VAN總線(xiàn)技術(shù)及應用

·設計·計算·研究VAN總線(xiàn)技術(shù)及應用劉勇1朱俊1楊偉2劉豐奎(1.四川大學(xué);2深圳元征科技股份有限公司)【摘要】闡述了ⅤAN總線(xiàn)協(xié)議及其技術(shù)特點(diǎn),描述了VAN的物理層和數據鏈層。以實(shí)例說(shuō)明ⅤAN總線(xiàn)載波監聽(tīng)多路訪(fǎng)問(wèn)/沖突檢測技術(shù)和E- Manchester編碼。介紹了3類(lèi)通信模塊、報文格式及其各部分的組成及功能。對通信中5種條件下的通信幀進(jìn)行了說(shuō)明,最后介紹了VAN總線(xiàn)的兩種典型應用形式和發(fā)展趨勢主題詞:VAN總線(xiàn)協(xié)議應用中圖分類(lèi)號:U4636文獻標識碼:A文章編號:1000-3703(2007)05-0006-04Technique and application of VaN BusYong, Zhu Jun?, Yang Wei, Liu Fer(1. Sichuan University: 2 Shenzhen Yuanzheng Technology Co., Ltd.[Abstract]The article is mainly focused on the protocol of VAN bus and its technique characteristics, the physicallayer and data link layer are introduced. Take some practical example explain to the CSMA/CD technology and EManchester encode, then communication module, message format and its component and function are introduced. Five kindsof communication framesated. At the end of article, two typical applications and developing trend of van busdescribedKey words van bus, Protocol Application1AN總線(xiàn)概述Mb/s(40m內),按SAE的分類(lèi)(表1),應該屬于C類(lèi)當前各汽車(chē)廠(chǎng)商使用各種不同的總線(xiàn),其功能表1SAE的汽車(chē)網(wǎng)絡(luò )分類(lèi)差異比較大。但有一個(gè)明顯的趨勢是,現場(chǎng)總線(xiàn)的應網(wǎng)絡(luò )用正在普及,特別是高級轎車(chē)更是如此。VAN(Ve-類(lèi)別位傳輸率/kbs應用場(chǎng)合hicle Area Network)又稱(chēng)車(chē)輛局域網(wǎng),是現場(chǎng)總線(xiàn)A類(lèi)低速,<10傳輸少量數據的場(chǎng)合,如控制行的一種,由法國的雷諸汽車(chē)公司和標致棘團聯(lián)合開(kāi)Bx中速:0一的信息校驗場(chǎng)合如僅表發(fā)。VAN作為專(zhuān)門(mén)為汽車(chē)開(kāi)發(fā)的總線(xiàn),1994年成為C類(lèi)高速,125-100實(shí)時(shí)控制場(chǎng)合,如動(dòng)力系統國際標準。VAN通訊介質(zhì)簡(jiǎn)單,位傳輸速率可達1ⅤAN與C類(lèi)中的其他總線(xiàn)如表2所列2表2C類(lèi)網(wǎng)絡(luò )協(xié)議名稱(chēng)主要用戶(hù)主要使用場(chǎng)合注釋歐洲控制場(chǎng)合應用廣泛基于IO198van Renault &PSA時(shí)控制場(chǎng)合主要在法國及法國合資企業(yè),O159-3TTP/C TTTech實(shí)時(shí)控制場(chǎng)合由維也納工業(yè)大學(xué)定制FlexRay BMW, Montorola& Daimler Chrysler實(shí)時(shí)控制場(chǎng)合符合未來(lái)汽車(chē)應用需求ⅤAN支持分布式實(shí)時(shí)控制的通訊網(wǎng)絡(luò ),可廣泛實(shí)時(shí)控制系統?，F在,VAN在世界汽車(chē)生產(chǎn)中已經(jīng)應用于汽車(chē)門(mén)鎖、電動(dòng)車(chē)窗、空調、自動(dòng)報警以及娛得到大批量的應用。樂(lè )控制等系統。VAN總線(xiàn)作為串行通訊網(wǎng)絡(luò ),與般總線(xiàn)相比其數據通訊具有突出的可靠性實(shí)時(shí)性2V中國煤化工和靈活性。VAN標準特別考慮了嚴峻的環(huán)境溫度CNMHG屬于lSO/OSI7電磁干擾和振動(dòng)因素,尤其適用于需要現場(chǎng)總線(xiàn)的層模型,5U=3只刈理層和數據鏈層作了汽車(chē)技術(shù)設計·計算·研究定義因。TS是電壓出現變化的最小時(shí)間單位4,1NRZ21VAN的物理層位持續時(shí)間=1TS,1 Manchester位持續時(shí)間=2TS。物理層負責通信連接、編碼和解碼、時(shí)鐘同步,22ⅴAN的數據鏈層以及根據MAC層的要求,添加、去除特殊符號(SOF、數據鏈層定義了信息幀的數據結構、通信優(yōu)先EOD、EOF),使兩個(gè)MAC子層得以數據交換。權、通信格式、通信要求、總線(xiàn)仲裁以及錯誤檢測及a.ⅤAN位傳輸速率可達1Mb/s,兩根數據線(xiàn)處理等。為在總線(xiàn)上可靠地傳輸數據,要將數據打包數據線(xiàn)DATA和數據線(xiàn) DATAB采用雙絞線(xiàn)、同軸成幀。幀即為組成一個(gè)完整消息的一系列數據位,分電纜或光纖均可)可以在一根線(xiàn)條件下工作,其電壓成幾個(gè)域,每個(gè)域包括了預定義類(lèi)型的數據。數據鏈示意如圖1。其信號差動(dòng)發(fā)送,能夠獲得強大可靠的層包含介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)控制子層MAC和邏輯鏈路控制子噪聲抗擾度與故障容差。層LLC。其中,MAC子層是ⅤAN協(xié)議的核心,負責DATA報文分幀、仲裁、應答、錯誤檢測和標定,把接收到的報文提供給LLC子層,并接受來(lái)自L(fǎng)LC子層的報DATAB文,處理幀的封裝和解封裝。LLC子層負責報文濾波及錯誤處理。圖1兩根通信線(xiàn)DATA與 DATAB的電壓示意a.VAN的幀由SOF、 ID COM DATA(遠程幀b.ⅤAN采用E- Manchester(增強型 Manches-無(wú))、FCS(CRC)、 EOD ACK(可選)及EOF8部分組e碼,通信速率最高可達1Mb/s如圖2所示,E-成每幀之間有幀間距IS從表3可以看出,4個(gè)域Manchester碼為3個(gè)NBZ碼(不歸零碼),與一個(gè)(ID,coM、 DATA CRC)使用 E-Manchester碼。對Manchester碼作為一組,自同步無(wú)需填充N(xiāo)RZ碼。幀結構的8個(gè)部分解釋如下:EOD( End of data),除此外,ⅤAN還可以用脈沖波通信4。數據結束;EOF( End of Frame),幀結束;ID囑碼說(shuō)啊( Identification),標識;COM( Command),命令DATA,數據;FCS( Frame Check Sequence),幀校驗序列;CRc( Cyclic Redundancy Code),循環(huán)冗余碼;以上4控蝙碼的信為0010ACK( Acknowledge),應答。圖2E- Manchester編碼b.3類(lèi)通信模塊如圖3所示,即:主(0)、同步表3VAN的幀結構時(shí)長(cháng)IDCOMDATACRCEODACKEOF1215(0-28)×8210(0-28)×1015+328(1)、從(16)以及多主多從混合和結構,其中0、1、16f.VAN只需通過(guò)濾波即可實(shí)現點(diǎn)對點(diǎn)、全局是在幀內的起始bit位置。廣播方式傳送數據。等級0KOg.ⅤAN協(xié)議可使用介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)控制子層MAC檢查可能發(fā)生的以下5種錯誤7:等級1LoMDATAtS EODACKTEOFD二 FCS EODACKIEO位錯誤發(fā)生在SOF、EOD、ACK、EOF,發(fā)送的圖3ⅤAN的3類(lèi)通信模塊位與接受的位不同;c.幀內應答,即數據立即應答幀的數據請求代碼錯誤在ID、COM、DATA、FCS4個(gè)域的和數據應答,“拼湊”為一幀(參見(jiàn)圖10)。Manchester碼錯誤;d.AN網(wǎng)絡(luò )上的節點(diǎn)信息被分成不同的優(yōu)先幀格式錯誤在ID、COM、DATA、FCS4個(gè)域級可滿(mǎn)足不同的實(shí)時(shí)要求,高優(yōu)先級的數據有權先中,通過(guò)位域檢查幀的格式和大小來(lái)確定報文的正發(fā)送數據。TH中國煤化工e.VAN采用非破壞性總線(xiàn)仲裁技術(shù)(全幀逐CNMHG位仲裁)。仕節兮屮妥水ACK,接收端卻未2007年第5期·設計·計算·研究發(fā)ACK,或者在命令域中不要ACK,接收端卻發(fā)線(xiàn)讀取權的節點(diǎn),都成為接收節點(diǎn),并且不會(huì )在總線(xiàn)ACK。再次空閑前發(fā)送報文。在數據傳輸時(shí),VAN如果發(fā)生錯誤能自動(dòng)32ⅤAN的報文格式重試,重試次數由用戶(hù)設定。VAN能偵測通信線(xiàn)路在總線(xiàn)中傳送的報文有兩種,一種是數據幀短路和開(kāi)路,當兩條通信線(xiàn)中的一條通信線(xiàn)發(fā)生故(RTR=0),另一種是遠程幀(即請求幀,RTR=1,無(wú)障(短路或者開(kāi)路),可以在降級模式下運行,當線(xiàn)路DATA域),由8部分組成,如圖56。故障解除,可自動(dòng)恢復到正常狀態(tài)。3ⅴAN總線(xiàn)技術(shù)介紹dullutmlunumID COM DATAD ACK EOF IFS3.1位仲裁圖5VAN通訊的波形現場(chǎng)總線(xiàn)要求數據快速傳送才能對數據進(jìn)行實(shí)a.在標準格式中,報文的起始位稱(chēng)為幀起始時(shí)處理。幾個(gè)節點(diǎn)同時(shí)發(fā)送數據時(shí),要求快速地進(jìn)行(S0F),前同步碼指示幀的開(kāi)始,并設置臨時(shí)參考總線(xiàn)分配?？焖僮兓奈锢砹?如汽車(chē)發(fā)動(dòng)機負載)點(diǎn),如圖6。比起相對變化較慢的物理量(如汽車(chē)耗油狀況)數據前同步碼開(kāi)始位D更頻繁,要求傳輸更迅速。戀性VAN總線(xiàn)以報文為單位進(jìn)行數據傳送,報文的優(yōu)先級結合在12位標識符中。具有最低二進(jìn)制數的圖6SOF域標識符則有最高的優(yōu)先級。這種優(yōu)先級一旦在系統b.標志符域( ID field),用于識別和說(shuō)明幀中設計時(shí)被確立后就不能再被更改?？偩€(xiàn)采用載波監傳遞的數據,指示幀的目標地址。共12位,每4位一聽(tīng)多路訪(fǎng)問(wèn)/沖突、檢測( CSMA/CD)技術(shù),讀取中的組(圖7)。D域可以擴展。當幾個(gè)節點(diǎn)(如圖4所示,有3個(gè)節點(diǎn)ab)盟COM域同時(shí)發(fā)送報文時(shí),假設他們的報文標識符(ID)前面01010101111|101101011幾位相同,節點(diǎn)a的報文標識符最后兩位是01,節點(diǎn)b的報文標識符最后兩位是00,節點(diǎn)c的報文標圖7ID域識符最后2位是11。由于0(顯性位)優(yōu)先,而且仲裁高位到低位,節點(diǎn)c的倒數第2位是1(隱性位圖7中,MSB( Most significant bit)為最高有效首先被丟棄,退出競爭接下來(lái)看節點(diǎn)a和節點(diǎn)b的位;LSB( Least Significant B)為最低有效位。倒數第1位,節點(diǎn)a的倒數第1位是1,被丟棄,退c.命令域由4位組成 EXTRAK RWRTR EXT出競爭5。擴展位)為將來(lái)擴展使用,規定為1(隱性位);RAK用于接收模塊是否需要應答ACK;RW指示讀寫(xiě)發(fā)送端節點(diǎn)a:TXD一節點(diǎn)a失去仲裁,報文丟棄RTR位標明是數據幀還是請求幀在請求幀(RTR=節點(diǎn)b:TXD節點(diǎn)a贏(yíng)得仲裁獲得總線(xiàn)讀家權1)中沒(méi)有數據字節;RTR是 Manchester位點(diǎn)c失去伸裁,報文丟棄總線(xiàn)上DATAd.數據域(Data)范圍為0-28個(gè)字節,數據傳圖4 CSMA/CD逐位非破壞仲裁輸時(shí),MSB(最高有效位)在前?？偩€(xiàn)上的信號持續跟蹤,最后獲得總線(xiàn)讀取權e.FCS采用CRC(循環(huán)冗余碼),15位,通過(guò)多的節點(diǎn)的報文。在此例中,節點(diǎn)b的報文被跟蹤。項式g(x)=x5+x2+x2+2+x+x+x+x2+x+1計算檢測VAN具有較高的效率,總線(xiàn)總是被排隊利用。當多數據錯誤,判斷報文是否有錯。個(gè)節點(diǎn)同時(shí)向總線(xiàn)發(fā)送信息時(shí),各節點(diǎn)優(yōu)先級由低f.數據結束域(EOD)指示數據結束。到高依次退出,實(shí)現邊仲裁、邊傳輸,最終最高優(yōu)先g.應答域(ACK),發(fā)送節點(diǎn)發(fā)送隱性電平(邏輯權信息的節點(diǎn)獲得總線(xiàn)使用權,節省了總線(xiàn)沖突仲1),如果有正確接收報文的節點(diǎn),將發(fā)送主控電平裁時(shí)間?？偩€(xiàn)空閑后,這些節點(diǎn)將自動(dòng)重發(fā)信息,實(shí)(邏中國煤化工現實(shí)時(shí)傳輸。這種非破壞性位仲裁方法的優(yōu)點(diǎn)在于,CNMHGTS的連續隱性位在網(wǎng)絡(luò )最終確定哪一個(gè)節點(diǎn)的報文被傳送以前報(參見(jiàn)圖文的起始部分已經(jīng)在總線(xiàn)上傳送了。所有未獲得總8汽車(chē)技術(shù)設計·計算·研究i.在相鄰的兩條報文之間,幀間距IFS為4個(gè)VAN網(wǎng)絡(luò ),另一種為ⅤAN-CAN混合網(wǎng)絡(luò )。神龍公TS的隱性位。如果VAN總線(xiàn)上有連續12個(gè)隱性位,同合資生產(chǎn)的愛(ài)麗舍、畢加索(1.6L、20L)和賽納則表明總線(xiàn)處于空閑狀態(tài)車(chē)均采用了VAN多路傳輸系統。與中國合資生產(chǎn)33VAN的5種通信幀的標致、雷諾車(chē)上的電器全部都是以ⅤAN的網(wǎng)絡(luò )R為隱性位,D為顯性位形式連接的,包括音響主機、顯示屏、碟箱、空調、車(chē)a.普通數據幀(RAK為隱性位,接收端應答速表以及氣囊等。ACK)如圖8所示,圖中 Identifier為標識符。4.1單一的ⅤAN網(wǎng)絡(luò )最先開(kāi)發(fā)的車(chē)載VAN舒適網(wǎng)主要用于汽車(chē)舒發(fā)送端適性調節,比如空調、報警、導航、CD機、收放機、組則 ATTRAKTRWTRTEDATA畫(huà)圓合儀表、多功能顯示屏門(mén)鎖車(chē)窗、車(chē)燈等。主要應圖8含ACK的數據幀用車(chē)型有賽納和畢加索,是純ⅤAN總線(xiàn)的車(chē)型?，Fb.另一普通數據幀(RAK為顯性位,無(wú)ACK)在應用的ⅤAN多路傳輸系統中,使用BSI(智能控如圖9所示制盒,即中央控制計算機)對各功能單元進(jìn)行控制回h平回回(圖13),這樣既減少了對駕駛者本身素質(zhì)的依賴(lài)又提高了駕駛和乘車(chē)的舒適性及安全性?？偩€(xiàn)上[ SoF Hnife Exr TRAKR/WTRT DATA-1畫(huà)owm圖9無(wú)ACK的數據幀c.請求及立即回復數據幀(數據已經(jīng)準備好,衛星導航《未裝)合表/多功環(huán)系立即回復)如圖10所示。CD機收放機請求 SOF Idea報警裝置動(dòng)調節空調(RFTA)ⅤAN總線(xiàn)連接線(xiàn)束連接AA忑N[o圖13AN多路傳輸系統結構示意考慮到VAN總線(xiàn)的傳輸速率,中央控制計算圖10請求及立即回復數據幀機與其他子系統的控制計算機單元(如發(fā)動(dòng)機控制從圖10可以看出,總線(xiàn)上的幀由兩部分“拼系統、ABS控制系統等)之間的通信仍然用普通的湊"而成,RTR位、DATA域、FCS域、EOD域以及E-線(xiàn)束實(shí)現。OF域均由被請求端產(chǎn)生,請求端的RTR被顯性位42AN-CAN混合網(wǎng)絡(luò )覆蓋。為了滿(mǎn)足市場(chǎng)對更多功能和更高舒適度的高d.遠程幀(請求數據,數據還未準備好,如果級車(chē)輛的需要,市場(chǎng)上又出現了Ⅴ AN-CAN雙網(wǎng)并RAK為隱性位,有ACK應答,但無(wú)數據回復)如圖存的轎車(chē),其結構如圖14所示。l1所示。動(dòng)機制[h動(dòng)變速[系陜了[真系統請求[sLmm上 ETTXARETTETECRGI EOD[m總線(xiàn)上[ SOFBesifier FExTTRAOTRYTRTR LICRG, FOD ACK Er圖14VAN-CAN混合結構圖11遠程幀圖14中,CAN總線(xiàn)為多主系統網(wǎng)絡(luò ),用于機械e.延遲回復的數據幀(數據準備好后,對先前功能發(fā)動(dòng)機和底盤(pán)等。VAN舒適網(wǎng)用于儀表收放遠程幀進(jìn)行數據回復)如圖12所示。機、空調控制、導航系統等,為多主控式網(wǎng)絡(luò ),傳輸速率為125kb/s。CAN和ⅤAN這兩種網(wǎng)絡(luò )都具有平”上巴可靠性簡(jiǎn)單性經(jīng)濟性及健壯性其中CAN網(wǎng)絡(luò )往[ngm畫(huà)四回往用于連接轎車(chē)中實(shí)時(shí)控制的功能控制系統vAN圖12延遲回復數據幀多用在連接車(chē)身中的功能控制系統上。4AN的應用中國煤化工廣泛應用的vANCANCNMH勢,其中ⅤAN網(wǎng)絡(luò )VAN總線(xiàn)的應用形式主要有兩種,一種為單一又分H車(chē)身網(wǎng)又分為車(chē)身網(wǎng)ⅤANI和車(chē)身網(wǎng)ⅤAN2,適用于安全氣囊、前2007年第5期設計·計算研究車(chē)身曲面造型光順性評價(jià)方法的研究與應用張衛莉1袁清華1黃重國1何伊林2(1.北京科技大學(xué);2成都多沐汽車(chē)工程有限公司摘要】依據車(chē)身曲線(xiàn)曲面的光順準則,結合車(chē)身曲面造型的工作流程,提出了分階段、多層次的曲面光順性評價(jià)方法。闡述了該方法各階段的基本原理和具體內容,在 CEM Surf軟件環(huán)境中應用該方法對某車(chē)型前保險杠曲面的光順性進(jìn)行了評價(jià)。實(shí)際應用表明,采用該方法可以有效地控制曲面造型過(guò)程的質(zhì)量,并能縮小曲面的制作周期主題詞:車(chē)身曲面造型光順性評價(jià)中圖分類(lèi)號:U463.82文獻標識碼:A文章編號:1000-3703(2007)05-0010-05Research and application on Smoothing evaluationMethodology for Car-Body Surface ModelingZhang Weili, Yuan Qinghua, Huang Zhongguo, He YilinI University of Science and Technology 2 Chengdu Domore Automobile Engineering Co, Ltd.[ Abstract ]According to the smoothing criterion of the curves and surfaces of car-body, combining the car-bodysurface modeling process, a graded and multi-layered evaluation methodology for the evaluation of the surface smoothingproposed The basic principle and idiographic content of various stages in the application of the methodology wasesented, and it was used to evaluate the smoothing of a front bumper's surfaces of a car in ICEM Surf softwareenvironment. The application confirms that the methodology can effectively control the quality of the process and reduceKey words: Car-body Surface modeling, Smoothing evaluation1前言造加工的角度,曲面具有良好的光順性可以降低加工難度、縮減加工周期和降低制造成本。因此,在車(chē)汽車(chē)車(chē)身具有新穎的外觀(guān)、流暢的線(xiàn)條和光順身曲面造型的各個(gè)階段,都必須對曲面光順性進(jìn)行的曲面對于提高汽車(chē)的市場(chǎng)競爭力極為重要。從制分析、檢查,對曲面的光順品質(zhì)進(jìn)行評價(jià)和優(yōu)化田。照大燈、車(chē)門(mén)、車(chē)窗、車(chē)門(mén)玻璃、座椅、微粒過(guò)濾器以及轉向盤(pán)等,傳輸速率為625kb/s的典型速率田。3 ISo11519-3 Road Vehicles-Low-Serial Serial Data Commu5結束語(yǔ)4 Mahmud S M Protocols for Wired and Wireless Networks in當前,世界各汽車(chē)廠(chǎng)商由于各種原因而采用不VehiclesYstems.http://www.engin.umd.umich.edu/vv/sl_wo-同總線(xiàn)。盡管ⅤAN已經(jīng)成為國際標準,但真正得到5 Atmel Corporation. atasheet of TSs463Bhp:// ww atmel應用主要在法國,在中國的中法合資汽車(chē)廠(chǎng)也都采com/dyn/ resources/ prod__documents/doc4102 pdf, 2003-04用ⅤAN總線(xiàn)。VAN總線(xiàn)作為CAN總線(xiàn)的主要竟爭12者,具有較高的性?xún)r(jià)比和廣闊的應用前景。6方茂功畢加索20VAN多路傳輸系統汽車(chē)維修與保養,參考文獻2004(3):30-341 ROUCHE D汽車(chē)車(chē)載網(wǎng)絡(luò )(ⅤAN/CAN/LIN)技術(shù)詳解北7V850E/VANSTORMM京:機械工業(yè)出版社2006TH中國煤化工9EEIVOUMO02001-82魏學(xué)哲等,一種新的汽車(chē)網(wǎng)絡(luò )分類(lèi)方法及其主流協(xié)議的發(fā)CNMHG任編輯辛民)展趨勢htp://w..aenmag.com/tech/end_zyzx.asp?id=修改稿收到日期為2007年3月15日。