嵌入式技術與整車網(wǎng)絡系統(tǒng)

　　功能分配僅針對單個工程功能，而功能與功能、系統(tǒng)與零部件存在的關聯(lián)和由此產(chǎn)生的沖突。因此，系統(tǒng)層面上針對功能、零部件的平衡是架構整合的基本內(nèi)容。同時。合格的架構不僅必須滿足成本要求，還需要與開發(fā)人力、可靠性、技術風險和可配置性進行折中。鑒于架構設計的復雜性和平臺化戰(zhàn)略考慮，通常以架構平臺的形式出現(xiàn)。

　　作為分布式嵌入式系統(tǒng)，網(wǎng)絡系統(tǒng)的架構(圖5)存在著更分布還是更集中的爭議。在更分布式的系統(tǒng)中，諸多功能盡可能按功能分布在不同的控制系統(tǒng)實現(xiàn)，系統(tǒng)的可配置性好、可靠性高但物料成本較高；在更集中的系統(tǒng)中，諸多功能盡可能按區(qū)域分布在同一的控制系統(tǒng)實現(xiàn)，系統(tǒng)的物料成本較低但可配置性差、可靠性低。在實際工程應用中，由于不同整車系統(tǒng)、不同功能領域的需求差異，更分布和更集中架構往往是折中的。架構開發(fā)常見的輸出是輸出文檔是電氣原理圖、功能分配規(guī)范，并直接作為線束、控制系統(tǒng)和總線開發(fā)的設計輸入。

四、總線開發(fā)

　　總線是指連接控制器的數(shù)字、雙向傳輸、多分支結構的通信系統(tǒng)，通常一條或多條總線和網(wǎng)關構成整車網(wǎng)絡。常見的總線如CAN、LIN，以及MOST、FlexRay。

　　總線可被視為滿足分布式功能需要的用于數(shù)據(jù)交換的非用戶工程功能，依托節(jié)點的嵌入式軟硬件分布式實現(xiàn)的。因此，運用總線時必須考慮其資源占用、時延、可靠性、線束布局等需求；反之，這些也是總線技術升級換代的驅(qū)動力。通常，總線開發(fā)包括物理層、通信層、網(wǎng)絡管理和網(wǎng)關四部分內(nèi)容。

　　4.1物理層(圖6)

　　物理層指構成總線硬件的線束、接插件及板級收發(fā)電路。作為硬件部分，主要的難點在于設計偏差認可和一致性保證。前者主要是存在于沿用其他總線設計的控制系統(tǒng)，硬件的設計偏差認可與否很大程度上影響了方案最終確定；后者是指批量情況下全壽命周期的性能一致性保證，為避免散差、老化造成的質(zhì)量問題，必須在設計階段對性能指標進行相應分配，并通過耐久試驗進行測試與改進。

4.2通信層(圖7)

　　通信層介于物理層和應用軟件之間，是通信協(xié)議的主體，主要包含通信策略和信號配置。

　　通信策略定義了通信機制的傳輸模型和時延模型，本質(zhì)上服務于功能內(nèi)部的數(shù)據(jù)交換需求，并屬于后者的抽象。例如人機類功能一般屬于開環(huán)控制類，事件觸發(fā)的傳輸模式即可滿足數(shù)據(jù)交換需要，總體時延要求在200毫秒以上。通信策略不僅可以直接作為通信層軟件開發(fā)需求，也是通過總線進行功能分配的重要參考依據(jù)。忽視通信策略的設計和驗證。容易造成總線負載高、時延超差等問題，由此引發(fā)的功能失效的代價極大。一般而言，采用含有成熟通信策略的嵌入式軟件是較保險的解決方案。

信號配置是與架構設計直接相關，也是總線設計中最直觀的部分。信號配置本質(zhì)上是把信號根據(jù)協(xié)議特性和架構需求進行組幀的過程。從邏輯角度，信號配置必須滿足架構中的流向關系、幀裝載字長和帶寬等限制；從時序角度，分配后信號的傳輸時延應確保滿足功能的總體時延分配。

　　4.3網(wǎng)絡管理

　　網(wǎng)絡管理主要完成啟動／停止、休眠／喚醒、錯誤處理和版本控制等功能。網(wǎng)絡管理通常包含節(jié)點管理和系統(tǒng)管理(狹義網(wǎng)絡管理)，前者限于節(jié)點本地的通訊管理，后者協(xié)調(diào)節(jié)點間的系統(tǒng)級行為。

　　作為解決方案，可以直接引入包含網(wǎng)絡管理算法的嵌入式軟件，進一步定義網(wǎng)絡管理策略的時間參數(shù)設定、網(wǎng)絡管理底層策略與應用層的接口和應用層對網(wǎng)絡管理的具體需求。需要指出的是，網(wǎng)絡管理的失效易導致意外的休眠／喚醒，輕者導致相關功能失效，重者將影響蓄電池電置。

4.4網(wǎng)關

　　網(wǎng)關實現(xiàn)不同總線的不同類型的數(shù)據(jù)交換，不僅包括常見的信號數(shù)據(jù)，還包含喚醒／休眠、啟動／停止等管理指令。對于信號數(shù)據(jù)的路由組織，基于信號的方式利于時延的評估，而基于幀的方式便于配置的標準化，分別體現(xiàn)了不同的架構設計理念。

　　網(wǎng)關的功能性需求來源于架構設計，越復雜越分布，系統(tǒng)的網(wǎng)關復雜度越大。從實現(xiàn)角度，網(wǎng)關功能增加了系統(tǒng)的可配置性但降低了可靠性，需要在架構設計中進行合理平衡。

五、診斷開發(fā)

　　診斷系統(tǒng)能實時監(jiān)控功能運行，并通過總線接口與外部用戶設備實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，滿足法規(guī)、開發(fā)、制造、售后甚至信息服務的需求。從法規(guī)角度，通常排放相關的診斷內(nèi)容是強制性標準化的．如常見的在線診斷(OBD)。診斷開發(fā)的基本內(nèi)容主要包括功能自診斷、診斷管理、通信協(xié)議和配置系統(tǒng)四部分開發(fā)內(nèi)容。

　　5.1功能自診斷(圖9)

　　任何嵌入式方式實現(xiàn)均存在軟硬件失效的可能，因此實時在線的功能自診斷是必要的保障手段。功能診斷包括面向應用功能的自診斷和面向系統(tǒng)功能的自診斷，后者通常是指操作系統(tǒng)、總線等基礎或者內(nèi)核部分。功能自診斷通常針對對物理輸入輸出和邏輯輸入輸出，前者通過相關電路特性判斷是否存在物理失效，后者對邏輯信號的數(shù)值、變化特性進行可信度判斷。一經(jīng)判斷出失效，系統(tǒng)將采取缺省值甚至降級運行等處理策略。需要指出的是，功能自診斷的初衷是針對潛在失效，因此相關的失效模式分析是其設計來源