第一章 总线系统和协议的应用

    1980年，在车辆中第一次引入了微处理器控制系统,如发动机管理系统和ABS（防抱死制动系统），在这些系统之间和从这些系统向外，进行数据交换是十分必要的。在上述系统之间进行数据交换时，早期以点对点连接形式为主，并通过模拟信号或简单的电路信号来完成，而连接到诊断测试仪的实时数据通信是在Kfz-现场离线进行的，此后不久，制造商一致认为必须制订出一套统一的解决方案。为此BOSCH作为在欧洲许多车辆电子控制器制造商之一的领军者承担了这一任务。后来颁布的ISO 9141标准化规程与PCs中普通的串行接口RS232C/V24类似。它首先确定了较少的连接导线数目、电气信号电平和字符传输的比特格式，而对于传输数据的意义以及在现场使用的诊断方法和这些可能的不同变量却保持着开放性，即对于新的控制器和执行机构，车辆以及不同的制造方案都能适应。

    在BOSCH公司CAN总线规程的引入后，又用ISO 11898和SAE J1939对其进行了标准化。自1990年以来，在车辆内部控制器之间的在线通信方面，一个数据网络（总线系统）时代开始了。

    上述标准，虽然对比特层作了详细的说明，基本上比ISO 9141精确，但是对交换数据的意义（协议），却没有确定，还总是根据设备、车辆或制造商的情况执行不同的数据交换方法。

    随着电子技术在现代车辆中的成功应用，系统变得如此复杂，出现的数据如此之多，导致今天的新型车辆要使用多个互联的总线系统（图1-1）。

    为了控制这种复杂的互联网、降低成本，全球性地供应汽车以及法规制订者制定了规章，最终迫使车辆制造商寻找对总线系统和对数据交换所采用的协议标准化的解决方案。

    概述

    可以把总线系统和协议的应用划分成下列领域（表1-1）

图1-1现代中型车辆总线系统全装备图

表1-1在Kfz中的应用领域和对总线系统的要求

    1车辆中控制器之间的通信（也称在线通信）

    在这个任务领域，一般采用不同的总线概念，并再划分成以下三个子体统：

    （1）关于实时控制任务的高速系统为了控制和调节发动机、传动机构和底盘，控制器与传感器之间要进行信息交换、对执行环节出现的偏移要进行协调，但必须采用较高的数据传输频率，还要求较短的时间延迟和很高的准确性。因此数据信息只能用较短的字节长度进行传输。为此对这些应用领域设计了CAN总线系统。另外通过线控的引入，未来的要求还要提高。因此进一步地研发了时间触发的CAN，即TTCAN，还设计了新的总线系统，如FlexRay。

    （2）为了简化电缆束的低速系统为了简化电缆束和降低制造成本，对于一些照明、车窗电动机等简单的控制，由于传输电路信号时，所要求的数据率并不高，所以采用的总线系统，重点是考虑每个总线节点的费用。因此常采用简化了的CAN变量或专门为此而研发的新的总线系统LIN作为更经济的解决方案。

    （3）信息总线系统随着在车辆中引入的信息系统，如导航系统、视频和音频系统及可视电话的应用，在CD交换器之间、分配式音频系统和仪表板显示器之间，必须进行大量的数据交换，但这些信息不是用于实时控制和调节任务的，故其重点是数据量。而对时间延时和传输的可靠性等的要求，与只有在实时控制任务才需要的高速系统相比要低一些。

    2车辆内部控制器和外部设备之间的离线通信

    （1）现场中车辆控制器和废气测试仪之间的诊断通信为了在现场中查找控制器内部的错误并进行废气检测，在车辆内部的控制器与外部测试仪之间，必须要有一个通信接口。但它对数据传输率和数据传输允许误差要求相对比较小。有时这种接口是由立法者来进行标准化的（如美国的诊断标准OBD,欧洲诊断标准OBD）。如果对这些接口进行重大的改变，势必会引起一连串的反应并造成很高的费用。它要求现场测试仪具有很高的通用性。因此人们采用让测量中的控制器来支持不同专业制造的诊断协议变量。控制器和测试仪之间必须能自动适应。上述两个设备之间的变量必须相互兼容。在现场通过改变车辆控制器的程序来不断地满足人们的要求。这样控制器和测试仪之间的数据访问保护机制就显得很重要。为了保证数据访问的安全，确保车辆控制器的适应要求，必须采用由制造商给出软件变量，而程序的转换则在现场自动地进行。

    （2）车辆制造商试图用较少的控制器尽可能地通过用控制器内的软件变量去满足具有多样性和本国特征的车辆模型。为了简化线路连接逻辑，车辆制造商把总的和部分软件装载到控制器中（Flashen）。对于程序的处理以及车辆的加工测试，同样采用诊断接口。有时为了达到较短的循环时间，要求接口工作在单一模型，它允许较大的数据量。因为现场原则上使用同一诊断接口，因此有必要采用数据访问保护机制。控制器的安全临界数据，如超越临界点，未经授权就不能被使用。