完整版FlexRay总线原理及应用
FlexRay总线原理及应用
1 FlexRay总线介绍
1.1 FlexRay产生及发展
随着汽车中增强安全和舒适体验的功能越来越多，用于实现这些功能的传感器、传输装置、电子控制单元(ECU)的数量也在持续上升。如今高端汽车有100多个ECU，如果不采用新架构，该数字可能还会增长，ECU操作和众多车用总线之间的协调配合日益复杂，严重阻碍线控技术（X-by-Wire，即利用重量轻、效率高、更简单且具有容错功能的电气/电子系统取代笨重的机械/液压部分）的发展。即使可以解决复杂性问题，传统的车用总线也缺乏线控所必需的确定性和容错功能。例如，与安全有关的信息传递要求绝对的实时，这类高优先级的信息必须在指定的时间内传输到位，如刹车，从刹车踏板踩下到刹车起作用的信息传递要求立即正确地传输不允许任何不确定因素。同时，汽车网络中不断增加的通信总线传输数据量，要求通信总线有较高的带宽和数据传输率。目前广泛应用的车载总线技术CAN、LIN等由于缺少同步性，确定性及容错性等并不能满足未来汽车应用的要求。
宝马和戴姆勒克莱斯勒很早就意识到了，传统的解决方案并不能满足汽车行业未来的需要，更不能满足汽车线控系统（X-by-Wire）的要求。于是在2000年9月，宝马和戴姆勒克莱斯勒联合飞利浦和摩托罗拉成立了FlexRay联盟。该联盟致力于推广FlexRay通信系统在全球的采用，使其成为高级动力总成、底盘、线控系统的标准协议。其具体任务为制定FlexRay需求定义、开发FlexRay协议、定义数据链路层、提供支持FlexRay的控制器、开发FlexRay物理层规范并实现基础解决方案。
1.2 FlexRay特点
FlexRay提供了传统车内通信协议不具备的大量特性，包括：
(1)高传输速率：FlexRay的每个信道具有10Mbps带宽。由于它不仅可以像CAN和LIN网络这样的单信道系统一般运行，而且还可以作为一个双信道系统运行，因此可以达到20Mbps的最大传输速率，是当前CAN最高运行速率的20倍。
(2)同步时基：FlexRay中使用的访问方法是基于同步时基的。该时基通过协议自动建立和同步，并提供给应用。时基的精确度介于0.5μs和10μs之间（通常为1~2μs）。
(3)确定性：通信是在不断循环的周期中进行的，特定消息在通信周期中拥有固定位置，因此接收器已经提前知道了消息到达的时间。到达时间的临时偏差幅度会非常小，并能得到保证。
(4)高容错:强大的错误检测性能和容错功能是FlexRay设计时考虑的重要方面。FlexRay总线使用循环冗余校验CRC(Cyclic redundancy cheek)来检验通信中的差错。FlexRay总线通过双通道通信，能够提供冗余功能，并且使用星型拓扑可完全解决容错问题。
(5)灵活性：在FlexRay协议的开发过程中，关注的主要问题是灵活性，反映在如下几个方面：
①支持多种方式的网络拓扑结构；
②消息长度可配置：可根据实际控制应用需求，为其设定相应的数据载荷长度；
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③使用双通道拓扑时，即可用以增加带宽，也可用于传输冗余的消息；
④周期内静态、动态消息传输部分的时间都可随具体应用而定。
2 FlexRay通讯协议和机制原理
2.1 节点架构
ECU（Electronic Control Unit），即节点node，是接入车载网络中的独立完成相应功能的控制单元。主要由电源供给系统（Power Supply）、主处理器（Host）、固化FlexRay 通信控制器（Communication
Controller）、可选的总线监控器（Bus Guardian）和总线驱动器（Bus Driver）组成，如图所示。主处理器提供和产生数据，并通过FlexRay 通信控制器传送出去。其中BD 和BG 的个数对应于通道数，与通讯控制器和微处理器相连。总线监控逻辑必须独立于其他的通讯控制器。总线驱动器连接着通信控制器和总线，或是连接总线监控器和总线。
图2.1 FlexRay节点
节点的两个通讯过程为：
（1）发送数据:Host将有效的数据送给CC，在CC中进行编码，形成数据位流，通过BD 发送到相应的通道上。
（2）接受数据:在某一时刻，由BD 访问栈，将数据位流送到CC 进行解码，将数据部分由CC
传送给Host。
2.2 拓扑结构
FlexRay的拓扑主要分为3种：总线式、星型、总线星型混合型。
通常，FlexRay 节点可以支持两个信道，因而可以分为单信道和双信道两种系统。在双信道系统中，不是所有节点都必须与两个信道连接。
与总线结构相比，星状结构的优势在于：它在接收器和发送器之间提供点到点连接。该优势在高传输速率和长传输线路中尤为明显。另一个重要优势是错误分离功能。例如，如果信号传输使用的两条线路短路，总线系统在该信道不能进行进一步的通信。如果使用星状结构，则只有到连接短路的节点才会受到影响，其它所有节点仍然可以继续与其它节点通信。
星型图总线式图 2.2 2.3
2
2.4混合型图数据帧2.3
）Trailer Segment）和尾段（（Header Segment)、有效负载段（Payload Segment 一个数据帧由头段所示。FlexRay 数据帧格式如图2.5三部分组成。
数据帧结构图2.5 FlexRay 位）组成，包括以下几位：个字节（40 (1)头段共由5
：为日后的扩展做准备；位) 1.保留位(1
：指明负载段的向量信息；位) 2.负载段前言指示(1
)：指明该帧是否为无效帧；3.无效帧指示(1位
)：指明这是否为一个同步帧；4.同步帧指示(1位
)：指明该帧是否为起始帧；起始帧指示(1位 5. ：用于识别该帧和该帧在时间触发帧中的优先级；ID(11位) 6.帧：标注一帧中能传送的字数；位)负载段长度7.(7
：用于检测传输中的错误；位) 8.头部CRC(11
1。(6位)：每一通信开始，所有节点的周期计数器增9.周期计数个字节数据。FlexRay有效负载段包含0~254 (2)负载段是用于传送数据的部分，来判断是否IDID，接受节点根据接受的对于动态帧，有效负载段的前两个字节通常用作信息为需要的数据帧。，用于网络管理。13个字节为网络管理向量(NM)对于静态帧，有效负载段的前
CRC计算位的校验域，包含了由头段与有效负载段计算得出的CRC校验码。24(3) 尾段只含有生成器进行计算。时，根据网络传输顺序将从保留位到负载段最后一位的数据放入CRC3
2.4 编码与解码
编码的过程实际上就是对要发送的数据进行相应的处理“打包”的过程，如加上各种校验位、ID
符等。编码与解码主要发生在通讯控制器与总线驱动器之间，如图2.6。
图2.6 编码与解码
其中RxD 位接受信号，TxD 为发送信号，TxEN 为通讯控制器请求数据信号。信息的二进制表示采用“不归零”码。对于双通道的节点，每个通道上的编码与解码的过程是同时完成的。
图2.7 静态数据帧编码
TSS(传输启动序列)：用于初始化节点和网络通信的对接，为一小段低电平。
FSS(帧启动序列)：用来补偿TSS后第一个字节可能出现的量化误差，为一位的高电平BSS(字节启动序列)：给接受节点提供数据定时信息，由一位高电平和一位低电平组成。
FES(帧结束序列)：用来标识数据帧最后一个字节序列结束，由一位低电平和一位高电平组成。
图2.8 动态帧编码
DST(动态段尾部序列)：仅用于动态帧传输，用来表明动态段中传输时隙动作点的精确时间点，并防止接受段过早的检测到网络空闲状态。由一个长度可变的低电平和一位高电平组成。
将这些序列与有效位（从最大位MSB 到最小位LSB）组装起来就是编码过程，最终形成能够在网络传播的数据位流。
2.5 媒体访问方式
在媒体接入控制中，一个重要的概念就是通信周期（Communication Cycle），如图所示。一个通信周期由静态段（Static Segment)、动态段(Dynamic Segment)、特征窗(Symbol Window）和网络空闲时间(Network Idle Time）4个部分组成。FlexRay提供两种媒体接入时序的选择：静态段采用时分多址方式(TDMA)，由固定的时隙数组成，不可修改，且所有时隙的大小一致。用来传输周期性的数据信息；动态段采用灵活的时分多址(FTDMA)，由较小的时隙组成，可根据需要扩展变动，一般用于传输事件控制的消息。符号窗用于传输特征符号。网络空闲时间用于时钟同步处理。
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2.11 媒体访问方式图媒介仲裁的主干部分。在静态段中，仲裁网络由叫仲裁层包含有仲裁网络，它构成了FlexRay
的连续时间间由称为微型时槽(Minislots)(Static Slots)的连续时间间隔组成，在动态段中，做静态时槽隔组成。组成的宏节拍层之上的。每个本地宏节拍的时间都是(Marcotick) 仲裁网络层是建立在由宏节拍
。行动点是一些特定的(Action points)一个整数倍的微节拍的时间。已分配的宏节拍边缘叫做行动点时刻，在这些时刻上，将会发生传输的开始和结束。微节拍层是由微节拍组成的。微节拍是由通信控制器外部振荡器时钟刻度，选择性地使用分频
器导出的时间单元。微节拍是控制器中的特殊单元，它在不同的控制器中可能有不同的时间。节点内部的本地时间间隔尺寸就是微节拍。时钟同步2.6
的通信协议，则通信媒介的访问在时间域中控制。因此，每个节点都必须TDMA 如果使用基于必须在限定范围内，精度)(保持时间同步，这一点非常重要。所有节点的时钟必须同步，并且最大偏差这是实现时钟同步的前提条件。时钟偏差可以分为相位和频率偏差。相位偏差是两个时钟在某一特定时间的绝对差别。频率偏
差是相位偏差随时间推移的变化，它反映了相位偏差在特定时间的变化。时间同步校正包含两个主要过程：FlexRay使用一种综合方法，同时实施相位纠正和频率纠正，
控制时隙初值，即周MTGCSP)。最大时间节拍生成(MTG)和时钟同步计算机制(时钟同步进程机制主要完成一个通信循环开始的初始化，期计数器和最大时钟节拍的计数器，并对其进行修正。CSP 测量并存储偏差值，计算相位和频率的修正值。
时钟同步机制图2.12
段执行，在下一个通信周期起始前结束。相位改变量指明了相位修正仅在奇数通信周期的NIT 相位修正段的微节拍数目，它的值由时钟同步算法决定，并有可能为负数。相位改变量NIT添加到的计算发生在每个周期内，但修正仅应用在奇数通信周期的末尾。在频率纠正中，需要使用两个通信循环的测量值。这些测量值之间的差值反映每个通信循环中
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的时钟偏差变化。它通常用于计算双循环结束时的纠正值。在整个后来的两个通信周期中，都使用该纠正值。
2.7唤醒与启动
为了节省资源，部分节点处于不工作状态时，进入“节电模式”。当这些节点需要再次工作时，就需要“唤醒”它们。主机可以在通信信道上传输唤醒模式，当节点接收到唤醒特征符(Wakeup Symbol)后，主机处理器和通信控制器才进行上电。
在通信启动执行之前，整个簇需要被唤醒。启动节点工作需要在所有通道上同步执行。初始一个启动过程的行为被称为冷启动(Coldstart)，能启动一个起始帧的节点是有限的，它们称作冷启动节点(Coldstart Node)。在至少由三个节点组成的簇中，至少要有三个节点被配置为冷启动节点。冷启动节点中，主动启动簇中消息的节点称之为主冷启动节点(Leading Coldstart Node)，其余的冷启动节点则称之为从冷启动节点(Following Coldstart Node)。
当节点被唤醒并完成初始化后，它就可以在相应的主机控制命令发出之后进入启动程序。在非冷启动节点接收并识别至少两个相互通信的冷启动节点前，非冷启动节点一直等待。同时，冷启动节点监控两个通信通道，确定是否有其他的节点正在进行传输。当检测到通信信道没有进行传输时，该节点就成为主冷启动节点。
冷启动尝试以冲突避免操作符(Collision Avoidance Symbol)开始，只有传输CAS的冷启动节点能在最开始的四个周期传输帧。主冷启动节点先在两个通道上发送无格式的符号(一定数量的无效位)，然后启动集群。在无格式符号发送完毕后，主冷启动节点启动该节点的时钟，进入第一个通信周期。从冷启动节点可以接收主冷启动节点发送的消息，在识别消息后，从冷启动节点便可确认主冷启动节点发送的消息的时槽位置。然后等待下一个通信周期，当接收到第二个消息后，从冷启动节点便开始启动它们的时钟。根据两条消息的时间间隔，测量与计算频率修正值，尽可能地使从启动节点接近主冷启动节点的时间基准。为减少错误的出现，冷启动节点在传输前需等待两个通信周期。在这期间，其余的冷启动节点可继续接收从主冷启动节点及已完成集群冷启动节点的消息。
从第五个周期开始，其余的冷启动节点开始传输起始帧。主冷启动节点接收第五与第六个周期内其余冷启动节点的所有消息，并同时进行时钟修正。在这个过程中没有故障发生，且冷启动节点至少收到一个有效的起始帧报文对，主冷启动节点则完成启动阶段，开始进入正常运行状态。
非冷启动节点首先监听通信信道，并接收信道上传输的信息帧。若接收到信道上传输的信息帧，便开始尝试融入到启动节点。在接下来的两个周期内，非冷启动节点要确定至少两个发送启动帧的冷启动节点，并符合它们的进度。若无法满足条件，非冷启动节点将退出启动程序。非冷启动节点接收到至少两个启动节点连续的两组双周期启动帧后，开始进入正常运行状态。非冷启动节点进入正常工作状态，比主冷启动节点晚两个周期。
如下图所示，描述了正确的启动过程。其中，A是主冷启动节点，B是从冷启动节点，C是非冷启动节点。
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FlexRay启动过程图2.13
FlexRay的应用3
最主要的应用领域即是汽车，业界正致力于在汽车设计中转向全电子系统，它将目前FlexRay
通过创新的智能驾驶辅助系统为司机和乘员提供更高的安全性以及更舒适的车内环境。而这种智能FlexRay对车载网络提出了较高的要求，这也应该是系统必然需要大量的采样、通信以及协调控制，的动力所在。联盟研发FlexRay 车载骨干网络(1)
多通道星型结构一节多种不同总线、/多通道总线结构，单FlexRay 的拓扑结构非常灵活，包括单/
系统兼容。同时，其灵活的系统结)CAN等(如LIN，星型混合结构等，网络可与现有其他各种总线构，也可使设计者针对不同的应用背景选择不同的可靠等级以控制成本。(2)线控系统
电子/，即利用容错的电气FlexRay的重要目标应用之一是线控操作（如线控转向、线控制动等）液压部分。汽车线控系统是从飞机控制系统引申而来的，飞机控制系统中提到的/系统取代机械它将飞机驾驶员的操纵控制和操作命令转换成电信号，是一种电线代替机械的控制系统，
Fly-by-Wire，)Drive-by-Wire(电控驾驶利用机载计算机控制飞机的飞行。这种控制方式引入到汽车驾驶上，就称为（电控，引入到转向控制上就有Steering-by-Wire引入到制动上就产生了Brake-by-Wire（电控刹车）这些创新功能的基础是一种能够满足严格容错要求的宽带总线结构，。因此统称为转向），X-by-Wire的高传输速率和良好的容错性使其具有该方面的应用潜力。线控转向系统结构框图如下FlexRay而图所示：
线控转向系统结构2.14 图工业领域前景(3)7
虽然现在现场总线种类繁多，各种总线处于共存状态，工业以太网的应用也越来越广泛。但是由于现场总线几乎覆盖了所有连续、断续领域，不同运用领域的需求各异，还没有哪种工业总线可以完全适用于生产领域的各个方面。因此，FlexRay总线虽然不能涵盖工业生产的全部领域，但一定可以像其他总线技术那样，在特定的领域中发挥优势，比如汽车制造领域以及对实时性可靠性有很高要求的检测控制领域。例如，可将FlexRay总线用于矿井集散式网络监控系统。根据矿井的实际情况，可以采用FlexRay总线，建立一种集散式混合网络控制系统。以实现监控数据和控制指令的实时高速传输，并可保证网络具有较高的鲁棒性，能够在突发事件下安全可靠运行，从而构建煤矿矿井上下可靠高效的安全预警机制和管理决策监控平台，形成兼容性强、有扩展和升级余量的开放性监测控制系统。
系统可以分为井下和井上两部分。井上采用FlexRay星型或者多星型拓扑结构，以进一步提高数据的传输速度和容错能力；井下使用FlexRay的总线型拓扑结构，以方便连接矿井中众多的设备检测装置和传感器等，减少布线长度，节约成本，并使系统具有分散性和完全可互操作等特点。此外，FlexRay具有很强的灵活性，可以方便地增加改变节点网络布置，能够适应移动和随机介入检测设备的需要，符合煤矿监控场所流动性大的特点。
(4)企业上的实际应用
在企业方面，首个投入生产的FlexRay应用是BMW公司X5运动型多功能轿车(SA V)上名为Adaptive Drive的系统。Adaptive Drive基于飞思卡尔半导体的32位FlexRay微控制器，它可以监视有关车辆速度、方向盘转度、纵向和横向加速度、车身和轮子加速度和行驶高度的数据。
CAN总线呕心沥血教程
哥很郁闷，为了CAN研究了不少，看了不少资料，现在我给大家总结一下先看看工作原理 当CAN总线上的一个节点（站）发送数据时，它以报文的形式广播给网络中所有节点，对每个节点来说，无论数据是否是发给自己的，都对其接收。每组报文开头的11位字符为标识符，定义了报文的优先级，这种报文格式成为面向内容的编制方案。同一系统中标识符是唯一的，不可能有两个站发送具有相同标识符的报文，当几个站同时竞争总线读取时，这种配置十分重要。 大体的工作原理我们搞清了，但是根本的协议我们还要花一番功夫。下面介绍一个重要的名词，“显性“和”隐性“ 在我看到的很多文章里，有很多显性和隐性的地方，为此我头痛不已，最终我把它们彻底弄明白了。 首先CAN数据总线有两条导线，一条是黄色的，一条是绿色的。分别是CAN_High线和CAN_Low线 当静止状态时，这两条导线上的电平一样。这个电平称为静电平。大约为2.5伏。这个静电平状态就是隐形状态，也称隐性电平。也就是没有任何干扰的时候的状态称为隐性状态.当有信号修改时，CAN_High线上的电压值变高了，一般来说会升高至少1V，而CAN_Low线上的电压值会降低一个同样值，也是1v，那么这时候。CAN_High就是2.5v+1v=3.5v,它就处于激活状态了。而CAN_Low降为2.5v-1v=1.5v。 可以看看这个图 由此我们得到 在隐性状态下，CAN_High线与CAN_Low没有电压差，这样我们看到没有任何变化也就检测不到信号。但是在显性状态时，改值最低为2V，我们就可以利用这种变化才传输数据了。所以出现了那些帧，那些帧中的场，那些场中的位，云云~~~~~~~~~~~ 在总线上通常逻辑1表示隐性。而0表示显性。这些1啊，0啊，就可以利用起来为我们传数据了。 利用这种电压差，我们可以接收信号。 一般来说，控制单元通过收发器连接到CAN驱动总线上，这个收发器（顾名思义，可发送，可接收）内有一个接收器，该接收器是安装在接收一侧的差动信号放大器。然后，这个放大器很自然地就放大了CAN_High和CAN_Low线的电平差，然后传到接收区。如下图 由上图可知，当有电压差，差动信号放大器放大传输，将相应的数据位任可为0。下面我们进入重点难点。报文 所谓报文，就是CAN总线上要传输的数据报，为了安全，我们要给我们传输的数据报编码定一下协议，这样才能不容易出错，所以出现了很多的帧，以及仲裁啊，CRC效验。这些都是难点。 识别符的概念。 识别符顾名思义，就是为了区分不同报文的可以鉴别的好多字符位。有标准的，和扩展的。标准的是11位，扩展的是29位。他有一个功能就是可以提供优先级，也就是决定哪个报文优先被传输，报文标识符的值越小，报文具有越高的优先权。CAN的报文格式有两种，不同之处其实就是识别符长度不同，具有11位识别符的帧称为标准帧，而还有29位识别符的帧为扩展帧，CAN报文有以下4个不同的帧类型。分别是
完整版FlexRay总线原理及应用
FlexRay总线原理及应用 1 FlexRay总线介绍 1.1 FlexRay产生及发展 随着汽车中增强安全和舒适体验的功能越来越多，用于实现这些功能的传感器、传输装置、电子控制单元(ECU)的数量也在持续上升。如今高端汽车有100多个ECU，如果不采用新架构，该数字可能还会增长，ECU操作和众多车用总线之间的协调配合日益复杂，严重阻碍线控技术（X-by-Wire，即利用重量轻、效率高、更简单且具有容错功能的电气/电子系统取代笨重的机械/液压部分）的发展。即使可以解决复杂性问题，传统的车用总线也缺乏线控所必需的确定性和容错功能。例如，与安全有关的信息传递要求绝对的实时，这类高优先级的信息必须在指定的时间内传输到位，如刹车，从刹车踏板踩下到刹车起作用的信息传递要求立即正确地传输不允许任何不确定因素。同时，汽车网络中不断增加的通信总线传输数据量，要求通信总线有较高的带宽和数据传输率。目前广泛应用的车载总线技术CAN、LIN等由于缺少同步性，确定性及容错性等并不能满足未来汽车应用的要求。 宝马和戴姆勒克莱斯勒很早就意识到了，传统的解决方案并不能满足汽车行业未来的需要，更不能满足汽车线控系统（X-by-Wire）的要求。于是在2000年9月，宝马和戴姆勒克莱斯勒联合飞利浦和摩托罗拉成立了FlexRay联盟。该联盟致力于推广FlexRay通信系统在全球的采用，使其成为高级动力总成、底盘、线控系统的标准协议。其具体任务为制定FlexRay需求定义、开发FlexRay协议、定义数据链路层、提供支持FlexRay的控制器、开发FlexRay物理层规范并实现基础解决方案。 1.2 FlexRay特点 FlexRay提供了传统车内通信协议不具备的大量特性，包括： (1)高传输速率：FlexRay的每个信道具有10Mbps带宽。由于它不仅可以像CAN和LIN网络这样的单信道系统一般运行，而且还可以作为一个双信道系统运行，因此可以达到20Mbps的最大传输速率，是当前CAN最高运行速率的20倍。 (2)同步时基：FlexRay中使用的访问方法是基于同步时基的。该时基通过协议自动建立和同步，并提供给应用。时基的精确度介于0.5μs和10μs之间（通常为1~2μs）。 (3)确定性：通信是在不断循环的周期中进行的，特定消息在通信周期中拥有固定位置，因此接收器已经提前知道了消息到达的时间。到达时间的临时偏差幅度会非常小，并能得到保证。 (4)高容错:强大的错误检测性能和容错功能是FlexRay设计时考虑的重要方面。FlexRay总线使用循环冗余校验CRC(Cyclic redundancy cheek)来检验通信中的差错。FlexRay总线通过双通道通信，能够提供冗余功能，并且使用星型拓扑可完全解决容错问题。 (5)灵活性：在FlexRay协议的开发过程中，关注的主要问题是灵活性，反映在如下几个方面： ①支持多种方式的网络拓扑结构； ②消息长度可配置：可根据实际控制应用需求，为其设定相应的数据载荷长度； 1 ③使用双通道拓扑时，即可用以增加带宽，也可用于传输冗余的消息； ④周期内静态、动态消息传输部分的时间都可随具体应用而定。
现场总线技术的特点及发展趋势
现场总线技术的特点及发展趋势 摘要现场仪表与控制室仪表之间的数字通信统称为现场总线。现场总线技术自20世纪90年代出现以来已成为世界范围内自动化技术发展的热点之一，广泛用于过程自动化、制造自动化、楼宇自动化等领域的现场智能设备互连通讯网络。它作为工厂数字通信网络的基础，沟通了生产过程现场及控制设备之间及其与更高控制管理层次之间的联系，被誉为“自动化仪表与控制系统的一次变革”。我国自20世纪90年代后期即开始引入并研究总线技术，将其作为今后工业过程控制技术研究的重点，并于1996年正式将现场总线技术的研究和产品开发列入九五国家重点科技攻关项目。 关键词现场总线数字通讯集散系统 现场仪表与控制室仪表之间的数字通信统称为现场总线。现场总线技术自20世纪90 年代出现以来已成为世界范围内自动化技术发展的热点之一，广泛用于过程自动化、制造自动化、楼宇自动化等领域的现场智能设备互连通讯网络。它作为工厂数字通信网络的基础，沟通了生产过程现场及控制设备之间及其与更高控制管理层次之间的联系，被誉为“自动化仪表与控制系统的一次变革”。我国自20世纪90年代后期即开始引入并研究总线技术，将其作为今后工业过程控制技术研究的重点，并于1996年正式将现场总线技术的研究和产品开发列入九五国家重点科技攻关项目。现场总线不仅是一个基层网络，而且还是一种开放式、新型全分布控制系统。这项以智能传感、控制、计算机、数字通讯等技术为主要内容的综合技术，受到世界范围的关注，成为自动化技术发展的热点，并将导致自动化系统结构与设备的深刻变革。国际上许多有实力、有影响的公司都先后在不同程度上进行了现场总线技术与产品的开发。 人们把50年代前的气动信号控制系统PCS称作第一代控制系统，把4～20mA等电动模拟信号控制系统称为第二代控制系统，把数字计算机集中式控制系统称为第三代控制系统，把70年代中期以来的集散式分布控制系统DCS称作第四代控制系统，把现场总线系统称为第五代控制系统，也称作FCS——现场总线控制系统。作为新一代控制系统，它一方面突破了DCS系统采用通信专用网络的局限，采用了基于公开化、标准化的解决方案，克服了封闭系统所造成的缺陷；另一方面把DCS的集中与分散相结合的集散系统结构，变成了新型全分布式结构，把控制功能彻底下放到现场。开放性、分散性与数字通讯是现场总线系统最显著的特征。 现有较强实力和影响的现场总线技术有:FoudationFieldbus（FF）、LonWorks、Profibus、HART、CAN、Dupline等。它们具有各自的特色，在不同应用领域形成了自己的优势。 一、现场总线的技术特点 1、具有良好的系统开放性。现场总线技术通信协议公开，相关标准的一致，它可以与任何遵守相同标准的其它设备或系统相连，各不同厂家的设备之间可进行互连并实现信息交换。用户可按自己需要的大小把来自不同供应商的产品随意组成不同的系统。 2、系统结构的高度分散性。因为自控技术的飞速发展，现场设备本身已经具备自动控制的基本功能，所以现场总线技术采用了全分布式控制系统的体系结构。这种体系结构从根本上改变了现有DCS的集散控制系统体系，简化了系统结构，提高了系统可靠性。 3、互可操作性与互用性。现场总线技术可实现互连设备间、系统间的信息传送与沟通，可实行点对点，一点对多点的数字通信。互用性意味着不同生产厂家的性能类似的设备可进行互换而实现互用。 4、现场设备的智能化与功能自治性。它将传感测量、补偿计算、流量处理与控制等功能分散到现场设备中完成，仅靠现场设备即可完成自动控制的基本功能，并可随时诊断设备的运行状态。
FlexRay通信协议中文版
一、FlexRay介绍 FlexRay通讯协议运用于可靠的车内网络中，是一种具备故障容错的高速汽车总线系统。它已经成为同类产品的基准，将在未来很多年内，引导汽车电子产品控制结构的发展方向。FlexRay协议标准中定义了同步和异步帧传输，同步传输中保证帧的延迟和抖动，异步传输中有优先次序，还有多时钟同步，错误检测与避免，编码解码，物理层的总线监控设备等。 1.1汽车网络通信协议综述 汽车网络通信协议在保证整个系统正常运行方面起着非常重要的作用。它可以帮助解决系统很多问题，如数据共享、可扩展性、诊断接口等。目前，应用于汽车领域的网络标准除了FlexRay还有很多，如CAN、LIN、J1850及MOST等。 CAN总线全称为“控制器局域网总线（Controller Area Network）”，是德国博世公司从80年代初为解决现代汽车中众多的控制与测试仪器之间的数据交换而开发的一种串行数据通信协议。它是一种多主总线，通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光导纤维。CAN通信速率可达１Mbit/s，每帧的数据字节数为8个。 LIN（Local Interconnect Network，控制器局域网）总线是由LIN 协会发布的一种新型低成本串行通信总线，也称为经济型CAN网络。LIN的目标是为现有汽车网络（例如CAN 总线）提供辅助功能，因此LIN总线是一种辅助的总线网络，在不需要CAN 总线的带宽和多功能的场合比如智能传感器和制动装置之间的通信使用LIN总线可大大节省成本。 J1850总线是1994年由汽车工程师协会颁布的标准，之后普及运用于美国车厂的汽车中。不过，虽然美国各厂多采用J1850标准，但是各厂的实际做法又不相同，因此相对其他标准来说比较混乱。由于J1850总线通信速率低，只适合用于车身控制系统及诊断系统，目前在美国逐步被CAN 所取代。 MOST（Media Oriented System Transport，面向媒体的系统传输）总线是采用光纤并用于智能交通及多媒体的网络协议，能够支持24.8Mbps的数据速率，与以前的铜缆相比具有减轻重量和减小电磁干扰的优势。 1.2 FlexRay特点 作为一种灵活的车载网络系统，FlexRay具有高速、可靠及安全的特点，它不仅能简化车载通信系统的架构，而且还有助于汽车电子单元获得更高的稳定性和可靠性。在宝马新款SUV “X5”的电子控制减震器系统中，首次采用了控制系列车内LAN接口规格FlexRay，此次实际应用预示着FlexRay在高速车载通信网络中的大规模应用已经指日可待。
现场总线控制系统的现状和发展前景
现场总线控制系统的现状和发展前景 序言 随着计算机技术、通信技术和控制技术的发展，传统的控制领域正经历着一场前所未有的变革，开始向网络化方向发展。计算机控制系统的发展在经历了基地式气动仪表控制系统、电动单元组合式模拟仪表控制系统、集中式数字控制系统以及集散控制系统（DCS）后，今后将朝着现场总线控制系统的方向发展。 现场总线(Fieldbus)是指开放式、国际标准化、数字化、相互交换操作的双向传送、连接智能仪表和控制系统的通信网络。它作为工厂数字通信网络的基础，沟通了生产过程现场及控制设备之间及其与更高控制管理层次之间的联系。它不仅是一个基层网络，而且还是一种开放式、新型全分布控制系统。这是一项以智能传感、控制、计算机、数字通讯等技术为主要内容的综合技术，是信息化带动工业化和工业化推动信息化的适用技术，是能应用于各种计算机控制领域的工业总线，因现场总线潜在着巨大的商机，世界范围内的各大公司都投入相当大的人力、物力、财力来进行开发研究[1]。当今现场总线技术一直是国际上各大公司激烈竞争的领域，由于现场总线技术的不断创新，过程控制系统由第四代的DCS 发展至今的FCS(Fieldbus Control System)系统，已被称为第五代过程控制系统。而FCS和DCS的真正区别在于其现场总线技术。现场总线技术以数字信号取代模拟信号，在3C(Computer计算机、Control控制、Commcenication通信)技术的基础上，大量现场检测与控制信息就地采集、就地处理、就地使用，许多控制功能从控制室移至现场设备。由于国际上各大公司在现场总线技术这一领域的竞争，仍未形成一个统一的标准，目前现场总线网络互联都是遵守OSI参考模型。由于现场总线以计算机、微电子、网络通讯技术为基础，这一技术正在从根本上改变控制系统的理念和方法，将极大地推动整个工业领域的技术进步，对工业自动化系统的影响将是积极和深远的。 现场总线技术是当代工业数字通信的前沿技术，是计算机技术、通信技术和自动化控制技术的集成，也是信息技术、测量技术在信息时代的体现。现场总线技术经过10年的研发、试验和局部应用阶段，现已开始大量地在中小系统中应用，并开始在超大规模的自动化系统工程中应用。现场总线技术是工业数字通信时代的先驱，它的出现正在引起工业控领域的一次前所未有的技术革命。现场总线不仅仅是分散于最底层的控制系统，而且是建立于整个工业体系的通信系统，它的通信协议建立在控制策略之上，标准的编程语言(DDL)和强大的通信功能，使现场总线控制系统成为贯彻操作者意志的最得力的工具，由于其巨大的技术优势，被认为是工业控制发展的必然趋势，将逐步取代传统的控制方法。 进入二十一世纪以来，随着我国国民经济的高速发展，我国现场总线控制系统行业保持了多年高速增长，并随着我国加入WTO, 近年来，现场总线控制系统行业的出口也形势喜人，2008年，全球金融危机爆发，我国现场总线控制系统行业发展也遇到了一些困难，如国内需求下降，出口减少等，现场总线控制系统行业普遍出现了经营不景气和利润下降的局面，2009年，随着我国经济刺激计划出台和全球经济走出低谷，我国现场总线控制系统行业也逐渐从金融危机的打击中恢复，重新进入良性发展轨道。
FlexRay汽车通信总线介绍及测试环境(原创博文)
FlexRay汽车通信总线介绍及测试环境 综述 FlexRay通信总线是由多个汽车制造商和领先的供应商共同开发的确定性、容错和高速总线系统。FlexRay满足了线控应用（即线控驱动、线控转向、线控制动等）的容错性和时间确定性的性能要求，本文介绍FlexRay的基础知识。 为了使汽车继续提高安全性、提升性能、减少环境影响并增强舒适性，必须提高汽车电子控制单元（ECU）之间传送数据的速度、数量和可靠性。先进的控制和安全系统(结合了多个传感器、执行器和电子控制单元)开始要求同步功能和传输性能超过现有标准的控制器局域网（CAN）所能提供的性能。随着带宽需求的增长和各种先进功能的实现，汽车工程师急需下一代嵌入式网络。经过OEM厂商、工具供应商和最终用户的多年合作，FlexRay标准已经成为车载通信总线，以应对下一代车辆中的这些新的挑战。 FlexRay还能够提供很多CAN网络不具有的可靠性特点，尤其是FlexRay 具备的冗余通信能力可实现通过硬件完全复制网络配置，双通道冗余进行数据通信。FlexRay同时提供灵活的配置，可支持各种拓扑，如总线、星型和混合拓扑。设计人员可以通过结合两种或两种以上的该类型拓扑来配置分布式系统。 了解FlexRay的工作原理对工程师在车辆设计和生产过程的各个方面都至关重要。本文将解释FlexRay的核心概念。
FlexRay基础 FlexRay的许多方面旨在降低成本，同时在恶劣的环境中提供最佳性能。FlexRay使用非屏蔽双绞线电缆将节点连接在一起，FlexRay总线可以由一对或两对电缆组成的单通道和双通道组成。每对线缆上的差分信号减少了外部噪声对网络的影响，而无需昂贵的屏蔽层。大多数FlexRay节点通常还具有可用于收发器和微处理器的电源线和地线。 双通道配置可提高容错能力或增加带宽。大多数第一代FlexRay网络仅利用一个信道来降低布线成本，但是随着应用程序对复杂性和安全性要求的提高，未来的网络将同时使用这两个信道。 FlexRay总线要求信号线两边端接电阻，仅多分支总线上的末端节点需要端接，端接太多或太少都会破坏FlexRay网络。尽管特定的网络实现有所不同，但典型的FlexRay网络的电缆阻抗在80到110欧姆之间，并且端节点端接以匹配该阻抗。将FlexRay节点连接到测试装置时，终端电阻是造成网络通讯失败的最常见原因之一。基于PC的现代FlexRay接口可能包含板上端接电阻器，以简化布线。 FlexRay拓扑和布局 FlexRay，CAN和LIN与更传统的网络（如以太网）的区别之一是其拓扑结构或网络布局。FlexRay支持简单的多点无源连接以及更复杂的有源星形连接。根据车辆的布局和FlexRay的使用水平，选择正确的拓扑有助于设计人员针对给定的设计优化成本、性能和可靠性。 总线型网络 FlexRay通常用于简单的多点总线拓扑结构中，该拓扑结构具有将多个ECU连接在一起的单根网络电缆。这是CAN和LIN使用的相同拓扑，并且是OEM熟悉的拓扑，使其成为第一代FlexRay车辆中流行的拓扑。每个ECU可以“分支”到离总线核心“主干”很小的距离。网络的末端安装了终端电阻，可消除信号反射问题。由于FlexRay在高频率下运行，与CAN的1 Mbit相比，
CAN总线的工作原理
CAN总线的特点和优点 CAN总线的特点和优点; (1)多主控制 在总线空闲时，所有的单元都可开始发送消息(多主控制)。最先访问总线的单元可获得发送权(CSMA/CA)。多个单元同时开始发送时，发送高优先级D消息的单元可获得发送权。 (2)消息的发送 在CAN协议中，所有的消息都以固定的格式发送。总线空闲时，所有与总 线相连的单元都可以开始发送新消息。两个以上的单元同时开始发送消息时， 根据标识符(D)决定优先级。两个以上的单元同时开始发送消息时，对各消 息ID的每个位进行逐个仲裁比较。仲裁获胜(被判定为优先级最高)的单元可 继续发送消息，仲裁失利的单元则立刻停止发送而进行接收工作。 (3)系统的柔软性 与总线相连的单元没有类似于“地址”的信息。因此在总线上增加单元时，连接在总线上的其它单元的软硬件及应用层都不需要改变。 (4)通信速度 根据整个网络的规模，可设定适合的通信速度。在同一网络中，所有单元 必须设定成统一的通信速度。即使有一个单元的通信速度与其它的不一样，此 单元也会输出错误信号，妨碍整个网络的通信。不同网络间则可以有不同的通 信速度。 表1一1 CAN总线系统任意两节点间的最大距离
最大距离/m 位速率bps 10 1000 130 500 270 250 530 125 620 100 1300 50 3300 20 6700 10 10000 5 CAN总线上任意两节点之间的通信距离与其位速率有关，表2一1列举了相关数据。 (5)远程数据请求可通过发送“请求帧”请求其他单元发送数据。 (6)错误检测功能·错误通知功能·错误恢复功能 所有的单元都可以检测错误(错误检测功能)。检测出错误的单元会立即同 时通知其他所有单元(错误通知功能)。正在发送消息的单元一旦检测出错误， 会强制结束当前的发送。强制结束发送的单元会不断反复地重新发送此消息直 到成功发送为止(错误恢复功能)。 (7)故障封闭 CAN可以判断出错误的类型是总线上暂时的数据错误(如外部噪声等)还 是持续的数据错误(如单元内部故障、驱动器故障、断线等)。由此功能，当总 线上发生持续数据错误时，可将引起此故障的单元从总线上隔离出去。
现场总线技术的现状及其发展前景
现场总线综述 设计题目：现场总线技术的现状及其发展前景学院名称：电子与信息工程学院 专业：电气工程及其自动化 姓名： +++ 班级：电气112 班 学号： 11401170236 指导教师：邱雪娜 2014 年 11 月 17 日
现场总线技术的现状及其发展前景 +++ （宁波工程学院，电子与信息工程学院，浙江宁波 315000） 摘要：现场总线技术是自动化领域里的一项新技术。本文阐述了现场总线技术的产生与发展及各类现场总线技术的历史、现状及特点 ,最后展望了该技术的未来发展趋势。 关键词：现场总线；产生与发展；特点；发展趋势 Present situation and development prospect of Fieldbus Technology LI Gensheng （School of Electron and Information Engineering, Ningbo University of Technology, Ningbo 315000 , China） Abstract: The fieldbus technology is a new technology in automatization. This paper expounds the origin and development of fieldbus technology and all kinds of history, present situation and characteristics of field bus technology, the future development trend of this technology are discussed. Key words：f ieldbus; generation and development; characteristic; the development trend 引言 现场总线控制系统技术自70年代诞生至今，由于它在减少系统线缆，简化系统安装、维护和管理，降低系统的投资和运行成本，增强系统性能等方面的优越性引起人们的广泛注意，得到大范围的推广，导致了自动控制领域的一场革命。随着计算机技术的发展，现场总线技术不断向数字化、微型化、个性化，专用化发展。现场总线技术的市场不断扩大，前景广阔。 1 现场总线的定义与特点 1.1现场总线技术的定义 从名词定义来讲，现场总线是用于现场电器、现场仪表及现场设备与控制主机系统之间的一种开放的、全数字化、双向、多站的通信系统。而现场总线标准规定某个控制系统中一定数量的现场设备之间如何交换数据。数据的传输介质可以是电线电缆、光缆、电话线、无线电等等。通俗地讲，现场总线是用在现场的总线技术。传统控制系统的接线方式是一种并联接线方式，从PLC控制各个电器元件，对应每一个元件有一个I/O口，两者之间需用两根线进行连接，作为控制和/或电源。当PLC所控制的电器元件数量达到数十个甚至数百个时，整个系统的接线就显得十分复杂，容易搞错，施工和维护都十分不便。为此，人们考虑怎样把那么多的导线合并到一起，用一根导线来连接所有设备，所有的数据和信号都在这根线上流通，同时设备之间的控制和通信可任意设置。因而这根线自然而然地称为了总线，就如计算机内部的总线概念一样。由于控制对象都在工矿现场，不同于计算机通常用于室内，所以
FlexRay总线调研报告
FlexRay总线调研报告 汽车电子已成为汽车行业的一个重要市场。汽车电子行业最大的热点就是网络化[1]。如今的汽车，已然是一个移动式的信息装置，通过车内网络系统，可以接收、发送并处理大量的数据，对某些状况做出必要的反应。未来汽车的发展趋势必然是自动化程度越来越高，使汽车更安全、更可靠、更舒适，这意味着在车内使用更多的传感器、传动装置及电子控制单元，这也将对车载网络提出更高的要求。针对未来汽车车载网络的发展要求，FlexRay应运而生。FlexRay关注的是当今汽车行业的一些核心需求，包括更快的数据速率，更灵活的数据通信，更全面的拓扑选择和容错运算等。FlexRay的出现，弥补了既有总线协议应用在汽车线控系统或者同安全相关的系统时容错性和传输速率太低的不足，并将逐步取代CAN总线成为新一代的汽车总线[2]。 1FlexRay总线介绍 1.1车载网络概述 现代科技推动了汽车网络技术的不断发展，早在20世纪80年代国际上众多知名汽车公司就积极致力于汽车网络技术的研究及应用，迄今为止，已有多种网络标准。1994年，SAE车辆网络委员会将汽车数据传输网划分为A、B、C等3类。A类为面向传感器∕执行器控制的低速网络，B类为面向数据共享的中速网络，C类为面向高速、实时闭环控制的多路传输网络[3]。另外它还保留了D类网的定义，这类网络主要是面向车内的娱乐设备的信息传输。四种汽车网络标准总结如表1所示。 表1汽车网络标准
A类网络主要面向传感器、执行器控制，是低速网络。在该类网络中对实时性要求不高，且不需要诊断功能，数据速率一般在1~10Kbps，主要应用于电动门窗、座椅调节、灯光照明等控制。目前A类网络协议主要有TTP/A(Time-Triggered Protocol)、LIN(Local Interconnect Network)等协议。 B类网络主要面向独立模块间的数据共享，是中速网络，该类网络适用于对实时性要求不高的通信场合，数据速率一般在10~100Kbps，主要应用于电子车辆信心中心、故障诊断、仪表显示、安全气囊等系统，以减少冗余的传感器和其他电子部件。在B类网络中，具有代表性的有SAEJ1850、V AN(Vehicle Area Network)、CAN（ISO11595-2，不高于125Kbps）等协议。其中，CAN凭其优越的性能，目前已经成为被全世界接受的主流协议。 C类网络主要面向高速、实时闭环控制的多路传输网，该类网络适用于与安全性相关的实时系统，如发动机定时、燃油供给等系统，数据速率通常在125kbps～1Mbps之间。目前，C类网络中的主要协议包括高速CAN(ISO118982)、正在发展中的TTP/C和FlexRay等协议。其中高速CAN基于优先级的随机访问方式，总线传输速率通常在125kbps~1Mbps之间而其它几种协议基于TDMA(Time Division Multiple Access)或FTDMA(Flexible Time Division Multiple Access)的确定性访问方式，数据传输具有确定的延迟时间，且有很高的传输速率(1~10Mbps)。 D类网络主要面向汽车信息娱乐和远程信息设备，特别是汽车导航系统，需要功能强大的操作系统和连接能力。在D类网络中，具有代表性的有MOST、IDBC、IDB1394、D2B、蓝牙等协议[4]。 1.2FlexRay的产生及发展 随着汽车中增强安全和舒适体验的功能越来越多，实现这些功能的传感器、传输装置、电子控制单元(ECU)的数量也在持续上升。如今高端汽车有100多个ECU，如果不采用新架构，该数字可能还会增长，ECU操作和众多车用总线之间的协调配合日益复杂，严重阻碍线控技术（X-by-wire，即利用重量轻、效率高、更简单且具有容错功能的电气/电子系统取代笨重的机械/液压部分）的发展。即使可以解决复杂性问题，传统的车用总线也缺乏线控所必需的确定性和容错功能，例如，与安全有关的信息传递要求绝对的实时，这类高优先级的信息必须在指定的时间内传输到位，如刹车，从刹车踏板踩下到刹车起作用的信息传递要求立即正确地传输不允许任何不确定因素。同时，汽车网络中不断增加的通信总线传输数据量，要求通信总线有较高的带宽和数据传输率。目前广泛应用的车载总线技术CAN，LIN等由于缺少同步性，确定性及容错性等并不能满足未来汽车
CAN总线原理2009
CAN总线原理2009-09-22 08:54一、概述 对于一般控制,设备间连锁可以通过串行网络完成。因此,BOSCH公司开发了CAN总线(Controller Area Network),并已取得国际标准化组织认证(ISO11898),其总线结构可参照I SO/OSI参考模型。同时,国际上一些大的半导体厂商也积极开发出支持CAN总线的专用芯片。通过CAN总线,传感器、控制器和执行器由串行数据线连接起来。它不仅仅是将电缆按树形结构连接起来,其通信协议相当于ISO/OSI参考模型中的数据链路层,网络可根据协议探测和纠正数据传输过程中因电磁干扰而产生的数据错误。CAN网络的配制比较容易,允许任何站之间直接进行通信,而无需将所有数据全部汇总到主计算机后再行处理。 二、CAN在国外的发展 对机动车辆总线和对现场总线的需求有许多相似之处,即较低的成本、较高的实时处理能力和在恶劣的强电磁干扰环境下可靠的工作。奔驰S型轿车上采用的就是CAN总线系统;美国商用车辆制造商们也将注意力转向CAN总线;美国一些企业已将CAN作为内部总线应用在生产线和机床上。同时,由于CAN总线可以提供较高的安全性,因此在医疗领域、纺织机械和电梯控制中也得到广泛应用。 三、CAN的工作原理 当CAN总线上的一个节点(站)发送数据时,它以报文形式广播给网络中所有节点。对每个节点来说,无论数据是否是发给自己的,都对其进行接收。每组报文开头的11位字符为标识符,定义了报文的优先级,这种报文格式称为面向内容的编址方案。在同一系统中标识符是唯一的,不可能有两个站发送具有相同标识符的报文。当几个站同时竞争总线读取时,这种配置十分重要。 CAN总线的报文发送和接收参见图1。当一个站要向其它站发送数据时,该站的CPU将要发送的数据和自己的标识符传送给本站的CAN芯片,并处于准备状态;当它收到总线分配时, 转为发送报文状态。CAN芯片将数据根据协议组织成一定的报文格式发出,这时网上的其它站处于接收状态。每个处于接收状态的站对接收到的报文进行检测,判断这些报文是否是发给自己的,以确定是否接收它。 由于CAN总线是一种面向内容的编址方案,因此很容易建立高水准的控制系统并灵活地进行配置。我们可以很容易地在CAN总线中加进一些新站而无需在硬件或软件上进行修改。当所提供的新站是纯数据接收设备时,数据传输协议不要求独立的部分有物理目的地址。它允许分布过程同步化,即总线上控制器需要测量数据时,可由网上获得,而无须每个控制器都有自己独立的传感器。 四、位仲裁 要对数据进行实时处理,就必须将数据快速传送,这就要求数据的物理传输通路有较高的速度。在几个站同时需要发送数据时,要求快速地进行总线分配。实时处理通过网络交换的紧急数据有较大的不同。一个快速变化的物理量,如汽车引擎负载,将比类似汽车引擎温度这样相对变化较慢的物理量更频繁地传送数据并要求更短的延时。 CAN总线以报文为单位进行数据传送,报文的优先级结合在11位标识符中,具有最低二进制数的标识符有最高的优先级。这种优先级一旦在系统设计时被确立后就不能再被更改。总线
现场总线基础知识
现场总线基础知识 现场总线技术综述 现场总线（Fieldbus）是80年代末、90年代初国际上发展形成的，用于过程自动化、制造自动化、楼宇自动化等领域的现场智能设备互连通讯网络。它作为工厂数字通信网络的基础，沟通了生产过程现场及控制设备之间及其与更高控制管理层次之间的联系。它不仅是一个基层网络，而且还是一种开放式、新型全分布控制系统。这项以智能传感、控制、计算机、数字通讯等技术为主要内容的综合技术，已经受到世界范围的关注，成为自动化技术发展的热点，并将导致自动化系统结构与设备的深刻变革。国际上许多实力、有影响的公司都先后在不同程度上进行了现场总线技术与产品的开发。现场总线设备的工作环境处于过程设备的底层，作为工厂设备级基础通讯网络，要求具有协议简单、容错能力强、安全性好、成本低的特点。 具有一定的时间确定性和较高的实时性要求,还具有网络负载稳定，多数为短帧传送、信息交换频繁等特点。由于上述特点，现场总线系统从网络结构到通讯技术，都具有不同上层高速数据通信网的特色。 一般把现场总线系统称为第五代控制系统，也称作FCS——现场总线控制系统。人们一般把50年代前的气动信号控制系统PCS称作第一代，把4～20mA等电动模拟信号控制系统称为第二代，把数字计算机集中式控制系统称为第三代，而把70年代中期以来的集散式分布控制系统DCS称作第四代。现场总线控制系统FCS作为新一代控制系统，一方面，突破了DCS系统采用通信专用网络的局限，采用了基于公开化、标准化的解决方案，克服了封闭系统所造成的缺陷；另一方面把DCS的集中与分散相结合的集散系统结构，变成了新型全分布式结构，把控制功能彻底下放到现场。可以说，开放性、分散性与数字通讯是现场总线系统最显著的特征。 现场总线技术在历经了群雄并起，分散割据的初始阶段后，尽管已有一定范围的磋商合并，但至今尚未形成完整统一的国际标准。其中有较强实力和影响的有:FoudationFieldbus （FF）、LonWorks、Profibus、HART、CAN、Dupline等。它们具有各自的特色，在不同应用领域形成了自己的优势。本文将在简要描述现场总线技术特点的基础，紧扣系统的可靠性、实用性等，介绍现场总线网络结构、体系结构等关键技术及目前较为流行的几种有实力的现场总线技术的现状，最后阐述现场总线的发展趋势与技术展望。 一、现场总线的技术特点 1、系统的开放性。开放系统是指通信协议公开，各不同厂家的设备之间可进行互连并实现信息交换，现场总线开发者就是要致力于建立统一的工厂底层网络的开放系统。这里的开放是指对相关标准的一致、公开性，强调对标准的共识与遵从。一个开放系统，它可以与任何遵守相同标准的其它设备或系统相连。一个具有总线功能的现场总线网络系统必须是开放的，开放系统把系统集成的权利交给了用户。用户可按自己的需要和对象把来自不同供应商的产品组成大小随意的系统。 2、互可操作性与互用性，这里的互可操作性，是指实现互连设备间、系统间的信息传送与沟通，可实行点对点，一点对多点的数字通信。而互用性则意味着不同生产厂家的性能类似的设备可进行互换而实现互用。 3、现场设备的智能化与功能自治性。它将传感测量、补偿计算、工程量处理与控制等
一文看懂汽车CAN总线技术原理
一文看懂汽车CAN总线技术原理 随着现代汽车技术的不断发展，CAN总线逐渐成为现代汽车上不可缺少的技术，并大大推动了汽车技术的高速发展。本文将对汽车CAN 总线技术的工作原理、特点及优点，CAN总线在汽车制造中的应用及发展趋势做了简单介绍，具体的跟随小编一起来了解一下。 CAN总线的由来由于现代汽车的技术水平大幅提高，要求能对更多的汽车运行参数进行控制，因而汽车控制器的数量在不断的上升，从开始的几个发展到几十个以至于上百个控制单元。控制单元数量的增加，使得它们互相之间的信息交换也越来越密集。为此德国BOSCH 公司（和inter 公司共同）开发了一种设计先进的解决方案-CAN 数据总线，提供一种特殊的局域网来为汽车的控制器之间进行数据交换。 CAN 是ControllerAreaNetwork 的缩写，称为控制单元的局域网，它是车用控制单元传输信息的一种传送形式。 CAN总线技术简介CAN总线又称作汽车总线，全称为“控制器局域网（Controller Area Network）”，意思是区域网络控制器，它将各个单一的控制单元以某种形式（多为星形）连接起来，形成一个完整的系统。在该系统中，各控制单元都以相同的规则进行数据传输交换和共享，称为数据传输协议。CAN总线最早是德国Bosch公司为解决现代汽车中众多的电控模块（ECU）之间的数据交换而开发的一种串行通讯协议。 在工程实际中CAN总线是对汽车中标准的串行数据传输系统的习惯叫法。随着车用电气设备越来越多，从发动机控制到传动系统控制，从行驶、制动、转向系统控制到安全保证系统及仪表报警系统，使汽车电子系统形成一个复杂的大系统，并且都集中在驾驶室控制。另外，随着近年来智能运输系统（ITS）的发展，以3G（GPS、GIS和GSM）为代表的新型电子通讯产品的出现，它对汽车的综合布线和信息的共享交互提出了更高的要求。CAN 总线正是为满足这些要求而设计的。 CAN总线主要有四部分组成：导线、控制器、收发器和终端电阻。其中导线为由两根普通铜导线绞在一起的双绞线。控制器的作用是对收到和发送的信号进行翻译。收发器负责
FlexRay总线调研报告
FlexRay总线调研 报告
FlexRay总线调研报告 汽车电子已成为汽车行业的一个重要市场。汽车电子行业最大的热点就是网络化错误!未找到引用源。。如今的汽车，已然是一个移动式的信息装置，经过车内网络系统，能够接收、发送并处理大量的数据，对某些状况做出必要的反应。未来汽车的发展趋势必然是自动化程度越来越高，使汽车更安全、更可靠、更舒适，这意味着在车内使用更多的传感器、传动装置及电子控制单元，这也将对车载网络提出更高的要求。针对未来汽车车载网络的发展要求，FlexRay应运而生。FlexRay关注的是当今汽车行业的一些核心需求，包括更快的数据速率，更灵活的数据通信，更全面的拓扑选择和容错运算等。FlexRay的出现，弥补了既有总线协议应用在汽车线控系统或者同安全相关的系统时容错性和传输速率太低的不足，并将逐步取代CAN总线成为新一代的汽车总线错误!未找到引用源。。 1FlexRay总线介绍 1.1车载网络概述 现代科技推动了汽车网络技术的不断发展，早在20世纪80年代国际上众多知名汽车公司就积极致力于汽车网络技术的研究及应用，迄今为止，已有多种网络标准。1994年，SAE车辆网络委员会将汽车数据传输网划分为A、B、C等3类。A类为面向传感器∕执行器控制的低速网络，B类为面向数据共享的中速网络，C
类为面向高速、实时闭环控制的多路传输网络错误!未找到引用源。。另外它还保留了D类网的定义，这类网络主要是面向车内的娱乐设备的信息传输。四种汽车网络标准总结如错误!未找到引用源。所示。 表 1汽车网络标准 A类网络主要面向传感器、执行器控制，是低速网络。在该类网络中对实时性要求不高，且不需要诊断功能，数据速率一般在1~10Kbps，主要应用于电动门窗、座椅调节、灯光照明等控制。当前A类网络协议主要有TTP/A(Time-Triggered Protocol)、LIN(Local Interconnect Network)等协议。 B类网络主要面向独立模块间的数据共享，是中速网络，该类网络适用于对实时性要求不高的通信场合，数据速率一般在10~100Kbps，主要应用于电子车辆信心中心、故障诊断、仪表显示、安全气囊等系统，以减少冗余的传感器和其它电子部件。在B类网络中，具有代表性的有SAEJ1850、VAN(Vehicle Area Network)、CAN（ISO11595-2，不高于125Kbps）等协议。其中，
CAN总线中循环冗余校验码的原理及其电路实现
摘要：在can网络中传输摄文时，噪声干扰或传输中断等因素往往使接收端收到的报文出现错码。为了及时可靠地把报文传输给对方并有效地检测错误，需要采用差错控制。详细介绍了can总线中循环冗余校验码的差错控制原理及其实现方法。关键词：循环冗余校验差错控制报文在can系统中为保证报文传输的正确性，需要对通信过程进行差错控制。目前常用的方法是反馈重发，即一旦收到接收端发出的出错信息，发送端便自动重发，此时的差错控制只需要检错功能。常用的检错码两类：奇偶校验码和循环冗余校验码。奇偶校验码是一种最常见的检错码，其实现方法简单，但检错能力较差；循环冗余校验码的编码也很简单且误判率低，所以在通信系统中获得了广泛的应用。下面介绍can网络中循环冗余校验码（即crc码）的原理和实现方法。 1 crc码检错的工作原理crc码检错是将被处理报文的比特序列当作一个二进制多项式a（x）的系数，该系数除以发送方和接收方预先约定好的生成多项式g(x)后，将求得的余数p(x)作为crc校验码附加到原始的报文上，并一起发给接收方。接收方用同样的g(x)去除收到的报文b(x)，如果余数等于p(x)，则传输无误（此时a（x）和b(x)相同）；否则传输过程中出错，由发送端重发，重新开始crc校验，直到无误为止。上述校验过程中有几点需注意：①在进行crc计算时，采用二进制（模2）运算法，即加法不进位，减法不借位，其本质就是两个操作数进行逻辑异或运算；②在进行crc计算前先将发送报文所表示的多项式a(x)乘以xn，其中n为生成多项式g(x)的最高幂值。对二进制乘法来讲，a(x)·xn就是将a(x)左移n 位，用来存放余数p（x），所以实际发送的报文就变为a（x）·xn+p(x)；③生成多项式g(x)的首位和最后一位的系数必须为1。图1为crc校验的工作过程。目前已经有多种生成多项式被列入国际标准中，如：crc-4、crc-12、crc-16、ccitt-16、crc-32等。can总线中采用的生成多项式为g(x)=x15+x14+x10+x8+x7+x4+x3+1。可以看出，canu叫线中的crc校验采用的多项式能够校验七级，比一般crc校验（crc-4、crc-12、crc-16等）的级数（二～五级）要高许多，因而它的检错能力很强，误判率极低，成为提高数据传输质量的有效检错手段。图 2 产生crc校验码的硬件电路 2 crc码的电路实现2.1 硬件电路的特点在can总线中为了产生crc码，硬件电路除了具有复位和时钟信号以外，还需要以下两个控制信号的参与：①填充位解除信号destuff，它的有效逻辑值是1；②crc检验的使能信号enable，有效逻辑也为1。该硬件电路的特点是采用选择器和反相器代替传统设计中用的异或门，既实现了比较功能，又降低了生产成本，同时也为工程师们提供了一种新的设计思路。2.2 硬件电路图图2即为实现crc码的硬件电路图。图中需要说明的几点如下：①使能信号和填充位解除信号省略；②crcnxt代表的逻辑值为输入报文序列和crc寄存器的最高位异或的结果；③标号0～14所指示的为15位crc寄存器，上升沿触发；④标号1～6所指示的为选择器和反相器的组合逻辑，实现异或功能，该选择器的逻辑功能为y=ab+ac，具体结构如图3所示。2. 3 电路工作过程从以上分析可知：①当enable=0时，crc清0；②当enable=1、destuff=1时，进行正常crc计算；③当enable=1而destuff=0时，正在解除填充时，数据暂停传送。在各个控制信号均有效时，输入报文的每一位都是和crc寄存器的最高位相异和后移入最低位，同时寄存器的第13、9、7、6、3、2位均和其最高位异或，结果分别左移一位；其它未进行异或操作的寄存器位值也分别左移一位，直到报文的每一位都移入crc寄存器为止，此时寄存器中的值取为计算得到的crc码。如果报文的比特序列长度为16，则需要左移16次才能对报文的每一位均进行处理。如果以ck表示crc寄存器的第k位位值、ck'表示移位后的第k位位值（k=0,1,2,3……15），则移位规律见表1。 表 1 移位规律表c14'=c13^crcnxtc13'=12c12'=c11c11'=c10c10'=c9^crcnxtc9'=c8c8'=c7^crcnxtc7'=c6^cr cnxtc6'=c5c5'=c4c4'=c3^crcnxtc3'=c2^crcnxtc2'=c1c1'=c0c0'=crcnxt^datain 3 crc校