(wèn)題所在(或提供有用的建議)。

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　　網(wǎng)際網(wǎng)模型

　　由于系統需要具有不同可靠性和帶寬的網(wǎng)絡(luò )，未來(lái)的車(chē)內網(wǎng)將用到多種網(wǎng)絡(luò )類(lèi)型。分層協(xié)議和中央網(wǎng)關(guān)處理器相結合，可實(shí)現不同組網(wǎng)技術(shù)之間的透明通信。

　　伴隨汽車(chē)電子產(chǎn)品結構正在發(fā)生的革命，出現了許多新興的網(wǎng)絡(luò )。汽車(chē)中的多媒體設備，如CD/DVD播放器、數字電視等，都要求具有較大同步帶寬的網(wǎng)絡(luò );而另外一些應用則需要無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )或其他配置。為滿(mǎn)足對這些廣泛的、日益增長(cháng)的汽車(chē)網(wǎng)絡(luò )應用的需求，研究人員正在開(kāi)發(fā)許多專(zhuān)用的網(wǎng)絡(luò )協(xié)議。未來(lái)的車(chē)內網(wǎng)很可能包括：

　　* 藍牙微微網(wǎng)(Piconet)：中等帶寬的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，已成為與蜂窩電話(huà)和便攜式計算機通信的標準。

　　* CAN網(wǎng)絡(luò )：中等帶寬、高可靠性的有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，已經(jīng)是汽車(chē)行業(yè)中的標準。

　　* 音頻/視頻網(wǎng)絡(luò )：用于娛樂(lè )媒介的高帶寬有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )。目前在這個(gè)應用領(lǐng)域中存在幾個(gè)相互競爭的協(xié)議，包括內部數據總線(xiàn)(D2B)、火線(xiàn)(FireWire，IEEE 1394)、 面向媒介的系統傳輸 (MOST)和移動(dòng)媒介鏈路(MML)。

　　* 低開(kāi)銷(xiāo)有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )：基于UART的有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )(LIN)和芯片-芯片總線(xiàn)，如I2C、SPI和Microwire，支持到按鍵板、顯示屏和傳感器等的低成本接口。

　　* 低開(kāi)銷(xiāo)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )：基于ZigBee或專(zhuān)用網(wǎng)的低帶寬無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，用于輪胎壓力傳感器、報警器和門(mén)鎖的射頻遠程鑰匙以及需要無(wú)線(xiàn)接口和最低成本的其他應用。

　　未來(lái)的車(chē)內網(wǎng)通常會(huì )包含多個(gè)CAN網(wǎng)絡(luò )：低速網(wǎng)絡(luò )用于門(mén)鎖、尾燈等設備，它可以減少走線(xiàn);高速網(wǎng)絡(luò )用于動(dòng)力控制等關(guān)鍵高性能功能。在7系列寶馬汽車(chē)中，使用了三個(gè)CAN網(wǎng)絡(luò )。其中，CAN動(dòng)力網(wǎng)絡(luò )和CAN車(chē)體網(wǎng)絡(luò )連接到中央網(wǎng)關(guān)模塊，后者再連接到Byteflight星型網(wǎng)絡(luò )。Byteflight星型連接器是安全關(guān)鍵控制和信息模塊。第三個(gè)C AN網(wǎng)絡(luò )將CAS(汽車(chē)訪(fǎng)問(wèn)系統)連接到門(mén)控單元和座位控制單元(最多11個(gè)單元)。CAS還提供到CAN車(chē)體網(wǎng)絡(luò )的接口，后者包括多達20個(gè)節點(diǎn)。

　　網(wǎng)絡(luò )軟件結構

　　TCU和遠程診斷系統的軟件結構如圖2所示。

　　圖2：TCU和診斷系統的軟件結構

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　　診斷系統運行通用的網(wǎng)絡(luò )瀏覽器，以便查看TCU上的網(wǎng)絡(luò )服務(wù)器所提供的信息。通過(guò)在TCU上執行網(wǎng)絡(luò )服務(wù)器，汽車(chē)制造商可以提供一個(gè)無(wú)需事先知道實(shí)現細節(它即使在同一個(gè)型年內也有可能發(fā)生變化)就可進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)的診斷接口，各CAN節點(diǎn)中的高級驅動(dòng)器執行應用特定的協(xié)議來(lái)響應從網(wǎng)絡(luò )服務(wù)器收到的請求。該驅動(dòng)器負責分析和解碼PDU(協(xié)議數據單元)，并產(chǎn)生滿(mǎn)足PDU所需行為的各項本地任務(wù)。一旦本地任務(wù)結束之后，這些任務(wù)所產(chǎn)生的任何結果都會(huì )被格式化并通過(guò)CAN總線(xiàn)返回給網(wǎng)絡(luò )服務(wù)器。

　　DNC(動(dòng)態(tài)節點(diǎn)配置)服務(wù)器維護一個(gè)活動(dòng)節點(diǎn)列表。當某個(gè)節點(diǎn)被添加(可以是“熱添加”或“冷添加”)到CAN網(wǎng)絡(luò )時(shí)，它立即開(kāi)始向運行在TCU上的 DNC服務(wù)器廣播配置請求。由于采用許多計算機所用的動(dòng)態(tài)主機配置協(xié)議(DHCP)來(lái)建模，以便自動(dòng)獲取網(wǎng)絡(luò )配置，因此可以利用一種類(lèi)似的(簡(jiǎn)化的)協(xié)議來(lái)允許CAN節點(diǎn)獲得某些需要的網(wǎng)絡(luò )配置數據。通過(guò)這種機制，節點(diǎn)可以用與計算機中即插即用類(lèi)似的方式來(lái)進(jìn)行增加或刪除。CAN節點(diǎn)使用DNC請求來(lái)發(fā)布它們隨機產(chǎn)生的節點(diǎn)ID號，即希望在CAN網(wǎng)絡(luò )上用來(lái)作為其名稱(chēng)或“地址”的“別名”(不要將其與基于消息的過(guò)濾或CAN網(wǎng)絡(luò )上使用的ID號混淆)。

　　當TCU的DNC服務(wù)器接收到一個(gè)DNC請求時(shí)，它首先檢查節點(diǎn)所請求的ID號是有效的，并且不與當前網(wǎng)絡(luò )上的任何其他節點(diǎn)相沖突。然后，服務(wù)器檢查它具有足夠的存儲空間來(lái)將該節點(diǎn)的配置表增加到它的活動(dòng)節點(diǎn)列表中去。最后，如果上述檢查通過(guò)，DNC服務(wù)器將接受這個(gè)請求，并為該節點(diǎn)分配一個(gè)唯一的數字作為其活動(dòng)期間的名字。同時(shí)，該節點(diǎn)的ID號也將被添加到服務(wù)器的活動(dòng)節點(diǎn)列表中。以后所有指向該節點(diǎn)的通信都將使用這個(gè)協(xié)議ID。如果所請求的ID號無(wú)效，TCU將拒絕這個(gè)請求，從而提示該節點(diǎn)請求另外一個(gè)ID號，直到這個(gè)ID號可以接受為止。

　　TCU擔當CAN網(wǎng)絡(luò )的主機，因為CAN節點(diǎn)本身并不運行基于TCP/IP的協(xié)議堆棧。當網(wǎng)絡(luò )瀏覽器需要訪(fǎng)問(wèn)一個(gè)CAN節點(diǎn)時(shí)，它與網(wǎng)絡(luò )服務(wù)器進(jìn)行通信。網(wǎng)絡(luò )服務(wù)器解釋瀏覽器所請求的動(dòng)作，并在CAN網(wǎng)絡(luò )上產(chǎn)生通信，以執行該動(dòng)作。

　　TCU處理器的一個(gè)例子是國家半導體公司的CP3BT26,該處理器屬于CP3000系列連接性處理器。它具有以下特征：

　　* 24MHz 16位RISC CPU，含32位擴展;

　　* 256K字節片內閃存;

　　* 8K字節數據閃存(從256K閃存中執行時(shí)可寫(xiě));

　　* 32K字節靜態(tài)存儲器;

　　* 藍牙基帶控制器;

　　* 帶目標存儲的雙CAN 2.0B活動(dòng)控制器(稱(chēng)為fullCAN);

　　* USB 1.1全速節點(diǎn);

　　* ACCESS.bus、SPI、Microwire/Plus低開(kāi)銷(xiāo)芯片-芯片總線(xiàn);

　　* 四UART;

　　* AAI編解碼器接口(與SSI接口兼容);

　　* 8 通道12位AD轉換器;

　　* 54個(gè)通用I/O端口引腳;

　　* 通用定時(shí)器;

　　* 看門(mén)狗定時(shí)器;

　　* 低電壓模式;

　　該器件具有完全的藍牙和TCP/IP協(xié)議堆棧，其支持包括一套經(jīng)過(guò)預測試的軟件開(kāi)發(fā)工具、外設驅動(dòng)器和實(shí)時(shí)操作系統。