Tài liệu mạng truyền thông ô tô

Tài liệu mạng truyền thông ô tô Tài liệu mạng truyền thông ô tô Tài liệu mạng truyền thông ô tô Tài liệu mạng truyền thông ô tô Tài liệu mạng truyền thông ô tô Tài liệu mạng truyền thông ô tô Tài liệu mạng truyền thông ô tô Tài liệu mạng truyền thông ô tô Tài liệu mạng truyền thông ô tô Tài liệu mạng truyền thông ô tô Tài liệu mạng truyền thông ô tô Tài liệu mạng truyền thông ô tô Tài liệu mạng truyền thông ô tô

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG TRUYỀN THÔNG TRÊN Ô TƠ 1.1 KHÁI NIỆM VỀ MẠNG TRUYỀN THƠNG Sù phỉ biến giải pháp tự động hoá sử dụng hệ thống truyền thông số kết tổng hợp tiến kỹ thuật vi điện tử, kỹ thuật máy tính, kỹ thuật thông tin đ-ơng nhiên kỹ thuật tự động hoá Mạng truyền thông công nghiệp nói chung mạng truyền thông ôtô nói riêng khái niệm chung hệ thống mạng truyền thông số, truyền bít nối tiếp, đ-ợc sử dụng để ghép nối thiết bị công nghiệp, thiết bị nhiều hệ thống với Các hệ thống truyền thông phổ biến cho phép liên kết mạng nhiều mức khác nhau, từ cảm biến, cấu chấp hành d-ới cấp tr-ờng máy tính điều khiển, thiết bị quan sát, máy tính điều khiển giám sát máy tính cấp điều hành xí nghiệp, quản lý công ty Mạng truyền thông thực chất dạng đặc biệt mạng máy tính, so sánh với mạng máy tính thông th-ờng điểm giống khác nh- sau: * Kỹ thuật truyền thông số hay truyền liệu đặc tr-ng chung cđa c¶ hai lÜnh vùc * Trong nhiỊu tr-êng hợp, mạng máy tính sử dụng ô tô đ-ợc coi phần mô hình phân cấp mạng công nghiệp * Yêu cầu tính thời gian thực, độ tin cậy khả t-ơng thích ô tô mạng truyền thông cao so với mạng máy tính thông th-ờng, mạng máy tính th-ờng đòi hỏi cao độ bảo mật * Mạng máy tính có phạm vi trải réng rÊt kh¸c nhau, vÝ dơ cã thĨ nhá nh- mạng LAN cho nhóm vài máy tính, lớn nh- mạng Internet Trong nhiều tr-ờng hợp, mạng máy tính gián tiếp sử dụng dịch vụ truyền liệu mạng viễn thông Trong đó, hệ thống mạng truyền thông ô tô th-ờng có tính chất độc lập, phạm vi hoạt động t-ơng đối hẹp Sự khác phạm vi mục đích sử dụng hệ thống mạng truyền thông công nghiệp mạng truyền thông ô tô với hệ thống mạng viễn thông mạng máy tính dẫn đến khác yêu cầu mỈt kü tht cịng nh- kinh tÕ VÝ dơ, yêu cầu kết nối nhiều máy tính khác cho nhiều phạm vi ứng dụng khác nhau, kiến trúc giao thức mạng máy tính phổ thông th-ờng phức tạp so với kiến trúc giao thức mạng công nghiệp mạng truyền thông ôtô Đối với hệ thống truyền thông công nghiệp mạng truyền thông ôtô, đặc biệt cấp d-ới yêu cầu tính thời gian thực, khả thực đơn giản, giá thành hạ lại đ-ợc đặt hàng đầu 1.2 VAI TRề CỦA MẠNG TRUYỀN THƠNG GhÐp nèi thiÕt bÞ, trao đổi thông tin vấn đề giải pháp tự động hoá Một nhiều điều khiển cần đ-ợc ghép nối với cảm biến cấu chấp hành, Giữa điều khiển hệ thống điều khiển phân tán cần trao đổi thông tin với để phối hợp thực điều khiển trình ghép nối giao tiếp với điều khiển để theo dõi, giám sát toàn trình hoạt động hệ thống điều khiển Vậy, mạng truyền thông ôtô có vai trò quan trọng nh- lĩnh vực đo l-ờng, điều khiển tự động hóa hệ thống? Sử dụng mạng truyền thông ôtô, đặc biệt bus tr-ờng ®Ĩ thay thÕ c¸ch nèi ®iĨm - ®iĨm cỉ ®iĨn thiết bị ó mang lại hàng loạt lợi ích nh- sau: * Đơn giản hoá cấu trúc liên kết thiết bị: Một số l-ợng lớn thiết bị thuộc chủng loại khác đ-ợc ghép nối với thông qua đ-ờng truyền * Tiết kiệm dây nối công thiết kế, lắp đặt hệ thống: Nhờ cấu trúc đơn giản, việc thiết kế hệ thống trở nên dễ dàng nhiều Một số l-ợng lớn cáp truyền đ-ợc thay đ-ờng nhất, giảm chi phí đáng kể cho nguyên vật liệu công lắp đặt * Nâng cao độ tin cậy độ xác thông tin: Khi dùng ph-ơng pháp truyền tín hiệu t-ơng tự cổ điển, tác động nhiễu dễ làm thay đổi nội dung thông tin mà thiết bị cách nhận biết Nhờ kỹ thuật truyền thông số, thông tin truyền khó bị sai lệch hơn, mà thiết bị nối mạng có thêm khả tự phát lỗi chẩn đoán lỗi có Hơn nữa, việc bỏ qua nhiều lần chuyển đổi qua lại t-ơng tự - số số t-ơng tự nâng cao độ xác thông tin * Nâng cao độ linh hoạt, tính mở hệ thống: Một hệ thống mạng chuẩn hoá quốc tế tạo điều kiện cho việc sử dụng thiết bị nhiều hÃng khác Việc thay thiết bị, nâng cấp mở rộng phạm vi chức hệ thống dễ dàng nhiều Khả t-ơng tác thành phần (phần cứng phần mềm) đ-ợc nâng cao nhờ giao diện chuẩn * Đơn giản hoá /tiện lợi hoá việc tham số hoá, chẩn đoán, định vị lỗi, cố thiết bị; Với đ-ờng truyền nhất, thiết bị trao đổi liệu trình, mà gửi cho liệu tham số, liệu trạng thái, liệu cảnh báo liệu chẩn đoán Các thiết bị tích hợp khả tự chẩn đoán, trạm mạng có khả cảnh giới lẫn Việc cấu hình hệ thống lập trình, tham số hoá, chỉnh định thiết bị đ-a vào vận hành có thĨ thùc hiƯn tõ xa qua mét tr¹m kü tht trung tâm * Mở nhiều chức khả ứng dụng hệ thống: Sử dụng mạng truyền thông cho phép áp dụng kiến trúc điều khiển nh- điều khiển phân tán, điều khiển phân tán với thiết bị tr-ờng, điều khiển giám sát chẩn đoán lỗi từ xa qua Internet, tích hợp thông tin hệ thống điều khiển giám sát thông tin Có thể nói, mạng truyền thông công nghiệp nói chung mạng truyền thông ôtô nói riêng đà làm thay đổi hẳn t- thiết kế tích hợp hệ thống -u giải pháp dùng mạng truyền thông nằm ph-ơng diện kỹ thuật, mà khía cạnh hiệu kinh tÕ ChÝnh v× vËy, øng dơng cđa nã réng rÃi hầu hết lĩnh vực công nghiệp, nhđiều khiển trình, tự động hóa xí nghiệp, tự động hoá nhà, điều khiển giao thông, v.v Trong điều khiển trình, hệ thống bus tr-ờng đà dần thay mạch dòng t-ơng tự (current loop) 4-20mA Trong hệ thống tự động hoá xí nghiệp tự động hóa nhà, số l-ợng lớn phần tử trung gian đ-ợc bỏ qua nhờ hệ bus ghép nối trực tiếp thiết bị cảm biến chấp hành Nói tóm lại, sử dụng mạng truyền thông thiếu đ-ợc việc tích hợp hệ thống tự động hóa đại 1.3 S ĐỒ TỔNG QUÁT Hình 1.1 Minh họa số lượng ECU sử dụng ô tô Những năm gần đây, hệ thống điều khiển tự động điều khiển thông minh ôtô đƣợc tạo ngày nhiều để đáp ứng yêu cầu khắt khe tính an tồn, thoải mái tiện nghi xe Điều tạo nên đột phá công nghệ chế tạo hộp điều khiển điện tử (ECU) công nghệ cảm biến (Sensor) Số lƣợng ECU xe (hình 1.1) tăng lên nhiều, lên đến 40 ECU xe 25 ECU xe tải Chính thế, làm tăng trọng lƣợng xe gia tăng mạnh số lƣợng dây điện Hình 1.2 Mạng không dây hệ thống giao thông đại Để đối phó với điều này, nhà sản xuất ôtô chủ động nghiên cứu phát minh hệ thống kết nối tất ECU xe mà không sử dụng dây dẫn điện thông thƣờng Hệ thống đƣợc gọi mạng truyền thơng đa dẫn (MPX- Multiplex Communication System) Chính việc kết nối ECU hệ thống thông qua bus liệu làm tăng tốc độ truyền tín hiệu làm giảm trọng lƣợng xe Ví dụ mạng truyền thơng hãng Lexus đƣợc trình bày hình 1.2 Hình 1.3 Sơ đồ tổng quát mạng truyền thông xe Lexus 1.4 CÁC LOẠI GIAO THỨC TRUYỀN THƠNG TRÊN ƠTƠ B¶ng 1.1 Các loại giao thức truyền thông hay sử dụng ô tô Protocol BEAN CAN (TOYOTA Original) (ISO Standard) LIN AVC-LAN (ISO Standard) (TOYOTA Original) Application Body Electrical Power Train Body Electrical Audio Communication Speed 10 kbps 500 kbps (HS) 250 kbps (MS) 9.6 kbps 17.8 kbps Data Length – 11 Byte (Variable) – Byte (Variable) – Byte (0, 2, 4, 8) – 32 Byte (Variable) Communication Wire AV Signal Wire Twisted-pair wire AV Signal Wire Twisted-pair wire Drive Type Single Wire Voltage Drive Differential Voltage Drive Single Wire Voltage Drive Differential Voltage Drive Communication Direction One-way and Two-way Communications Two-way Communication Two-way Communication Two-way Communication Access System CSMA/CD (Multi Master) CSMA/CR (Multi Master) Master/Slave (Single Master) Master/Slave (Single Master) Topology Bus (Daisy Chain) Bus Star Star Sleep/Wake-up Available N.A Available N.A Error Detection CRC CRC N.A Parity Check Response ACK, NAK ACK N.A ACK + Truyền liệu chiều tốc độ thấp cơng tắc cửa sổ điện ECU thân xe Đây việc giao tiếp chiều đến ECU định trƣớc hệ thống truyền tín hiệu chiều (tốc độ truyền kbps) + BEAN (Body Electronics Area Network - Mạng điện tử thân xe): Hệ thống có tốc độ truyền liệu 10kbps + AVC-LAN (Audio Visual Communication-Local area Network): Hệ thống đƣợc sử dụng để truyền tín hiệu cho hệ thống âm thanh, nghe nhìn, hệ thống dẫn đƣờng, định vị toàn cầu,… (tốc độ truyền liệu 17kbps) + UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitting- Truyền/Nhận liệu nối tiếp không đồng bộ): Hệ thống đƣợc dùng việc truyền tín hiệu ECU có liên quan đến việc điều khiển xe: ECU động ECU điều khiển trƣợt, ECU động ECU xe HV (xe dùng động lai),…(tốc độ truyền liệu 9600 - 19200 bps) + LIN (Local Interconnect Network- mạng cục xe): Hệ thống sử dụng để truyền liệu ECU thân xe (tốc độ truyền liệu 20kps) + CAN (Controller Area Network): Dùng để truyền tín hiệu ECU xe (có tốc độ truyền: CAN tốc độ thấp-125kbps CAN tốc độ cao- 1Mbps) Ngoài cịn có giao thức khác đƣợc sử dụng mạng truyền thông ôtô, gồm: Byteflight, TTP/C, TTCAN, FlexRay,… Trong tài liệu tập chung nghiên cứu giao thức BEAN, AVC-LAN, LIN CAN CHƢƠNG 2: CƠ SỞ KỸ THUẬT CỦA TRUYỀN THÔNG 2.1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 2.1.1 Thông tin, liệu v tớn hiu 2.1.1.1 Thụng tin Thông tin khái niệm sở quan trọng khoa học kỹ thụât, giống nh- vật chất l-ợng Các đầu vào nh- đầu cđa mét hƯ thèng kü tht chØ cã thĨ lµ vật chất, l-ợng thông tin, nh- mô tả hình 2.1 Một hệ thống xử lý thông tin hệ thống truyền thông hệ thống kỹ thuật quan tâm tới đầu vào đầu thông tin Tuy nhiên, đa số hệ thống kỹ thụât khác th-ờng có đầu vào đầu hỗn hợp (vật chất, l-ợng thông tin) Hình 2.1 Vai trò thông tin hệ thống kỹ thuật Thông tin th-ớc đo mức nhËn thøc, sù hiĨu biÕt vỊ mét vÊn ®Ị, mét kiện hệ thống Ví dụ, thông tin cho chóng ta biÕt mét c¸ch chÝnh x¸c hay t-ơng đối nhiệt độ trời hay mực n-ớc bể chứa Thông tin giúp phân biệt mặt vấn đề, trạng thái vật Nói cách khác, thông tin loại trừ tính chất bất định Trong vật chất l-ợng tảng vật lý hoá học, thông tin chủ thể tin học công nghệ thông tin Thông tin sở cho giao tiếp Thông qua việc giao tiếp mà đối tác có thêm hiểu biết lẫn vấn ®Ị, mét sù kiƯn hc mét hƯ thèng 2.1.1.2 Dữ liu Thông tin đại l-ợng trừu t-ợng, cần đ-ợc biểu diễn d-ới hình thức khác Khả biểu diễn thông tin đa dạng, ví dụ qua chữ viết, hình ảnh, cử chỉ, vv Dạng biểu diễn thông tin phụ thuộc vào mục đích, tính chất ứng dụng Đặc biệt thông tin mô tả, hay nói cách khác số lượng hóa liệu để lưu trữ xử lý máy tính Trong tr-ờng hợp đó, ta nói thông tin đ-ợc số hoá sử dụng hệ đếm nhị phân, hay mà hoá nhị phân Nói ngữ cảnh cấu trúc điện, liệu phần thông tin hữu ích đ-ợc biĨu diƠn b»ng d·y c¸c bit [1.0] Tuy thùc tế, khái niệm nh- xử lý thông tin xử lý liệu, truyền tải thông tin truyền tải liệu hay đ-ợc dùng với ý nghĩa t-ơng tự, ta cần phân biệt rõ ràng thông tin liệu Ví dụ, hai tập liệu khác mô tả nội dung thông tin Ng-ợc lại, hai tập liệu giống mang thông tin khác nhau, tuỳ theo cách mô tả Ta so sánh quan hệ liệu thông tin với quan hệ toán học số ý nghĩa sử dụng số Theo nghĩa thứ hai, liệu đ-ợc hiểu phần biểu diễn thông tin hữu dụng (thông tin nguồn) điện Tuy nhiên, vào ngữ cảnh cụ thể mà ta không nhầm lẫn hai cách sử dụng thuật ngữ L-ợng thông tin Thông tin thƣớc đo mức độ nhận thức, hiểu biết vấn đề, kiện hệ thống Thông tin sở cho giao tiếp, thông qua giao tiếp đối tác hiểu biết lẫn vấn đề, kiện hệ thống Th«ng tin xoá bỏ tính bất định, ví dụ khẳng định kiện có xảy hay không, câu trả lời hay sai Mức độ xóa bỏ tính bất định hay nói cách khác, giá trị hiểu biết nguồn thông tin mang lại - đ-ợc gọi l-ợng thông tin Chính liệu dạng biểu diễn thông tin xử lý đ-ợc máy tính, nên l-ợng thông tin đ-ợc đ-ợc đo đơn vị liệu (bit = binary digit) Trong tr-ờng hợp thông tin khẳng định /sai, rõ ràng cần bit để ghi mà 0, hay nói cách khác l-ợng thông tin bit Với ví dụ khác, để biểu diễn hay phân biệt màu số 16 màu ta cần bit, 256 màu ta cần bit Để biểu diễn hay phân biệt chữ bảng ký tự có 256 chữ ký hiệu cần bit Một thông báo cần gửi Hello gồm có ký tự cần 40 bit Ta nói rằng, l-ợng thông tin bit, bit, 40 bit Ta cã kbit = 1024 bit, 1Mbit = 1024 kbit vµ 1Gbit = 1024 Mbit 2.1.1.3 Tín hiệu Là đại lƣợng vật lý mang thông tin/dữ liệu (chứa đựng thơng tin nó) đƣợc truyền dẫn Tín hiệu đƣợc đặc trƣng tham số vật lý: Biên độ, pha, tần số, đƣợc phân chia thành dạng sau: + Tín hiệu tƣơng tự: Tham số thơng tin có giá trị khoảng + Tín hiệu rời rạc: Tham số thơng tin có số giá trị (rời rạc) định + Tín hiệu liên tục: Tín hiệu có ý nghĩa thời điểm khoảng thời gian quan tâm (hàm liên tục biến thời gian khoảng xác định) + Tín hiệu gián đoạn: Tín hiệu có ý nghĩa thời điểm định + Tín hiệu số: Tín hiệu số dùng để truyền tải thơng tin đƣợc mã hóa nhị phân Dạng tín hiệu: tuơng tự, liên tục Dạng tín hiệu: tuơng tự, gián đoạn Tham số mang thơng tin: biên độ Tham số mang thông tin: biên độ xung Dạng tín hiệu: rời rạc, liên tục Tham số mang thơng tin: biên độ Dạng tín hiệu: rời rạc (số), gián đoạn Tham số mang thông tin: tần số xung Hình 2.2 Một số dạng tín hiệu thơng dụng 2.1.2 Truyền thơng, truyền liệu truyền tín hiệu 2.1.2.1 Giao tiếp truyền thông: Giao tiếp hay truyền thơng q trình trao đổi thơng tin hai chủ thể với nhau, đƣợc gọi đối tác giao tiếp, theo phƣơng pháp đƣợc quy định trƣớc Đối tác điều khiển đối tác quan sát trạng thái đối tác Đối tác ngƣời hệ thống kỹ thuật (Phần cứng, phần mềm) với hệ thống kỹ thuật hai khái niệm giao tiếp truyền thông đƣợc sử dụng với nghĩa tƣơng đƣơng Truyền liệu phƣơng pháp truyền thông máy tính (mạng máy tính) Để truyền liệu hệ truyền thơng phải thực q trình mã hóa giải mã tín hiệu 2.1.2.2 Mã hóa giải mã Hình 2.3 Nguyên tắc truyền thơng - Mã hóa: q trình biến đổi nguồn thông tin (dữ liệu) cần trao đổi sang chuỗi tín hiệu thích hợp để truyền dẫn Quá trình gồm hai bƣớc mã hóa nguồn mã hóa đƣờng truyền + Mã hóa nguồn: Dữ liệu nguồn (ban đầu) đƣợc bổ sung thông tin phụ trợ cần thiết cho việc truyền dẫn nhƣ địa bên gửi bên nhận, kiểu liệu, thông tin kiểm lỗi… nhƣ lƣợng thông tin chứa đựng tín hiệu nhiều lƣợng thơng tin thực cần truyền tải + Mã hóa đường truyền: Là q trình tạo tín hiệu tƣơng ứng với bit gói liệu hay điện theo phƣơng pháp định để phù hợp với đƣờng truyền kỹ thuật truyền dẫn Trong mạng truyền thông công nghiệp mã hóa đƣờng truyền đồng nghĩa với việc mã hóa bít, tín hiệu khâu mã hóa bít tạo tín hiệu đƣợc truyền dẫn Khi tín hiệu đƣợc truyền tải đi, cần có phƣơng pháp để bên nhận phân biệt giới hạn bít liệu nối tiếp nhau, gọi phƣơng thức đồng hóa Nhƣ hình minh họa dƣới Hình 2.4 Ví dụ mã hóa bít - Giải mã: Là q trình chuyển đổi tín hiệu nhận đƣợc thành dãy bít tƣơng ứng sau xử lý, loại bỏ thơng tin bổ sung để tái tạo thông tin gốc 2.1.2.3 Điều chế điều biến tín hiệu Điều chế: q trình tạo tín hiệu trực tiếp mang tham số thơng tin, thể qua biên độ, tần số pha, tham số thơng tin lấy giá trị Điều biến: trình dùng tín hiệu mang thơng tin để điều khiển, biến đổi tham số thích hợp tín hiệu thứ (tín hiệu mang) 2.1.2.4 Tốc độ truyền tốc độ bít - Tốc độ Baud: Là số lần tín hiệu thay đổi giá trị tham số thông tin (nhƣ biên độ) giây có đơn vị baud Đối với nhiều phƣơng pháp mã hóa bit, tín hiệu không bắt buộc phải thay đổi trạng thái nhịp, tốc độ baud khơng hồn tồn xác Vì ngƣời ta sử dụng khái niệm tốc độ truyền hay tốc độ bit - Tốc độ truyền hay tốc độ bit: đƣợc tính số bit liệu truyền giây, đƣợc tính bit/s bps Nếu tần số nhịp f số bit đƣợc truyền nhịp n số bit đƣợc truyền giây là: v = f*n Nếu nhịp có bit đƣợc truyền v = f lúc tốc độ bit tƣơng đƣơng với tốc độ baud Hay baud tƣơng đƣơng với 1bit/s 10 Hình 3.8 Hệ thống AVC- LAN 3.3.1 Cấu trúc liên kết AVC-LAN chủ yếu kết nối thiết bị hệ thống âm xe nhƣ thiết bị dò tần số, thiết bị khuếch đại tần số Những thiết bị có khả dị kích tần số âm từ tín hiệu âm cơng tắc, hình ảnh hiển thị camera, … sau tín hiệu đƣợc chuẩn hóa thành đơn vị âm đƣa hình hiển thị xe Hình 3.9 Cấu trúc liên kết AVC- LAN xe 3.3.2 Truyền tín hiệu AVC-LAN Q trình truyền tín hiệu kiểu truyền tín hiệu hệ thống phụ thuộc vào cấu trúc cáp truyền tín hiệu Có loại cáp truyền tín hiệu cáp đơn cáp đơi: Loại truyền tín hiệu qua cáp đơn (sử dụng cho mạng BEAN LIN,…): Dây cáp kết nối sử dụng thƣờng mỏng nhẹ so với cáp đôi điện áp đƣợc tạo để kết nối ECU loại điện áp đơn 47 Hình 3.10 Truyền dẫn qua cáp đơn Loại truyền tín hiệu qua cáp đôi (áp dụng nhiều cho hệ thống truyền thơng mới, ví dụ nhƣ: AVC-LAN CAN): Hai dây cáp truyền tín hiệu đƣợc xoắn lại với đƣợc bọc lớp chống nhiễu Giao tiếp ECU đƣợc điều khiển hai tín hiệu điện áp (Hi Lo) Hình 3.11 Truyền dẫn qua cáp đôi Sự khác biệt điện áp hai dây đƣợc phát nhƣ tín hiệu liệu, có tính mà khơng thể dễ dàng bị ảnh hƣởng tiếng ồn từ bên ngồi Hình 3.11 Ưu điểm truyền tín hiệu cáp đôi v cáp đơn 3.3.3 Hệ truyền dẫn AVC-LAN 48 Sử dụng truyền dẫn chủ/tớ: hệ thống truyền tín hiệu điều khiển từ ECU chủ tới ECU thành phần, sau liệu đƣợc phản hồi ECU chủ Ở đây, ECU chủ gửi tín hiệu giống tới nhiều ECU thấy cần thiết Hình 3.12 Hệ truyền dẫn AVC-LAN 3.3.4 Địa AVC-LAN Mỗi thành phần chức AVC-LAN có quy tắc cho đàm thoại, địa hiển thị đàm thoại đƣợc mã hóa thành số có giái thích chức chi tiết Có loại địa địa vật lý (Physical address) địa logic (Logical address): Địa vật lý: Con số đƣợc phân bổ để xác định thành phần (ví dụ nhƣ hiển thị đa chức năng, hiển thị định vị, vv) đƣợc sử dụng để xác định thành phần (gốc) Địa logic: Con số đƣợc phân bổ để xác định chức (ví dụ nhƣ cơng tắc chức năng, cơng tắc tổ hợp, dị tín hiệu vv) Sau chức đƣợc ECU thành phần gửi ECU gốc để xử lý Hình 3.13 Địa vật lý v địa logic AVC-LAN 3.3.5 Điều khiển AVC-LAN 49 Trong AVC-LAN trình điều khiển đƣợc thực theo bƣớc: xác định tín hiệu bảng điều khiển sau đăng ký xác nhận cho kết nối Xác định phần bảng điều khiển: Trong thành phần, tồn thành phần khơng có chức kiểm soát trung tâm Nếu hai nhiều thành phần với chức điều khiển trung tâm tồn hệ thống, thành phần với địa vật lý nhỏ đƣợc xác định nhƣ thành phần tổng thể Hình 3.14 Xác định phần bảng điều khiển AVC-LAN Đăng ký xác nhận cho kết nối: Sau xác định tín hiệu phần điều khiển, phận đồng thời nhận đƣợc địa logic thành phần để xác định chức mà hệ thống có.Sau đó, máy chủ xác nhận kết nối thành phần sau 60 giây Hình 3.15 Đăng ký v xác nhận cho kết nối AVC-LAN 3.3.6 Cấu trúc thông điệp AVC-LAN Hình 3.16 Cấu trúc thơng điệp AVC-LAN Bảng 3.2 Bảng mô tả chi tiết thông điệp AVC-LAN STT Chức củ thông điệp Tên viết tắt Số lƣợng Bits SOF Bắt đầu mẫu tin Indentifier field Nhận dạng trƣờng liệu Master address field Địa vật lý đƣợc xác nhận từ ECU 12 chủ Slave address field Địa vật lý gửi tới cho thành phần 12 50 Điều khiển hƣớng nhận liệu (chỉ Control field nhận tín hiệu yêu cầu) Message length Đề xuất độ dài liệu Data Độ dài liệu biến thiên Parity bit Bit chẵn lẻ thể mã lỗi hệ thống Acknowledgment Trả lời cho việc kiểm tra xem liệu 0-256 đƣợc gửi xác 3.3.7 Kiểm tra ch n đoán AVC_LAN - Đối với mẫu xe có AVC-LAN BEAN, xử lý cố AVC_LAN sau xác nhận BEAN hoạt động bình thƣờng - Bắt đầu chế độ chẩn đoán (đối với loại có hình hiển thị) Hình 3.17 Bắt đầu chế độ chẩn đoán AVC-LAN - Chế độ kiểm tra Hình 3.18 Chế độ kiểm tra AVC-LAN - Kết kiểm tra: Bảng 3.3 Bảng tổng hợp kết kiểm tra mã lỗi AVC-LAN 51 - Hiển thị hình thơng tin mạng LAN - Kết chẩn đoán LAN monitor Bảng 3.4 Bảng tổng hợp kết chẩn đoán AVC-LAN monitor - LAN monitor (cửa sổ riêng) 52 Hình 3.19 Màn hình hiển thị LAN monitor 3.4 Gi o thức CAN CAN (Controller Area Network) chuẩn giao tiếp quốc tế, đƣợc phát minh hãng Bosch năm 1986 CAN phục vụ cho việc nối mạng phƣơng tiện giao thông giới để thay cách nối cổ điển trƣớc Hình 3.20 Mạng CAN- dây tín hiệu mạng CAN 53 Hình 3.21 Một số ứng dụng mạng CAN Hình 3.22 Kiểm tra tín hiệu mạng CAN 54 3.4.1 Chu n giao thức Hình 3.23 Giao thức kết nối CAN CAN sử dụng chuẩn giao thức dạng bus Trong có đƣờng bus liệu CAN HI (CAN tốc độ truyền liệu cao 500 Kilobits /s) CAN LOW (CAN tốc độ truyền liệu thấp 125 - 250 Kilobits /s) Hai bus liệu dùng để kết nối cụm chi tiết theo nhánh mạng, nhánh mạng bao gồm ECU cảm biến CAN HI CAN LOW tạo thành dây cáp xoắn vào để chống nhiễu sóng radio, tia lửa bugi, sóng điện thoại di động cuộn dây từ trƣờng: Hình 3.24 Điện áp CAN HI CAN LOW 3.4.2 Cấu trúc mạng kỹ thuật truyền dẫn CAN thực chất chuẩn giao thức từ phần lớp vật lý hết lớp liên kết liệu, không quy định cụ thể chuẩn truyền dẫn nhƣ môi trƣờng truyền thông Thực tế cáp đôi dây xoắn kết hợp với chuẩn RS-485 nhƣ cáp quang đƣợc sử dụng rộng rãi Đối với cáp đôi dây xoắn, cấu trúc mạng thích hợp cấu trúc đƣờng thẳng, mắc theo kiểu đƣờng trục đƣờng nhánh, chiều dài đƣờng nhánh hạn chế dƣới 0.3m Tốc độ truyền lựa chọn nhiều mức khác nhau, nhiên phải thống cố định tồn mạng Do có ràng buộc tốc độ truyền chiều dài dây dẫn 55 phƣơng pháp truy nhập bus CSMA/CA Tốc độ truyền tối đa 1Mbit/s khoảng cách 40m 50 kbit/s khoảng cách 1000m Số trạm phụ thuộc nhiều vào cấu trúc mạng, cáp truyền đặc tính điện học thu phát thông thƣờng hạn chế số 64 cấu trúc đƣờng thẳng sử dụng cáp đôi dây xoắn CAN phân biệt hai trạng thái logic tín hiệu mức trội (dominant) mức lặn (recessive), nhiên không quy định rõ giá trị bít ứng với mức tín hiệu Trong trƣờng hợp bít trội bít lặn đƣợc phát đồng thời bít trội lấn át tín hiệu bus có mức trội Trong thực tế sử dụng mạch AND mức trội tƣơng ứng với bít mức lặn tƣơng ứng với bít 3.4.3 Cơ chế giao tiếp Đặc trƣng CAN phƣơng pháp định địa giao tiếp hƣớng đối tƣợng, hầu hết hệ thống bus trƣờng khác giao tiếp dựa vào địa trạm Mỗi thông tin trao đổi mạng đƣợc coi nhƣ đối tƣợng, đƣợc gán số mã cƣớc Thông tin đƣợc gửi bus theo kiểu truyền thơng báo với độ dài khác Các thông báo không đƣợc gửi tới địa định mà trạm nhận theo nhu cầu Nội dung thông báo đƣợc trạm phân biệt qua mã cƣớc (IDENTIFIER) Mã cƣớc khơng nói lên địa đích thông báo, mà biểu diễn ý nghĩa liệu thơng báo Vì thế, trạm mạng tự định tiếp nhận xử lý thông báo hay không tiếp nhận thông báo qua phƣơng thức lọc thông báo (message filtering) Cũng nhờ sử dụng phƣơng thức lọc thơng báo, nhiều trạm đồng thời nhận thơng báo có phản ứng khác Một trạm yêu cầu trạm khác gửi liệu cách gửi khung REMOTE FRAME Trạm có khả cung cấp nội dung thơng tin gửi trả lại khung liệu DATA FRAME có mã cƣớc với khung yêu cầu Cùng với tính đơn giản, chế giao tiếp hƣớng đối tƣợng CAN mang lại tính linh hoạt tính quán liệu hệ thống Một trạm CAN không cần biết thông tin cấu hình hệ thống (ví dụ địa trạm) Nên việc bổ xung hay bỏ trạm mạng khơng địi hỏi thay đổi phần cứng hay phần mềm trạm khác Trong mạng CAN, chắn thơng báo đƣợc tất trạm quan tâm tiếp nhận đồng thời, không đƣợc trạm tiếp nhận Tính quán liệu đƣợc đảm bảo qua phƣơng pháp gửi đồng loạt xử lý lỗi 3.4.4 Cấu trúc điện CAN sử dụng phƣơng thức định địa theo đối tƣợng Các đối tƣợng đƣợc hiểu đại diện cho thơng báo mang liệu quan tâm nhƣ giá trị đo, giá trị điều khiển, thông tin trạng thái Mỗi đối tƣợng thơng báo có tên riêng biệt, hay nói cách khác là cƣớc (IDENTIFIER) đƣợc sử dụng để truy cập bus Mỗi điện có ô chứa cƣớc 56 đối tƣợng với chiều dài 11 bít (dạng khung chuẩn theo CAN2.0A) 29 bít (khung mở rộng CAN2.0B) CAN định nghĩa kiểu điện sau: - Khung liệu (DATA FRAME) mang liệu từ trạm truyền tới trạm nhận - Khung yêu cầu liệu (REMOTE FRAME) đƣợc gửi từ trạm yêu cầu truyền khung liệu với mã cƣớc - Khung lỗi (ERROR FRAME) đƣợc gửi từ trạm phát lỗi bus - Khung tải (OVERLOAD FRAME) đƣợc sử dụng nhằm tạo khoảng cách thời gian bổ sung hai khung liệu yêu cầu liệu trƣờng hợp trạm bị tải Các khung liệu yêu cầu liệu sử dụng dạng khung chuẩn dạng khung mở rộng Giữa hai khung liệu yêu cầu liệu cần khoảng cách bít lặn để phân biệt đƣợc gọi INTERFRAME SPACE Trong trƣờng hợp tải khoảng cách lớn bình thƣờng Khung liệu/Yêu cầu liệu: Mỗi khung liệu mang từ đến byte liệu sử dụng Chuẩn CAN không quy định giao thức dịch vụ lớp 2, việc diễn giải vùng liệu nhƣ thuộc tồn quyền ngƣời sử dụng Các điện nhỏ khơng thích hợp với số lĩnh vực ứng dụng định, nhƣng tạo lợi tính thời gian thực Cụ thể, tình trạng thành viên chiếm giữ bus thời gian dài nhờ khơng xảy Hình 3.25 Cấu trúc khung liệu CAN Khung yêu cầu liệu có cấu trúc tƣơng tự nhƣ khung liệu, nhƣng không mang liệu khác với khung liệu bít cuối phân xử - Khởi đầu khung bít trội đánh dấu khởi đầu khung liệu khung yêu cầu liệu Tất trạm phải đồng hóa dựa vào bít khởi đầu 57 - Ơ phân xử đƣợc sử dụng mức ƣu tiên điện Quyết định quyền truy nhập bus có nhiều thơng báo đƣợc gửi đồng thời Ơ phân xử có chiều dài 12 bít dạng khung chuẩn 32 bít dạng khung mở rộng mã cƣớc dài 11 bít 29 bít Bít cuối phân xử đƣợc gọi bít RTR (Remote Transmission Request), dùng để phân biệt khung liệu (bít trội) khung yêu cầu liệu (bít lặn) - Ơ điều khiển chiều dài bít, bít cuối mã hóa chiều dài liệu (bít trội bít lặn 1) Tùy theo dạng khung chuẩn hay mở rộng mà ý nghĩa hai bít cịn lại khác chút - Ô liệu có chiều dài từ đến byte, byte đƣợc truyền theo thứ tự từ bít có giá trị cao (MSB) đến bít có giá trị thấp (LSB) - Ơ kiểm sốt lỗi CRC bao gồm 15 bít đƣợc tính theo phƣơng pháp CRC bít lặn phân cách Dãy bít đầu vào để tính bao gồm bít khởi đầu khung, ô phân xử, ô điều khiển ô liệu, với đa thức phát - Ô xác nhận ACK (Acknowlegment) gồm bít đƣợc phát bít lặn Mỗi trạm nhận đƣợc điện phải kiểm tra mã CRC Nếu phát chồng bít trội thời gian nhận đƣợc bít ARC (ARC slot) Nhƣ vậy, điện đƣợc truyền xác có bít ARC trội nằm hai bít lặn phân cách (một bít phân cách CRC bít phân cách ARC) - Kết thúc chung đƣợc đánh dấu bít lặn Khung lỗi: Một khung lỗi đƣợc gửi từ trạm phát lỗi bus Khung lỗi bào gồm cờ lỗi (Error Flag) phân cách lỗi (Error Delimiter) CAN phân biệt hai loại lỗi lỗi chủ động (Active Error) lỗi bị động (Passive Error) Tƣơng ứng với chúng hai dạng cờ lỗi: Hình 3.26 Cấu trúc khung lỗi CAN - Dạng cờ lỗi chủ động bao gồm bít trội liền 58 - Dạng cờ lỗi bị động bao gồm bít lặn liền nhau, trừ trƣờng hợp bị ghi đ lên bít trội từ trạm khác Một trạm lỗi chủ động phát lỗi báo hiệu cách gửi cờ lỗi chủ động Cờ lỗi chủ động vi phạm luật nhồi bít phá bỏ dạng cố định ACK hay kết thúc khung Chính vậy, tất trạm khác phát lỗi bắt đầu gửi cờ lỗi Cuối cùng, dãy bít trội quan sát đƣợc bus thực tế kết xếp chồng nhiều cờ lỗi khác phát riêng từ trạm Tổng chiều dài dãy dao động khoảng từ đến 12 bít Phân cách lỗi đƣợc đánh dấu bít lặn liên tục Sau gửi xong cờ lỗi, trạm phải gửi tiếp số bít lặn đồng thời quan sát bus Cho đến phát bít lặn (tức trạm khác gửi xong cờ lỗi chủ động), chúng phát tiếp bảy bít lặn Khung q tải: Một khung q tải có cấu trúc tƣơng tự nhƣ khung lỗi bao gồm cờ tải (Overload flag) phân cách tải (Overload Delimiter) Hình 3.27 Cấu trúc khung tải CAN Cờ tải gồm sáu bít trội tƣơng tự nhƣ cờ lỗi chủ động Cờ tải xóa bỏ dạng cố định ô INTERMISSION khoảng trống hai khung Chính vậy, tất trạm khác phát tình trạng tải bắt đầu gửi cờ tải Cuối cùng, dãy bít trội quan sát đƣợc bus thực tế xếp chồng nhiều cờ lỗi khác phát riêng từ trạm Cũng giống nhƣ khung lỗi, phân cách tải đƣợc đánh dấu tám bít lặn liên tục Sau gửi xong cờ lỗi, trạm phải quan sát bus phát bít lặn Tại thời điểm tất trạm khác gửi xong cờ tải, chúng phát tiếp bít lặn Tối đa hai khung q tải sử dụng nhằm tạo thời gian trễ hai khung liệu khung yêu cầu liệu 3.4.5 Truy nhập bus CAN sử dụng phƣơng pháp truy nhập môi trƣờng CSMA/CA, tức điều khiển phân kênh theo bít Phƣơng pháp phân mức ƣu tiên truy nhập bus dựa theo tính cấp thiết nội dung thơng báo Mức ƣu tiên phải đƣợc đặt cố định, trƣớc hệ thống vào vận hành Thực tế, mã cƣớc mang ý nghĩa liệu thơng báo, mà cịn đồng thời đƣợc sử dụng mức ƣu tiên 59 Bất trạm mạng bắt đầu gửi thơng báo, đƣờng truyền rỗi Mỗi điện bắt đầu bít khởi điểm mã cƣớc, hai nhiều trạm đồng thời bắt đầu gửi thông báo, việc xung đột đƣờng truyền đƣợc phân xử dựa theo bít mã cƣớc Mỗi thu phát phải so sánh mức tín hiệu bít gửi với mức tín hiệu quan sát đƣợc bus Nếu hai mức tín hiệu có trạng thái logic giống trạm có quyền phát bit tiếp theo, trƣờng hợp ngƣợc lại phải dừng Hình 3.28 Minh họa hoạt động CAN Trong trƣờng hợp thực bít giá trị ứng với mức trội bít giá trị ứng với mức lặn, bít lấn át Vì vậy, thơng báo có mã cƣớc nhỏ đƣợc tiếp tục phát hay nói cách khác, thơng báo có mã cƣớc bé mức ƣu tiên cao Trong trƣờng hợp xảy va chạm thông báo mang liệu (DATA FRAME) thông báo yêu cầu gửi liệu (REMOTE FRAME) với mã cƣớc, thông báo mang liệu đƣợc ƣu tiên Phƣơng thức phân xử đảm bảo thông tin không bị mát, mà nâng cao hiệu sử dụng đƣờng truyền 60 D nh m c chữ viết tắt CAN Controller Area Network ECM Electronic Control Module ECU Electronic Control Unit DLC3 Data Link Connector J/C Junction Connector BEAN Body Electronics Area Network AVC-LAN Audio Visual Communication-Local area Network LIN Local Interconnect Network MPX Multiplex Communication System Hi High Lo Low UART Universal Asynchronous Receiver/Transmitting TTP/C Time-Triggered Protocol TTCAN Time-Triggered Controller Area Network MAC Medium Access Control LLC Logical Link Control TDMA Time Division Multiple Access CSMA/CD Carrier Sence Multiple Access with Collison Detection CSMA/CA Carrier Sence Multiple Access with Collison Avoidance LAN Local Area Network OBDII On Board Diagnostics II EOBD European On Board Diagnostics CANL CAN Low CANH CAN High 61