Can lin что такое: CAN-LIN Мастер — CAN — модули — Каталог — Научно-производственное объединение СтарЛайн

: CAN, LIN и Ethernet | Автор: Онур Узун

Автомобильная шина — это специализированная внутренняя коммуникационная сеть, которая соединяет компоненты внутри транспортного средства (например,грамм. автомобиль, автобус, поезд, промышленный или сельскохозяйственный транспорт, корабль или самолет). Особые требования к управлению транспортными средствами, такие как гарантия доставки сообщений, отсутствие конфликтов сообщений, минимальное время доставки, низкая стоимость и устойчивость к электромагнитным помехам, а также избыточная маршрутизация и другие характеристики требуют использования менее распространенных сетевых протоколов. . Протоколы включают сеть контроллеров (CAN), локальную сеть межсоединений (LIN) и другие. Обычные компьютерные сетевые технологии (такие как Ethernet и TCP / IP) используются редко, за исключением самолетов.

Микроконтроллер (или MCU для микроконтроллер ) — это небольшой компьютер на одной интегральной схеме. В современной терминологии это похоже на систему на кристалле или SoC, но менее сложна; SoC может включать микроконтроллер в качестве одного из своих компонентов. Микроконтроллер содержит один или несколько процессоров (ядер процессора), а также память и программируемые периферийные устройства ввода / вывода.

A Controller Area Network ( CAN-шина ) — это надежный стандарт автомобильной шины, разработанный для того, чтобы микроконтроллеры и устройства могли обмениваться данными друг с другом в приложениях без главного компьютера.Это протокол на основе сообщений, изначально разработанный для мультиплексной электропроводки в автомобилях с целью экономии меди, но также используется во многих других контекстах.

LIN ( Local Interconnect Network ) — это последовательный сетевой протокол, используемый для связи между компонентами в транспортных средствах. Потребность в дешевой последовательной сети возникла по мере того, как технологии и средства, реализованные в автомобиле, росли, в то время как шина CAN была слишком дорогой для реализации для каждого компонента в автомобиле.

Ethernet — это семейство компьютерных сетевых технологий, обычно используемых в локальных сетях (LAN) и глобальных сетях (WAN).

Уровень 7: прикладной уровень. Это уровень, на котором идентифицируются партнеры по обмену данными (есть ли с кем поговорить?), Оценивается пропускная способность сети (позволит ли сеть мне поговорить с ними прямо сейчас?), И это создает объект для отправки или открывает объект получила. (Этот уровень — , а не — само приложение, это набор служб, которые приложение должно иметь возможность использовать напрямую, хотя некоторые приложения могут выполнять функции уровня приложения.)

Уровень 6: Уровень представления. Этот уровень обычно является частью операционной системы (ОС) и преобразует входящие и исходящие данные из одного формата представления в другой (например, из открытого текста в зашифрованный текст на одном конце и обратно в открытый текст на другом).

Уровень 5: Сеансовый уровень. Этот уровень устанавливает, координирует и завершает разговоры. Услуги включают аутентификацию и повторное подключение после прерывания. В Интернете эти службы для большинства приложений предоставляют протокол управления передачей (TCP) и протокол пользовательских дейтаграмм (UDP).

Уровень 4: Транспортный уровень. Этот уровень управляет пакетированием данных, а затем доставкой пакетов, включая проверку на наличие ошибок в данных после их поступления. В Интернете TCP и UDP также предоставляют эти услуги для большинства приложений.

Уровень 3: сетевой уровень. Этот уровень обрабатывает адресацию и маршрутизацию данных (отправляя их в правильном направлении в нужное место назначения при исходящих передачах и принимая входящие передачи на уровне пакетов).IP — это сетевой уровень Интернета.

Уровень 2: Уровень канала передачи данных. Этот уровень устанавливает ссылки в физической сети, помещая пакеты в сетевые фреймы. Этот уровень имеет два подуровня: уровень управления логическим каналом и уровень управления доступом к среде передачи. Ethernet — это основной используемый уровень канала передачи данных.

Уровень 1: физический уровень. Этот уровень передает поток битов по сети на электрическом, оптическом или радио уровне. Он предоставляет аппаратные средства для отправки и получения данных в сети оператора связи.

Переоценка роли шины LIN в приложениях датчиков и управления транспортными средствами

Когда Galvin Manufacturing Corp. (сегодня Motorola) представила встроенное автомобильное радио в 1930-х годах, немногие могли представить, как будет выглядеть будущее. В течение многих лет единственным электронным компонентом в машине было радио. Информационно-развлекательная система в современном автомобиле — это лишь одна из многих систем с электрическим управлением: количество электронных блоков управления (ЭБУ) в современном автомобиле может достигать 80 (, рисунок 1, ). Неудивительно, что рынок автомобильных электронных компонентов находится на подъеме и, как ожидается, к 2018 году достигнет 18,5 млрд долларов.

В первые годы практиковалось создание автономных автономных электронных систем. Вскоре стало понятно, что существует потребность в механизме, позволяющем системам взаимодействовать друг с другом. Это привело к внедрению сетей, таких как каналы последовательной связи (шина), которые координировали бы отдельные электрические системы и привели к улучшению функциональности транспортного средства в целом.

Рисунок 1: Несколько электрических систем в автомобиле

В 1983 году компания Bosch приступила к разработке шины сети контроллеров (CAN) и официально выпустила протокол в 1986 году. Даже сегодня, когда доступны различные стандарты автомобильных шин, CAN продолжает оставаться самой популярной. В сети CAN все узлы (происходящие из разных ЭБУ) действуют как ведущие (т. Е. Топология ведущий-ведомый отсутствует) и им не назначаются конкретные адреса. Скорее, сообщения содержат «идентификаторы».

В данный момент несколько узлов могут передавать данные на шину CAN. Затем идентификатор сообщения помогает определить приоритет сообщений. Сообщение с наивысшим приоритетом переведет CAN-шину в доминирующее состояние, и все остальные узлы прекратят передачу. Фактически, узлы являются приемопередатчиками и, исходя из определенных функций, они могут отслеживать определенные сообщения от шины, помимо передачи сообщений. Таким образом, информационный поток происходит между разными узлами, подключенными к CAN-шине.

CAN отличается высокой надежностью из-за множественных проверок ошибок, таких как ошибки заполнения, битовые ошибки, ошибки контрольной суммы, ошибки кадра и ошибки подтверждения. Что касается скорости передачи данных, CAN поддерживает до 1 МБ / с. Таким образом, CAN является выбором по умолчанию для подключения ЭБУ критически важных функций в транспортных средствах (например, коробка передач, датчик температуры и т. Д.).

Однако роль электроники в автомобилях не ограничивается только этими критически важными узлами. С годами рынок автомобильной электроники для кузова рос.Примерами приложений управления кузовом являются сиденья, окна, умные дворники и датчики климат-контроля. Ключевым требованием к кузовной электронике является обеспечение повышенного комфорта и безопасности автомобиля. Это системы, которые могут не требовать такой высокой надежности, как критически важные ЭБУ, но они по-прежнему требуют автомобильного стандарта для связи по сети.

Различные системы и типы сетей, которые им требуются, сгруппированы ниже:

• Обычные приложения для кузова и силовой передачи используют протоколы со свойствами реального времени и в основном требуют CAN.
• Мультимедийные приложения требуют более высокой пропускной способности, скорости и даже беспроводного соединения. Bluetooth, MOST или Firewire — вот некоторые из сетей, используемых для этих приложений.
• Приложения, критически важные для безопасности, требуют надежных и отказоустойчивых протоколов. TT-CAN (Time-Triggered CAN) и FlexRay типичны для таких сетей.
• Интеллектуальные датчики и исполнительные механизмы в сиденьях, окнах, дворниках и даже в некоторых сложных ЭБУ требуют более простого обмена данными. Эти приложения обычно обрабатываются специальными протоколами OEM и не требуют интерфейса CAN или FlexRay для связи.

Для последней категории, где OEM-производители используют свои собственные протоколы, возникают трудности, такие как сложность и затраты поставщиков OEM-производителей на разработку различных систем без преимущества стандарта. Так в конце 1990-х годов возникло формирование консорциума LIN различными автопроизводителями. В конце концов, в 2002 году консорциум внедрил стандарт для организации сети в этих типах систем под названием LIN.

В отличие от более сложной и широко используемой шины CAN, LIN (Local Interconnect Network) представляет собой последовательный сетевой протокол, используемый для связи между компонентами в транспортных средствах и возникший из-за необходимости в недорогом протоколе последовательной связи между датчиками на базе микроконтроллера в автомобиле.

LIN против CAN
CAN дороже в реализации, чем LIN. Факторы, которые способствуют более высокой стоимости CAN, включают:

• Каждый узел в сети CAN требует тактового генератора или кристалла
• На уровне кремния CAN сложнее реализовать
• Используется 2-проводная передача.

Наиболее важно то, что вся дорогая архитектура избыточна для приложений, которые не требуют ни высокой надежности, ни высоких скоростей передачи данных.

Из-за вышеуказанных недостатков потребность в сетях LIN возросла. Роль шины LIN — дополнять шину CAN, а не заменять ее. Это недорогой протокол последовательной связи, который поддерживает удаленные и некритичные приложения в автомобильной сети. В отличие от CAN, LIN работает по топологии ведущий-ведомый. Обычно сеть состоит из одного ведущего и до 16 ведомых. Все коммуникации инициируются главным узлом. Поскольку все узлы синхронизируются мастером, точные часы требуются только в главном узле. Это одна из причин того, что LIN дешевле, чем CAN (где для всех узлов требуется кварцевый или прецизионный генератор тактовых импульсов).

Особенности и преимущества LIN
Ключевые особенности и преимущества LIN следующие:

• Дополнительная роль. Как уже говорилось, роль LIN заключается не в замене CAN, а в ее дополнении. Эта функция помогает CAN распространяться на удаленные иерархические подсети в приложениях.
• Однопроводная реализация — недорогая однопроводная реализация LIN (в отличие от имплантации витой пары CAN) значительно снижает затраты.
• Скорость передачи данных — скорость передачи данных ограничена 20 Кбит / с (из соображений контроля электромагнитных помех). Это помогает поддерживать надежность сети.
• Широковещательная последовательная сеть — Сеть LIN может иметь один главный и до 16 подчиненных узлов. Все сообщения исходят от ведущего, и самое большее одно ведомое отвечает в зависимости от идентификатора сообщения.
• Самосинхронизация — не требуется кристалл или резонатор, что значительно снижает стоимость внедрения.
• Время задержки — сети LIN обеспечивают гарантированное время задержки, что делает сеть более предсказуемой
• Общая реализация — LIN дешевле и проще в реализации, чем CAN.В случае CAN, каждый узел требует интерфейса CAN, кристалла и 2-проводного соединения. LIN может работать с простым блоком последовательной связи (SCB) и улучшенным интерфейсом ISO 9141. Кристалл не требуется, подключение выполняется одним проводом.

Таблица 1 предлагает быстрое сравнение функций LIN и CAN, чтобы помочь разработчикам выбрать одну сеть по сравнению с другой, в зависимости от требований к различным параметрам:

Таблица 1: Сравнение LIN и CAN

Компоненты системы на основе LIN
Настройка системы на основе LIN намного проще, чем установка системы на основе CAN.Компоненты, необходимые в системах на основе LIN:

• Физические трансиверы (PHY)
• Микроконтроллер с блоками последовательной связи (SCB) / интерфейсами
• Средства разработки: s / w

Типичная сеть LIN выглядит как система, показанная на рис. 2 , с одним главным и несколькими подчиненными узлами.

1 Блок управления двигателем
2 Блок последовательной связи
3 Физический приемопередатчик

Рисунок 2: Типичная сеть LIN

Примечание о физических трансиверах: в большинстве реализаций LIN используется трансивер для управления интерфейсом и поддержки более высоких уровней напряжения.Эти приемопередатчики обычно находятся вне микроконтроллера.

Чтобы действовать как подчиненный узел в сети LIN, MCU требуется SCI (интерфейс последовательной связи) или SCB (блок последовательной связи), который может поддерживать UART для взаимодействия. Протокол LIN использует UART как базовое средство для передачи и приема. Если UART отсутствует в аппаратном обеспечении MCU, его можно альтернативно реализовать с помощью программного обеспечения. Однако такой метод не рекомендуется, поскольку он без необходимости нагружает процессор.Чтобы работать в качестве главного узла, нам понадобится MCU более высокого класса. Помимо UART, поддерживающего SCI, еще одним требованием для мастерноды является генератор тактовых импульсов.

Шина, используемая в LIN-соединении, является однопроводной и должна соответствовать ISO9141. В настоящее время у нас есть более сложные микроконтроллеры для автомобилей, которые имеют специальную поддержку для LIN в виде встроенного LIN PHY. Эта интеграция делает реализацию более компактной и простой.

Большинство поставщиков MCU поддерживают интерфейс LIN по крайней мере в одном из своих семейств устройств.Примером является PSoC (программируемая система на кристалле) Cypress Semiconductor (http://www.cypress.com/psoc/), который предлагает архитектуру системы на кристалле, объединяющую программируемую логику, память и микроконтроллер на одном кристалле. Эти устройства поддерживают интерфейсы последовательной связи, которые могут быть настроены как LIN, и, следовательно, имеют хороший потенциал для использования в автомобильных приложениях, требующих LIN.

Помимо MCU и LIN PHY, для настройки различных параметров интерфейса LIN обычно требуются инструменты разработки, такие как программные модули. Поставщики процессоров обычно предоставляют среды проектирования, которые позволяют одновременно проектировать аппаратное и микропрограммное обеспечение. Cypress, например, предоставляет PSoC Designer и PSoC Creator . Такие инструменты предоставляют гибкий компонент LIN или пользовательский модуль, который можно запрограммировать для работы в соответствии с требованиями проекта.

также необходимо, чтобы их интерфейс LIN был проверен или сертифицирован на соответствие тестам соответствия спецификации LIN. Практически все OEM-производители предписывают это требование, а поставщики микроконтроллеров должны соблюдать это требование как часть процесса разработки.

Кадр сообщения LIN

Кадр сообщения LIN состоит из заголовка и ответа. Заголовок имеет фиксированную длину, а ответ состоит из 0–8 байтов данных. Время межкадрового ответа — это время, которое требуется ведомому устройству для ответа на запрос от ведущего устройства LIN. Он может варьироваться между узлами в сети, так как зависит от аппаратной и программной реализации отдельного узла. После ответа следует контрольная сумма, которая вычисляется для части данных кадра сообщения.

Заголовок разбит на три поля:

1. Поле SYNC-break используется для активации всех подключенных подчиненных LIN-устройств для прослушивания следующих частей заголовка. Он состоит из одного стартового бита и нескольких доминирующих битов.
2. SYNC-поле — это байт стандартного формата данных. Подчиненные устройства LIN, работающие на RC-генераторе, будут использовать расстояние между фиксированным количеством нарастающих и спадающих фронтов для измерения текущего битового времени на шине для пересчета внутренней скорости передачи.
3. Поле идентификатора (ID) отправляется главным узлом всем узлам LIN и обычно содержит одно из 64 различных значений и включает два бита четности в 8-битных данных. Идентификатор содержит такую ​​информацию, как отправитель, получатель, назначение и длина поля данных, которые впоследствии передаются по шине LIN.

Структуру кадра сообщения можно увидеть на рис. 3 .

Рисунок 3: Структура кадра сообщения LIN

Приложения LIN
Мы уже видели, какие типы автомобильных приложений требуют LIN.Давайте кратко рассмотрим список примеров приложений, в которых используются сети LIN (, таблица 2, ). Это показано в сравнении с приложениями, которым требуется CAN, чтобы лучше понять различия.

Таблица 2: Типичные приложения LIN

Количество электроники в автомобиле постоянно растет, равно как и сложность его сетей. Не далеко в будущем мы увидим беспилотные автомобили, которые разговаривают друг с другом. С увеличением количества и сложности автомобильных электрических сетей также растет число более простых и дешевых альтернатив, и наиболее популярным среди них оказывается LIN.

LIN уже стал стандартом для большинства приложений управления телом, которые не требуют защиты типа CAN, и будет оставаться самым популярным вариантом в будущем. LIN также постоянно обновляется в соответствии с последними требованиями, выпуская новые версии (последняя — 2.2A), чтобы соответствовать новым автомобильным стандартам. Это также требует, чтобы поставщики автомобильных микроконтроллеров были оснащены самой последней версией интерфейсов LIN, что позволяет им играть роль приложений для управления телом.

Сивагуру Ноопуран () — инженер по маркетингу продуктов в Cypress Semiconductor , с опытом работы более пяти лет. Его основные интересы включают продукты пользовательского интерфейса и управление продуктами.

Анирбан Сенгупта работает менеджером по ценообразованию в Cypress Semiconductor . Он имеет степень бакалавра электротехники в Национальном технологическом институте Индии и степень MBA по маркетингу в Центре управления и развития человеческих ресурсов Symbiosis (SCMHRD), Пуна, Индия.

Продолжить чтение

Знакомство с шиной LIN

Сообщения создаются, когда главный узел отправляет фрейм, содержащий заголовок. Затем подчиненный узел (-ы) заполняет кадр данными в зависимости от заголовка, отправленного от главного.

Рисунок 3: Пример кадра LIN.

Существует три различных способа передачи кадров по шине: безусловная, по событию и спорадические кадры.

Безусловные кадры

Это «нормальный» тип связи LIN. Мастер отправляет заголовок кадра в запланированном слоте кадра, а назначенный подчиненный узел заполняет кадр данными.

Кадры, запускаемые событием

Цель этого метода — получить как можно больше информации от подчиненных узлов без перегрузки шины кадрами. Кадр, запускаемый событием, может быть заполнен данными от более чем одного подчиненного узла. Подчиненное устройство обновляет данные только в кадре, запускаемом событием, когда значение изменилось.Если более чем одно ведомое устройство хочет обновить данные в кадре, возникает коллизия. Затем мастер должен отправить безусловные кадры каждому из подчиненных, начиная с того, которое имеет наивысший приоритет.

Спорадические рамки

Этот метод обеспечивает некоторое динамическое поведение статическому протоколу LIN. Заголовок спорадического кадра отправляется мастером только тогда, когда он знает, что сигнал был обновлен в ведомом узле. Обычно ведущее устройство заполняет байты данных самого кадра, а ведомые узлы являются получателями информации.

Определение байтового поля

Протокол побайтно-ориентированный, что означает, что данные отправляются по одному байту за раз. Одно байтовое поле содержит стартовый бит (доминантный), 8 бит данных и стоповый бит (рецессивный). Биты данных отправляются первым младшим значащим битом (младший бит первым). Передачу данных можно разделить на главную задачу и подчиненную задачу.

Рисунок 4: Структура байтового поля.

Основная задача

Кадр (заголовок), который отправляется мастером, состоит из трех частей; прерывание синхронизации, байт синхронизации и поле идентификатора.Каждая часть начинается со стартового бита и заканчивается стоповым битом.

Разрыв синхронизации отмечает начало сообщения и должен иметь длину не менее 13 доминирующих битов, включая стартовый бит. Разрыв синхронизации заканчивается «разделителем разрыва», который должен быть как минимум одним рецессивным битом.

Рисунок 5: Поле прерывания.

Байт синхронизации отправляется для определения времени между двумя задними фронтами и, таким образом, определения скорости передачи, которую использует ведущее устройство. Битовая комбинация — 0x55 (01010101, максимальное количество ребер).Это особенно полезно для совместимости с готовыми подчиненными узлами.

Рисунок 6: Поле байтов синхронизации.

Поле ID содержит идентификатор длиной 6 битов и два бита четности. 6-битный идентификатор содержит информацию об отправителе и получателе, а также о количестве байтов, которое ожидается в ответе. Биты четности вычисляются следующим образом: четность P0 является результатом логической операции «исключающее ИЛИ» между ID0, ID1, ID2 и ID4. Четность P1 — это инвертированный результат логического «XOR» между ID1, ID3, ID4 и ID5.

Рисунок 7: Поле идентификатора.

Рисунок 9: Длина кадра в зависимости от ID.

Ответ (поле данных) от ведомого может иметь длину 2, 4 или 8 байтов в зависимости от двух MSB (старший байт) идентификатора, отправленного ведущим. Эта возможность появилась с LIN 2.0, более старые версии имеют статическую длину 8 байтов.

Рисунок 8: Поле данных ответа.

Задача раба

Ведомое устройство ожидает прерывания синхронизации, после чего синхронизация между ведущим и ведомым начинается с байта синхронизации.В зависимости от идентификатора, отправленного мастером, ведомое устройство будет либо получать, либо передавать, либо вообще ничего не делать. Подчиненное устройство, которое должно передать, отправляет количество байтов, запрошенное мастером, а затем завершает передачу с полем контрольной суммы.

Есть два разных типа контрольной суммы. Классическая контрольная сумма используется в LIN 1. 3 и состоит из перевернутой восьмибитовой суммы всех (8) байтов данных в сообщении. Новая контрольная сумма, используемая в LIN 2.0, также включает защищенный идентификатор при вычислении контрольной суммы.Инвертированная восьмибитная сумма не совпадает с модулем 256. Каждый раз, когда сумма больше 256, вычитается 255. Пример: 240 + 32 = 272 à 272-255 = 17 и так далее…

Для экономии энергии подчиненные узлы будут переведены в спящий режим после 4 секунд бездействия шины или если мастер отправил команду спящего режима. Пробуждение из спящего режима осуществляется доминирующим уровнем на шине, который могут создавать все узлы.

Диагностика

Новой функцией в LIN 2.0 является возможность считывания диагностической информации с главного и подчиненного узлов.Для этой цели используются два идентификатора кадра, оба из которых ожидают 8 байтов данных: кадр запроса главного с идентификатором 60 (0x3c) и ответ ведомого с идентификатором 61 (0x3d). Первый байт диагностического кадра — это NAD (адрес узла для диагностики), который представляет собой однобайтовый адрес диагностического узла. Диапазон значений: 1–127, 0 — зарезервировано, а 128–255 — для бесплатного использования. Существует три метода диагностики: диагностика на основе сигналов, диагностика, определяемая пользователем, или использование диагностического транспортного уровня.

Диагностика на основе сигналов

Диагностика на основе сигналов является простейшим методом и использует стандартные сигналы в обычных кадрах, которые представляют:

• Низкие накладные расходы на подчиненных узлах.
• Стандартизированная концепция.
• Статический без гибкости.

Пользовательская диагностика

Определяемая пользователем диагностика может быть разработана с учетом потребностей конкретного устройства, но это также означает, что она не будет полезна для общих целей. Этот метод использует NAD в диапазоне 128–255.

Диагностический транспортный уровень

Этот метод полезен для сети LIN, построенной на базе CAN, в которой используется диагностика ISO. Используются НАД 1-127.Этот метод представляет:

• Низкая нагрузка на ведущее устройство.
• Обеспечивает диагностику ISO для ведомых устройств LIN.
• Предназначен для более сложных и мощных узлов LIN.

Диагностический кадр называется PDU (блок пакетных данных) и начинается с NAD, который обращается к определенному узлу. После этого следует PCI (информация управления протоколом), которая обрабатывает управление потоком. Если типом PCI является Single Frame (SF), вся команда диагностического запроса помещается в один PDU.Если PCI-тип — это первый кадр (FF), следующий байт (LEN) будет описывать количество следующих байтов. Байты данных, которые не помещаются в первый кадр, будут отправлены в следующих кадрах с PCI-типом кадров продолжения (CF). Идентификатор службы (SID) указывает запрос и байты данных, которым следует следовать.

Рисунок 10: Тип кадра запроса PCI = SF

Рисунок 11: Фрейм запроса PCI-type = FF

Рисунок 12: Фрейм запроса PCI-type = CF

Кадр диагностического ответа строится аналогично. Идентификатор службы ответа (RSID) определяет содержание ответа.

Рисунок 13: Кадр ответа PCI-type = SF

Рисунок 14: Кадр ответа PCI-type = FF

Совместимость со старыми версиями (LIN 1.

Ведущее устройство LIN 2.0 обратно совместимо с ведомым устройством LIN 1.3 (с ограничениями). Подчиненные устройства LIN 2.0 и LIN 1.3 могут сосуществовать в сети, но следует избегать некоторых новых функций, таких как улучшенная контрольная сумма и автоматическое определение скорости передачи.

(PDF) Сравнение протоколов CAN, LIN, FLEX RAY и MOST в автомобильной шине

© JETIR, 2019 г., апрель 2019 г., выпуск 4 www.jetir.org (ISSN-2349-5162)

Сравнение CAN, LIN, FLEX RAY и MOST

Протоколы автомобильной шины

1Siddhartha V, 2Sitaram Yaji, 3Naveen Kalappa

1M.Tech. Студент, 2Профессор, 3 Главный архитектор, KPIT

1 Кафедра электроники и связи,

1 Технологический институт Нитте Минакши, Бангалор, Индия

Аннотация: Компоненты внутри транспортного средства связаны между собой через автомобильную шину. Электронным модулям, таким как блоки управления (ECU) двигателя

, блок управления трансмиссией (TCU), антиблокировочная тормозная система (ABS) и модуль управления кузовом (BCM), необходимо соединить между собой

, и они должны обмениваться данными друг с другом через комплексная бортовая сеть (ИВН). IVN являются гетерогенными

. Быстрое распространение электроники в автомобилестроении усложнило создание сетей и взаимодействие между

гетерогенной сетью. Таким образом, производители оригинального оборудования сделали шаг вперед, чтобы выяснить и использовать общепринятые протоколы автомобильных шин

. В этом документе основное внимание уделяется протоколам IVN, которые наиболее часто используются в архитектуре автомобильной сети

, и многим другим важным функциям, таким как скорость передачи, полезная нагрузка, контроль доступа, дальность действия, а также область применения, в которой

они могут быть реализованы в автомобиле.

Ключевые слова: CAN, LIN, MOST, внутренняя сеть (IVN).

I. ВВЕДЕНИЕ

Автомобильная коммуникационная сеть становится все более сложной, поскольку возрастает потребность в проводном управлении, телематике, предупреждении об авариях, удаленной диагностике

и обновлении программного обеспечения. В зависимости от местонахождения и функциональности модулей для диагностики разделены сетевые модули

. В современный автомобиль встроены различные электронные модули.Последовательные шины

используются для подключения электрических модулей. Автомобильные шины, такие как CAN, LIN, MOST и т. Д., Соединены между собой через сеть шлюза

, которая представляет собой мостовую сеть, которая обеспечивает беспрепятственное взаимодействие между протоколами разнородных шин.

Сегодня автопроизводители стремятся к анализу производительности бортовой сети с помощью имитационных моделей. Выполняя реалистичное моделирование

, выполняется экономичное сравнение преимуществ и недостатков различных протоколов и сетевых топологий

.Имитационный анализ поможет автопроизводителям снизить затраты и ускорить выход на рынок.

II. ПРОТОКОЛЫ АВТОМОБИЛЬНОЙ ШИНЫ

Несколько вычислительных устройств связаны сетью, что помогает обмениваться данными и общаться друг с другом. Одинаковые или похожие сетевые протоколы

используются как в проводных, так и в беспроводных технологиях [1]. Последние технологии, такие как ADAS

, реализованы с помощью самых современных микроконтроллеров. Взаимодействие между контроллерами осуществляется с помощью бортовой сети

, такой как CAN, LIN, Flex Ray, MOST и т. Д.следовательно, шинная сеть должна быть достаточно уязвима для любых атак злоумышленников

[2]. Связь между мультимедийной шиной и интерфейсами беспроводной связи скоро будет установлена. Следует позаботиться о том, чтобы нижняя шина, такая как LIN или MOST, не могла отправлять сообщения в высокобезопасные шинные системы, такие как CAN или

Flex RAY [3]. В этой статье мы вкратце обсудили технологии протоколов CAN, LIN, MOST, Flex Ray bus.

А.Сеть контролируемых зон (CAN)

Сеть контролируемых зон (CAN) — это мощная последовательная шина транспортного средства MultiMaster. Устройства CAN на шине известны как узлы.

Узлы соединены друг с другом через двухпроводную шину, а провода представляют собой витую пару с сопротивлением 120 Ом. Используя CAN, микроконтроллер

и устройства могут взаимодействовать друг с другом в любом приложении без главного компьютера.

Рис. 1: Структура шины CAN Рис. 2: Фрейм сообщения CAN

Знакомство с шиной локальной межсоединительной сети (LIN)

Шина LIN — это опрашиваемая шина с одним главным устройством и одним или несколькими подчиненными устройствами.Главное устройство содержит как главную задачу, так и подчиненную задачу. Каждое ведомое устройство содержит только ведомую задачу. Связь по шине LIN полностью контролируется главной задачей в главном устройстве. Основная единица передачи по шине LIN — это кадр, который делится на заголовок и ответ. Заголовок всегда передается главным узлом и состоит из трех отдельных полей: прерывания, синхронизации (sync) и идентификатора (ID). Ответ, который передается подчиненной задачей и может находиться либо в главном, либо в подчиненном узле, состоит из полезных данных и контрольной суммы.

Обычно главная задача опрашивает каждую подчиненную задачу в цикле, передавая заголовок, который состоит из последовательности идентификатора прерывания-синхронизации. Перед запуском LIN каждая подчиненная задача настраивается либо на публикацию данных на шину, либо на подписку на данные в ответ на каждый полученный идентификатор заголовка. После получения заголовка каждая подчиненная задача проверяет четность идентификатора, а затем проверяет идентификатор, чтобы определить, нужно ли публиковать или подписываться. Если ведомой задаче необходимо опубликовать ответ, она передает на шину от одного до восьми байтов данных, за которыми следует байт контрольной суммы.Если ведомой задаче необходимо подписаться, она считывает с шины полезные данные и байт контрольной суммы и предпринимает соответствующие внутренние действия.

Для стандартной связи между ведомым устройством ведущее устройство передает идентификатор в сеть, и только одно ведомое устройство отвечает полезными данными.

Связь между ведущим и ведомым осуществляется отдельной задачей ведомого в главном узле. Эта задача самостоятельно принимает все данные, опубликованные на шине, и отвечает, как если бы это был независимый подчиненный узел. Чтобы передать байты данных, ведущее устройство должно сначала обновить ответ своей внутренней ведомой задачи значениями данных, которые он хочет передать. Затем ведущее устройство публикует соответствующий заголовок кадра, а внутренняя задача ведомого устройства передает свои полезные данные на шину.

Рис. 2. Фрейм сообщения LIN

Каждый кадр LIN начинается с разрыва, который состоит из 13 доминирующих битов (номинальных), за которыми следует разделитель разрыва из одного (номинального) рецессивного бита.Это служит уведомлением о начале кадра для всех узлов на шине.

Поле синхронизации — это второе поле, передаваемое главной задачей в заголовке. Синхронизация определяется как символ x55. Поле синхронизации позволяет подчиненным устройствам, которые выполняют автоматическое определение скорости передачи, измерять период скорости передачи и настраивать свои внутренние скорости передачи для синхронизации с шиной.

Поле ID — это последнее поле, передаваемое главной задачей в заголовке.Это поле обеспечивает идентификацию для каждого сообщения в сети и в конечном итоге определяет, какие узлы в сети получают или отвечают на каждую передачу. Все подчиненные задачи постоянно прослушивают поля идентификатора, проверяют их четность и определяют, являются ли они издателями или подписчиками для этого конкретного идентификатора. Шина LIN обеспечивает в общей сложности 64 идентификатора. Идентификаторы от 0 до 59 используются для сигнальных кадров (данных), 60 и 61 используются для переноса диагностических данных, 62 зарезервированы для определяемых пользователем расширений, а 63 зарезервированы для будущих усовершенствований протокола.ID (4) 0–63

Таблица 2. Метод расчета четности

4. Байты данных

Поле байтов данных передается ведомой задачей в ответе. Это поле содержит от одного до восьми байтов байтов данных полезной нагрузки.

5. Контрольная сумма

Поле контрольной суммы передается ведомой задачей в ответе. Шина LIN определяет использование одного из двух алгоритмов контрольной суммы для вычисления значения в восьмибитном поле контрольной суммы.Классическая контрольная сумма вычисляется путем суммирования только байтов данных, а улучшенная контрольная сумма вычисляется путем суммирования байтов данных и защищенного идентификатора.

Спецификация LIN 2.0 определяет процесс вычисления контрольной суммы как суммирование всех значений и вычитание 255 каждый раз, когда сумма больше или равна 256 (в отличие от по модулю 255 или по модулю 256). Согласно спецификации LIN 2.0 классическая контрольная сумма предназначена для использования с подчиненными узлами LIN 1.3, а улучшенная контрольная сумма — для использования с подчиненными узлами LIN 2.0.Он также указывает, что идентификаторы с 60 по 63 всегда должны использовать классическую контрольную сумму. Интерфейс NI LIN предоставляет атрибут для установки типа контрольной суммы на классический или расширенный.