汽车分布式控制

多路复用系统及其通信协议

1．汽车上采用多种多路复用系统的原因及典型的多路复用系统通信芯片版本

在汽车上采用多路复用通信系统是电子控制汽车的一项必须技术，世界各大汽车公司和半导体公司近年来都在设置、应用和不断地开发此项技术。

各个汽车公司设置的多路复用系统的通信芯片版本不同，例如雷诺和标致公司的RCP VAN通信芯片有双缓冲器，而大众公司的U5001M PRD1018通信芯片的集成电路所要求的附加软件和硬件均最少——没有CRC(循环冗余校验)等。因此，ISO、SAE和JSAE等标准化组织为各大汽车公司推荐和制定了各自的多路复用系统通信协议标准，不同的通信协议对信息传输顺序、格式和内容等均有不同的约定。到目前为止，世界上尚无一个可以兼容各大汽车公司通信协议的通用标准，也就是说，想用某个公司的通信协议取代其他公司的协议，是很难做到的，因此，在汽车上就形成了多种类型的多路复用系统共存的局面。

目前汽车上应用的典型通信芯片版本有8种。此外，还有多种因篇幅所限不能全部阐述的其他协议，如宝马公司(BMW)1994年提出的增强型通

信协议，该协议的技术关键在于采用集成局部控制器(LCU)和数据压缩(DC)算法——整个数据块的传输时间较无数据压缩时减少约2/3，这样，在不增加物理波特率的前提下，减少了总线负载和信息响应时间，与此同时增加了信息转换速率。另外，在发送器和接收器中，编码表不会发生“失同步”；阿尔法·罗密欧公司的DAN集中式网络协议；卢卡斯(Lucas)公司的光学分布式星形藕合器系统；日立公司的集中式光学单纤维双向通信；飞利浦公司的D2R分布式网络协议等。8种通信芯片版本见表1。

表1典型通信芯片版本

2．典型通信芯片版本的通信协议的名称及匹配的“CPU”类型

8种典型的通信协议名称及匹配的CPU类型见表2。除了AN82526-Q8841(CAN)和REV BB(HBCC)通信芯片因采用不同的总线和接口而匹配不同的CPU外，其他6种通信芯片皆各对应一种CPU。

表2 典型通信芯片版本的通信协议及匹配的CPU

3.分布式控制多路复用系统的CPU与通信芯片之间的电路配置

上述8种多路复用系统中因通信芯片AN82526-Q8841(CAN)匹配两种总线接口，另外，REVBB(HBCC)分为并行和串行两种接口，因此，可以出现如图1所示的l0种电路配置。

4.典型通信协议的信息格式

图2对8种典型通信协议的信息格式作了归纳、评价和比较。具有碰撞检测功能的载波感知多路存取(CSMA-CD)用于被评价的所有总线的存取控制。

对于125kbps以下的数据传输速率，推荐有多种位编码，如PWM、不归零NRZ、曼彻斯特 (Manchester)和可变脉宽调制VPW等(4种编码的解释后述)；而对于超过l25kbps传输速率的位编

图1 CPU与通用芯片之间的10种电路配置（a）

码，只有不归零NRZ。图中的CAN协议是NRZ的子集。通过使用位塞入，有可能将AC耦合在总线上，这就赋予CAN协议具有高的抗噪声干扰能力，对于有接地偏移的情况尤其明显。

图1 CPU与通用芯片之间的10种电路配置（b）

5.SAEJ1850、J2178和J2201标准的含义及其与第二代随车诊断系统(OBD-Ⅱ)的关系

SAEJ1850是用于汽车B级数据通信的中等通信速率标准。J1850串行数据链路对于不同速度的通信速率规定了两种编码格式:10.4kbps的通信速率用于转换速率受限制的单线系统的可变脉宽调制编码VPW；

41.6kbps的通信速率用于常规的脉宽调制编码PWM。

J21

78

是

用

于

进

一

步

说

明

J18

50B

级

网

络

信

息

结

构

和

数据字段的推荐实施标准。与J1850的区别是，J1850叙述B 级网络的接口 图2 8种通信协议的信息格式 各条信息格式中的内容注释： SOF —帧起始 ；IDENTIFIER —标识符；RTR —请求接收；CONTROL —控制(位)；DATA —数据(位)；CRC —循环冗余校验；DEL —删除；ACK —确认；EOF —帧结束；IFS —帧间间隔；START BIT —起始位； SYNCHRONIZATION BIT —同步位；NC/D —控制位；STOP BIT —终止位； COMMAND —命令； LLC —逻辑链路控制； FCS —帧校验序列； EOD —数据结束；SOM —信息开始；PRIORITY&TYPE —优先型式； DESTINATION PHYSICAL ADDRESS —目的物理地址； SOURCE ADDRESS —源地址； DATABYTE —以字节表示的数据； EOM —消息结束；PRIORITY —优先(位)；NETWORK/IDENTIFIER —网络标识符； VALID/INVALID —有效/无效；PRIORITY/FORMAT —优先/格式； PRIMARY FUNCTION ID —一级功能标识符； SOURCE ID —源标识符； SECONDARY FUNCTION ID —二级功能标识符 ； STA —起始；STP —停止；ERR —错误校验

硬件、基本的协议定义、电气规范、冗余循环校验和校验字段；而J2l78叙述的是信息中的标题字段、数据字段、定标、表达式和数据定位等。 SAEJ2201是对网络接口连接的信息取样的推荐实施标准，也可以说，是为网络设计者针对同类属性的OBD-Ⅱ扫描仪、执行以PWM和VPW位编码为基础的汽车网络提供的取样接口。

6．福特、马自达等公司采用的PWM编码的相关性质

传统的PWM编码根据其简单特性和采样技术早就用于数据链路中。在固定位时间96μs的条件下，标准的1/3~2/3 PWM编码可用于10.4kbits/s 的传输速率，形成32μs和64μs的特征尺寸。

PWM的主要优点是:位长固定，规定抽样点，对“线或”争用总线有判优能力，对每个位的上升边缘有再同步所有接收机的能力。PWM在数据链路中对每个传输位使用2个边缘，因此，低成本的10.4kbits/s数据链路存在两个问题:第一，如果边缘输出数不能在总线上保持最少，那将不利于从总线上减少噪声辐射；第二，由于PWM编码位的最小特征时间是1/3位时间，在10.4kbits/s时为32μs，使用两个20μs的边缘将不能再识别初复制该特征，尤其是在接地偏移和参数变化的情况下，还可能出现“位交换”，定时器也可能会发生颠倒。

总的说来，PWM编码的最小特征 (1/3位周期)显得太短(图3)，不能准确地分辨所用单线成形的边缘，即在总线上会出现额外边缘，因此发生辐射；另外，不能用标准的单线总线作状态转换。