汽车电脑系统的工作过程-汽车电脑系统架构设计

1.汽车CAN系统知识

2.请问autosar和osek的关系是什么？

3.自主品牌纷纷发布新架构，新一轮竞争始于“架构化造车”

汽车CAN系统知识

汽车电子与CAN总线

摘要：控制器局域网（CAN）是一种有效支持分布式控制或实时控制的现场总线，具有高性能和高可靠性的特点；随着现代汽车技术的发展，CAN技术在汽车电子领域应用日益广泛。文章介绍了符合CAN2.0B协议汽车CAN系统设计方案，着重讨论了以微处理器P89C668为核心的CAN总线智能节点的软硬件实现，推荐一款MOTOROLA的多路开关检测芯片MC33993，并且涉及到 ，SPI以及在系统编程等技术。

关键词：现场总线，CAN，汽车电子，MC33993， ，SPI

1 汽车电子与CAN总线

随着汽车电子技术的不断发展，汽车上各种电子控制单元的数目不断增加，连接导线显著增加，因而提高控制单元间通讯可靠性和降低导线成本已成为迫切需要解决的问题。为此以研发和生产汽车电子产品著称的德国BOSCH公司开发了CAN总线协议，并使其成为国际标准（ISO11898）。1989年，Intel公司率先开发出CAN总线协议控制器芯片，到目前为止，世界上已经拥有20多家CAN总线控制器芯片生产商，110多种CAN总线协议控制器芯片和集成CAN总线协议控制器的微处理器芯片。在北美和西欧，CAN总线协议已经成为汽车计算机控制系统和嵌入式工业控制局域网的标准总线，并且拥有以CAN为底层协议专为大型货车和重工机械车辆设计的J1939协议。我国的汽车CAN总线技术起步较晚，但随着现代汽车电子的不断进步发展，其研究和应用正如火如荼的进行中。CAN总线是一种串行多主站控制器局域网总线，是一种有效支持分布式控制或实时控制的串性通讯网络。CAN总线的通信介质可以是双绞线，同轴电缆或光导纤维，通信速率可达1Mbps/40m，通信距离可达10km/40Kbps。由于其通信速率高，可靠性好以及价格低廉等特点，使其特别适合中小规模的工业过程监控设备的互连和交通运载工具电气系统中。CAN总线有如下基本特点：

◎ 废除传统的站地址编码，代之以对通信数据块进行编码，可以多主方式工作；

◎ 采用非破坏性仲裁技术，当两个节点同时向网络上传送数据时，优先级低的节点主动停止数据发送，而优先级高的节点可不受影响继续传输数据，有效避免了总线冲突；

◎ 采用短帧结构，每一帧的有效字节数为8个，数据传输时间短，受干扰的概率低，重新发送的时间短；

◎ 每帧数据都有CRC校验及其他检错措施，保证了数据传输的高可靠性，适于在高干扰环境下使用；

◎ 节点在错误严重的情况下，具有自动关闭总线的功能，切断它与总线的联系，以使总线上其他操作不受影响；

◎ 可以点对点，一对多及广播集中方式传送和接受数据。

图1 汽车CAN总线系统架构

现代汽车典型的控制单元有电控燃油喷射系统，电控传动系统，防抱制动系统（ABS），防滑控制系统（ASR），废气再循环系统，巡航系统和空调系统，车身电子控制系统（包括照明指示和车窗，刮雨器等）。完善的汽车CAN总线网络系统架构如图1所示。

2 CAN节点硬件构架

核心芯片：

选用PHILIPS公司的高性能8位微处理器P89C668。其突出特点如下：

◎ 80C51 中央处理单元；

◎ 内置可ISP（在系统编程）和IAP（在应用编程）的Flash 存储器，Boot ROM 可通过串口访问从而升级下载用户程序；

◎ 每个机器周期6 个时钟周期操作标准，每个机器周期12 个时钟周期操作可选，周期12 个时钟周期下速度高达33MHz；

◎ 8K字节RAM和64K字节FLASH；

◎ 4 个中断优先级，8 个中断源；

◎ 自带 串行接口序列；

◎ 5路可编程的计数器阵列PCA（PWM输出，捕捉/比较，高速输出三种工作方式）。

无论从处理能力，存储容量，还是外围资源以及网络可扩展性方面来评价，P89C668都是一款出色的微处理器，适用工控电子等各个领域。尤其是其8K字节RAM的"海量"内存，更是许多高速存储应用场合的首选。

CAN接口电路：

采用技术成熟应用广泛的SJA1000(CAN控制器)，6N137(光电隔离)，P82C250（CAN收发器）组成接口电路。需要指出的是，CAN总线(CANH,CANL)两端务必跨接120欧的终端电阻。SJA1000中断引脚接CPU的外中断0引脚。

在应用/系统编程电路：

IAP/ISP技术在许多款高性能单片机得到应用，其突出特点是方便快捷的实现程序的下载和更新。P89C668的FLASH空间0XFC00～0XFFFF烧写入1K字节的Boot Rom程序，上电后可以通过软件和硬件置位方法进入Boot Rom程序，通过PHILIPS提供的编程软件由串行口通讯就可以实现程序的在线升级（ISP）。当然用户还可以根据需要依据协议，自己编写Boot Rom程序（IAP）。通过拨码开关硬件置位（ALE, , ,P2.6,P2.7），上电后强制进入Boot Rom程序，烧写程序完毕后拨回原来状态重新上电后就进入用户程序。串行口电平转换芯片用MAX202替代MAX232，其匹配电容只需103瓷片电容。串行数据通讯波特率可达38400bps。

晶振和复位电路：

外接一块工业级的12M振荡芯片作为时钟信号。复位电路采用X25045芯片进行智能控制。X25045芯片将看门狗定时器，电源监控电路和E2PROM功能合三为一。看门狗定时器功能在系统出错期间，经过一个可设置的时间间隔就置位RESET信号。电源监控电路能检测到欠电压状况，在VCC下降到限阀值以下，系统被复位。并且RESET信号在VCC恢复且稳定之前一直有效。存储器功能的X25405是CMOS的4096字的E2PROM.并且支持SPI协议的三线（SO,SI,SCLK）存取。本节点用到X25405的前两个功能构成可靠的复位电路。

开关/数字量，模拟量检测电路：

汽车节点的开关器件（信号灯，雨刮，面板，车窗玻璃，电动后视镜等等的开关）特别复杂和繁多，而电流检测，水温油位传感器信号都是非线性的模拟信号，所以可靠实时地对这些开关/模拟量进行检测成为汽车电子硬件必须解决的问题。传统的分立元件保持电路存在可靠性差，尤其是开关触点氧化严重，浪费大量的微处理器I/O口等问题，推荐采用MOTOROLA公司的多路开关检测芯片MC33993。其突出优点如下：

◎ 3.3/5.0V的SPI序列读写（SO,SI,SCLK）；

◎ 8路可编程开关输入检测（接地或接电源），14路接地开关输入检测，每路开关状态改变均能够产生中断；

◎ 开关输入电压从-14V～Vpwr（工作电源），Vpwr最大可达40V；

◎ 开关状态改变时的可选择唤醒；

◎ 可选择的湿性电流（16mA或2mA）；

◎ 22对1的模拟量输出；

◎ Vpwr的低功耗电流(standby current)小于100uA,VDD的低功耗电流(standby current)小于10uA。

可见只需要四个CPU口线（SPI序列线和片选），就能够完成22路开关量（其中有8路可编程为对接电源开关）的检测，还可以进行串行和并行的多片MC33993级连。所谓的湿性电流（wetting current），指的是MC33993内部提供的输入口的上拉和下拉恒流源，可以编程选择为16mA或2mA，这对于保证开关的可靠闭合，去除金属触点的氧化物有着良好的作用。输入口的恒流源，可以直接驱动MOSFET以及LED。每一个输入口都可以编程为模拟量输出状态，从而在AMUX引脚输出所选输入口的电压。利用MC33993恒流源和模拟量输出可以组成线性的传感器检测电路。ADC芯片选用AD公司生产的并行数据采样集成芯片AD1674。它从引脚到功能都与AD574/674完全兼容，但内部增加了采样/保持电路，采样频率为100kHZ，并且有全控模式和单一工作模式。其采样精度可达0.05%，符合高速数据采集的要求。

功率器件驱动电路：

汽车车身控制系统需要驱动大功率的用电器件，比如照明信号灯，前后雨刮器电机，电动车窗，电动后视镜等等。功率驱动器件考虑采用MOTOROLA公司的汽车专用功率器件。MC33286为汽车电气专用智能的双路控制驱动芯片，与传统的机械继电器相比，自身提供过流和过热保护，响应时间更短，稳定性更高。MC33286设有两路驱动通道，每路最大工作电流可达15A，通过两路输入端口将CPU引脚电平信号引入，经过内部的逻辑处理模块转换成输出通道的电平变化。特别适合信号灯以及阻性负载的驱动。MC33887是带反馈的H桥型驱动芯片，专用来驱动需要正反转的电机负载。MC33486与MC33887类似，但内部只有半桥须外加CMOS管以构成全桥驱动电路，稳定输出可达10 A，尤其适用于电动车窗电机之类的大功率并伴有冲击电流的正反相控制要求。

3 软件结构

系统的程序结构分为四个部分：CAN通讯程序（包括应用层协议的SJA1000通讯），外围接口程序（所有检测芯片和驱动芯片的驱动），中断服务程序（处理开关信号以及故障报警等消息），主程序（完成系统初始化和任务调度，喂狗等）。限于篇幅，以下着重介绍 CAN应用层协议。

本系统CAN通讯选用CAN2.0B协议的PeliCAN模式，通信位速率为500Kbps，采用双验收滤波器机制。为使用及修改方便，通讯协议中标识码设计兼容点对点、一对多及广播通讯模式。开关量消息通讯时各节点间采用主从结构，子节点的报文只有主节点接收（点对点模式），主节点的报文所有子节点均接收（广播模式）。模拟量消息通讯时各节点间采用点对点模式。

标识符定义：(如图3所示)

◎ 类名：00000100--应答类消息（自检应答、故障诊断）；00001000--命令类消息；00010000--调试类消息；00100000--下载类消息；01000000--工作类消息。

◎ 保留A：验收滤波器配置预留。

应答类消息中：ID19：1--自检应答消息 0--故障诊断出错消息

ID20：验收滤波器配置预留

工作类消息中：ID19：1--开关量消息 0--模拟量消息

ID20：验收滤波器配置预留

◎ 目的地址：接收报文节点的地址。

◎ 源地址：发送报文节点的地址，用于系统自检。

图3 标识符定义

4 结束语

CAN总线以其高性能，高可靠性及独特的设计，受到工业控制领域和汽车电子领域的广泛重视，已被公认为最有前途的现场总线之一。我们深信不久的将来，国产的CAN总线汽车必将诞生。

请问autosar和osek的关系是什么？

都是汽车电子软件的标准。

AUTOSAR与OSEK二者都是汽车电子软件的标准。

OSEK基于ECU开发，AUTOSAR基于整体汽车电子开发。

1.AUTOSAR

AUTOSAR一般就是指AUTOSAR构架/标准，AUTOSAR的全称是AUTomotive Open System ARchitecture），随着多年的发展，越来越多的行业内的公司加入到了AUTOSAR联盟中，这其中有OEM（汽车整车厂），Tier1（汽车零部件供应商），芯片制造商以及工具制造商，AUTOSAR构架/标准也成为了汽车E/E设计的发展方向。

2.OSEK

在1995年召开的研讨会上众多的厂商对OSEK和VDX的认识达成了共识，产生了OSEK/VDX规范(1997年发布)，本文简称OSEK规范。

它主要由四部分组成:操作系统规范(OSEK Operating System,OSEK OS)、通信规范(OSEK Communication , OSEK COM )、网络管理规范( OSEK Net Management, OSEK NM)和OSEK实现语言(OSEK Implementation Language,OIL)。

扩展资料：

OSEK OS的特点

OSEK规范为实现其制定的初衷并满足汽车控制领域对系统安全性和节省有限资源的特殊要求，制定了系统而全面的操作系统规范。其特点主要有以下几个方面。

1.?实时性?

由于越来越多的微处理器被应用到汽车控制领域，如汽车刹车的防抱系统、动力设备的安全控制等这些系统直接关系着人的生命安全，即使出现丝毫的差错也会导致危及生命安全的严重后果，因此要作系统具有严格的实时性。

2.可移植性?

OSEK规范详细规定了操作系统运行的各种机制，并在这些机制基础上制定了标准的应用程序编程接口，使那些独立编写的代码能够很容易地整合起来，增强了应用程序的可移植性。

3.可扩展性?

为了适用于广泛的目标处理器，支持运行在广泛硬件基础上的实时程序，OSEK操作系统具备高度模块化和可灵活配置的特性。

AUTOSAR特点

1、模块化和可配置性?

定义了一套汽车ECU软件构架，将不依赖硬件的软件模块和依赖硬件的软件模块分别优雅的封装起来，从而可以让ECU可以集成由不同供应商提供的软件模块，增加了功能的重用性，提高了软件质量。软件可以根据不同的ECU功能需求和资源情况进行灵活配置。

2、有标准化接口?

定义了一系列的标准API来实现软件的分层化。

3、提出了RTE的概念?

RTE全称是Runtime Environment，采用RTE实现了ECU内部和ECU之间的节点通讯，RTE处于功能软件模块和基础软件模块之间，使得软件集成更加容易。

4、具有标准的测试规范?

针对功能和通讯总线制定了标准的测试规范，测是规范涵盖的范围包括对于AUTOSAR的应用兼容性（例如RTE的需求，软件服务行为需求和库等）和总线兼容性（总线处理行为和总线协议等），它的目标是建立标准的测试规范从而减少测试工作量和成本。

参考资料：

参考资料：

自主品牌纷纷发布新架构，新一轮竞争始于“架构化造车”

当下，相信对汽车有所了解的朋友，对“平台”、“架构”也并不陌生。

平台是什么？汽车平台是由一些共用件组成的，并根据市场的需要，设计出多种产品。它的意义在于满足了汽车生产的需求，在成本、人力以及管理方面得到改善，让汽车的制造成本有所降低。

那架构又是什么呢？汽车架构是在平台的基础上演变而来的，当一个车企的汽车平台过于繁多时，同样会造成研发成本的上升，若能在平台与平台之间建立联系，那就能更好的发挥平台的作用。

架构就是基于平台本身，以更高的层面来提供工程设计方案和模块化制造的架构体系，贯穿生产、研发和产品等环节。可以说，架构化具备了更高的可延展和模块化特性。

大众最早提出“造车平台”，在平台之上诞生了模块化的生产与管理理念，后来是丰田推出TNGA火起来，领克也推出了CMA。

今年以来，长城发布柠檬与坦克平台、吉利发布SEA浩瀚架构、奔腾发布无限方程FMA架构、长安发布方舟架构、北汽发布IMC智能模块化架构……好像，不知不觉间，汽车行业已然迈入了架构化造车的时代。

尤其是自主品牌纷纷发布全新汽车平台、架构，其实也在昭示着新一轮的竞争开始了——架构化造车成为了关键。为何会如此呢？

对于车企来说，一旦拥有了架构化造车的能力，新车的研发生产流程将大大缩短，车企将会有源源不断的产品支撑以及更加宽裕的发展空间。此外，架构化同样具备降低制造成本的优势，同架构车型能够有效共享接口、零件等等。

对于消费者来说，架构化下的产品也更强调带给用户的价值，比如可以兼容动力和油耗、驾控与舒适，这些以前会相互矛盾的产品点。而这时，消费者就可以用更加经济的价格，获得更好的用车体验，与此同时的便是，产品可以更好的被市场所接受。

所以，我们就不难理解自主品牌为何会不谋而合般在架构方面纷纷发力了。那么，这些全新的自主品牌平台架构，又有什么特点呢？我们可以简单的来看一下。

▍广汽GPMA

2019年，广汽全球平台模块化架构GPMA正式投入使用。作为广汽集团面向全球主要汽车市场开发的平台化模块化架构，GPMA历时数年迭代升级，是广汽造车理念的全面升级。

GPMA包括R和L两个子平台，涵盖了轿车、SUV、MPV、PHEV、HEV等车型，是国内首个兼顾全球不同汽车市场需求的平台架构。

GPMA架构秉承广汽集团e-TIME行动计划“一切以客户体验为中心”的核心理念，?从用户最为关心的需求出发，打造了“活力、节能、可靠”的平台架构，实现了年轻化、驾控、智联化、低油耗、混动化、可靠、安全、健康舒适、柔性化制造、全球化等十大领域的进化升级。

GPMA架构不仅是指平台开发技术的提升，也是广汽集团为实现高质量发展对研发体系、采购体系、生产体系、销售体系等研产销一体化的体系变革，是“全新造车理念”的升级。

广汽传祺第二代GS4是基于GPMA打造的首款SUV车型，月均销量连续破万；广州车展上，其又带来了GPMA首款运动轿车EMPOW55，其通过两降三升及0.26Cd超低风阻，在打造年轻运动时尚造型的同时，以给予驾驶者更好的动力性能和驾控体验，并且大大降低了年轻人购买性能轿车的准入门槛。

▍长安方舟

11月14日，长安智能化架构——方舟首次面世。长安方舟架构覆盖A0级-C级的所有车型，以智能和大数据赋能整车基础性能迭代进化，致力于打造真正的智能汽车。

长安汽车以“方舟”命名模块化平台架构有两层含义，一是代表长安汽车智能科技与造车基础技术的完美结合，同“诺亚方舟”一样内部结构完美、整体协调统一。

二是代表架构像“诺亚方舟”一样能够不断自我进化、自我突破以适应未来环境变化，为用户带来安全可靠、值得信赖、面向未来的用车体验，成为中国汽车品牌的希望之舟。

据了解，方舟架构下所有车型，全系搭载NE蓝鲸动力，百公里加速时间缩短24%，兼容8种发动机状态，排量覆盖1.2-2.0L，兼容48V低压混动、高压混动、插电混动3种电气化动力，匹配8种变速器模块，具备16种动力组合模式。

方舟架构下新一代产品，支持安全可扩展的智能驾驶配置，架构核心预留36个传感器，高精度地图和定位，5G-V2X模组，2个高算力域控制器，冗余制动、冗余转向和冗余电源，现阶段实现中国品牌首个L3级自动驾驶量产。

长安汽车预计2025年，将有百万台级的车辆接入方舟自动驾驶的世界。

▍奔腾无限方程FMA

在今年成都车展上，奔腾正式发布了旗下全新技术架构“无限方程FMA架构”，并宣布诞生于此架构的首款车型新一代奔腾B70定名为第三代奔腾B70。

无限方程FMA架构中F是指一汽（FAW）、向前（Forward）、未来（Future）的首字母，MA是代表了模块化的架构。FMA架构具备了更好的平台化、模块化特质，具备安全性、智能及网联化、驾驶及乘坐体验三大方面的优势。

在安全方面，一汽奔腾无限方程FMA集成了18项安全装备和23项主动安全技术，可以最大限度地减少事故和保护乘客。

智能及网联化方面，得益一汽奔腾领先的FEEA2.0电子电器架构体系，无限方程FMA架构成功打造出全新的智慧座舱，具有安全性高、应用生态丰富、迭代灵活等特点。

对于驾驶和乘坐体验，无限方程FMA架构在保持优秀的操控性能基础上，具备了“劲、稳、悦”三大特征。

▍吉利SEA浩瀚

今年北京车展前夕，吉利汽车重磅发布了SEA浩瀚智能进化体验架构。据了解，SEA架构历时4年打造，共投入超过180亿元。

不同于传统汽车架构以硬件为主的设计体系，SEA架构是以硬件层、系统层和生态层构建立体化布局。它拥有全球超大带宽，实现了从A级车到E级车的全尺寸覆盖。

同时，SEA架构是全球超高效的智能电动汽车解决方案，其实现了NEDC工况下20万公里无衰减，200万公里长寿命动力电池；在充电速率方面，所能搭载的最大800伏高压系统，可实现充电5分钟，续航120公里。这有效解决了纯电车痛点。

此外，其重新定义软件汽车的研发周期，将软件开发的时间缩短50%以上。SEA在算力和通讯方面做了大量的预留，芯片的算力只使用了40%，甚至涉及娱乐、信息芯片，只使用了30%。

在自动驾驶方面，Mobileye首发的是EyeQ5芯片，而当下EyeQ4芯片都尚未完全普及，甚至很多ADAS功能都还没有开发完整。

SEA架构是吉利从汽车制造商向出行服务商科技转型的重要成果，标志着吉利汽车进入智能电动汽车的系统推进阶段。

▍星途M3X火星

奇瑞汽车作为自主品牌的先行者，它基于“不断探索、超越自我”的品牌精神、23年的成熟造车经验和五大研发中心的全球布局，旗下中高端品牌EXEED星途携手全球顶级供应商麦格纳打造出具有世界级水准的M3X火星架构。

M3X火星架构在今年的北京车展对外公布。M3X火星架构具备极强的衍生能力，兼容A-C级SUV/轿车/MPV及新能源车型，并由安全星云、智汇星河、舒享星空和动力星核四大核心优势模块架构而成。

四大模块可分别进化，从而确保架构本身不断进化和发展，对于整个M3X火星架构来说，安全性是最大的亮点。

M3X火星架构下的每款星途车型采用的是笼式吸能太空舱，高强度钢覆盖比例可达78%，在B柱等关键部位使用了1500MPa超高强度热成型钢。这样的结构设计，可以保障车辆在受到正面，侧面，及后方高速碰撞时，乘员舱内有足够的安全生存空间。

比如在2020年度C-NCAP碰撞测试中，星途TXL?1.6T星享型，综合得分率荣膺五星+安全评级。星途M3X火星架构的到来，显然能够大大加强其产品的竞争力，也能为消费者带来更具性价比的高品质产品。

总的来说，在新一轮的科技浪潮之下，汽车无疑向着更先进、更智能的方向进化着，而在全球汽车产业经历深刻变革的大势下，自主品牌纷纷踏出了架构化造车这一步，不仅是自信的体现，无疑也是深厚实力的展示。

我们有理由相信，作为中国汽车行业中的中坚力量，随着新模块化架构的应用，其将有能力继续挑战合资，并直接从品质上实现超越。

本文来源于汽车之家车家号作者，不代表汽车之家的观点立场。