車載電子處理單元公共平臺系統(tǒng)及其數據通訊方法
【專利摘要】本發(fā)明為車載電子處理單元公共平臺系統(tǒng)及其數據通訊方法，其系統(tǒng)中擴展功能模塊構成實時以太網絡或CAN網絡，基本系統(tǒng)主要包括設有中央處理器的主控制板；中央處理器通過以太網模塊與實時以太網絡的擴展功能模塊連接，通過CAN總線模塊與CAN網絡的擴展功能模塊連接；所述主控制板和各擴展功能模塊以實時以太網絡應用層協議格式或CAN網絡應用層協議格式為基礎實現數據通訊，通訊接收方按所述實時以太網絡應用層協議格式或CAN網絡應用層協議格式獲取數據并解析數據。本發(fā)明各功能模塊之間實現數據共享、資源共用，解決了現有技術因沒有統(tǒng)一的物理接口和通訊協議難以實現擴展功能模塊的增減或替換、新模塊添加的技術問題。
【專利說明】車載電子處理單元公共平臺系統(tǒng)及其數據通訊方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及車載電子處理單元技術，特別涉及基于開放式可擴展的車載電子處理單元公共平臺系統(tǒng)及其數據通訊方法。
【背景技術】
[0002]汽車電子技術的迅猛發(fā)展極大地改善了汽車內部的各項性能，最具代表性的是電子控制單元EClXElectronic Control Unit),它是由集成電路組成的用于實現對數據的分析處理發(fā)送等一系列功能的控制裝置，目前在汽車上廣泛應用，并且集成度越來越高。另一方面，汽車電子技術的發(fā)展也使得像GPS導航儀、行車記錄儀、影音系統(tǒng)、倒車雷達、中控鎖等車載產品紛紛出現，這些車載電子產品極大地提高了汽車的智能化水平，提高了汽車的舒適性、安全性和駕駛的方便性。它們不屬于汽車內部控制網絡系統(tǒng)，也不影響汽車內部控制網絡系統(tǒng)的工作，具有相對的獨立性，多由第三方廠家設計制造，但由于沒有統(tǒng)一的接口規(guī)范，實現方式或手段又各不相同，導致了這些車載電子產品品種繁雜，各自獨立且互不兼容，多以單一功能產品面市，也有將多種功能集成在一個系統(tǒng)中，這種系統(tǒng)目前主要有以下幾種:
[0003]以PC主板為核心的車載電腦(CarPC)，這種車載電腦以英特爾ATOM處理器的PC主板為核心，實際就是一臺迷你型PC電腦，通過主板上擴展接口或內置方式實現與GPS模塊、3G模塊、攝像頭、藍牙等功能集成在一起，從而實現上網、影音娛樂、GPS導航、可視倒車、游戲等功能。但這種車載電腦具有成本高、功耗大、體積大、抗干擾能力差等缺點；
[0004]以ARM嵌入式系統(tǒng)為核心的車載導航影音系統(tǒng)，將GPS模塊、后視攝像頭、影音功放等功能集成在一起，從而實現車載導航儀、多功能DVD等功能。這種系統(tǒng)沒有統(tǒng)一的接口規(guī)范，每種功能電路連接方式各不相同，導致系統(tǒng)兼容性差，維修升級困難、功能和軟件單一等問題。
[0005]MOST (Media Oriented System Transport)面向媒體的系統(tǒng)傳輸總線，雖采用總線方式傳輸，實現娛樂系統(tǒng)、免提電話以及GPS導航等功能，但目前還處于發(fā)展階段，系統(tǒng)成本較高不適合普通車型，軟件工具不豐富，通用性差，不能與第三方產品兼容。
[0006]綜上所述，這些車載系統(tǒng)具有以下一項或多項缺點:
[0007](I)、屬于比較獨立的系統(tǒng)，基本不與車內其他系統(tǒng)功能模塊或部件連接，更不可能做到與其他系統(tǒng)功能模塊或部件的數據共用、資源共享；
[0008](2)、不兼容第三方功能模塊或部件產品，不同廠家不同品牌的功能模塊或部件產品之間沒有通用性、互換性和可替代性。各功能模塊或部件產品后續(xù)的維修、更換和升級都必須依賴原廠家完成；
[0009](3)、系統(tǒng)連線復雜，不規(guī)范，導致維護和維修困難，并存在一定的安全隱患；
[0010](4)、系統(tǒng)無擴充性設計，導致新功能模塊添加困難或無法添加；
[0011]( 5 )、沒有開放式可擴展的車載電腦公共平臺，沒有統(tǒng)一的電路物理接口，沒有統(tǒng)一開放式的通訊協議和開放式軟件系統(tǒng)及其接口，不利于未來汽車和汽車電子工業(yè)的發(fā)展。

【發(fā)明內容】

[0012]本發(fā)明提供基于開放式可擴展的車載電子處理單元(EPU，ElectronicProcessing Unit)公共平臺系統(tǒng)及其數據通訊方法,其針對電子處理單元系統(tǒng)的特點制定了實時以太網絡和CAN網絡的應用層協議格式，并以此為基礎實現電子處理單元系統(tǒng)主控制板與各擴展功能模塊之間的連接和數據傳輸，從而使各功能模塊之間實現數據共享、資源共用，解決了現有技術因沒有統(tǒng)一的物理接口和通訊協議難以實現擴展功能模塊的增減或替換、新模塊添加的技術問題。
[0013]本發(fā)明公共平臺系統(tǒng)采用下述技術方案實現:車載電子處理單元公共平臺系統(tǒng)，包括基本系統(tǒng)(電子處理單元)與擴展功能模塊；所述擴展功能模塊構成實時以太網絡或CAN網絡，所述基本系統(tǒng)包括分別與實時以太網絡、CAN網絡及汽車內電子控制單元連接的主控制板；所述主控制板包括中央處理器，中央處理器通過以太網模塊與實時以太網絡的擴展功能模塊連接，通過CAN總線模塊與CAN網絡的擴展功能模塊連接；
[0014]所述主控制板和各擴展功能模塊以實時以太網絡應用層協議格式或CAN網絡應用層協議格式為基礎實現數據通訊，主控制板和各擴展功能模塊在實時以太網絡或CAN網絡中具有唯一的、用于確認其身份和功能的地址；實時以太網絡應用層協議格式或CAN網絡應用層協議格式包括數據類型、功能碼及數據長度，數據類型、功能碼和數據長度用于規(guī)定發(fā)送的數據性質、具體特征和實際數據長度，通訊接收方按所述實時以太網絡應用層協議格式或CAN網絡應用層協議格式獲取數據并解析數據。
[0015]優(yōu)選的，所述實時以太網絡還設有用于數據通訊緩存的網關，主控制板先將數據通過實時以太網絡傳送到網關，再由網關將數據分段傳送到CAN網絡中對應的擴展功能模塊。
[0016]本發(fā)明公共平臺系統(tǒng)的數據通訊方法采用以下技術方案實現:
[0017](I)主控制板向實時以太網絡中的擴展功能模塊發(fā)送數據的通信步驟為:
[0018]主控制板的中央處理器先根據輸出數據要求按實時以太網絡應用層協議格式建立數據域；
[0019]由主控制板中的以太網控制器生成以太網數據幀，并通過主控制板中的以太網收發(fā)器發(fā)送到指定的擴展功能模塊中的以太網收發(fā)器；所述指定的擴展功能模塊的以太網收發(fā)器再將以太網數據幀發(fā)送到擴展功能模塊的以太網控制器；擴展功能模塊的以太網控制器解析以太網數據幀，獲得數據；
[0020]所述指定的擴展功能模塊的功能處理器按實時以太網絡應用層協議格式解析數據；
[0021](2)實時以太網絡中的擴展功能模塊向主控制板發(fā)送數據的通信步驟為:
[0022]所述指定的擴展功能模塊的功能處理器先根據輸出數據要求按實時以太網絡應用層協議格式建立數據域；
[0023]由擴展功能模塊的以太網控制器生成以太網數據幀，并通過擴展功能模塊的以太網收發(fā)器發(fā)送到主控制板的以太網模塊的以太網收發(fā)器；所述主控制板的以太網模塊的以太網收發(fā)器再將以太網數據幀發(fā)送到主控制板中的以太網控制器；主控制板中的以太網控制器解析以太網數據幀，獲得數據；
[0024]主控制板的中央處理器按實時以太網絡應用層協議格式解析數據；
[0025](3)主控制板向CAN網絡中的擴展功能模塊發(fā)送數據的通信步驟為:
[0026]主控制板的中央處理器根據輸出數據要求按CAN網絡應用層協議格式建立CAN報文的標識符ID和數據域；
[0027]主控制板的中央處理器設置主控制板中的CAN總線控制器的標識符ID和數據域之后，啟動CAN總線控制器；CAN總線控制器根據中央處理器對它的設置建立擴展格式數據幀,再通過主控制板中的CAN總線收發(fā)器發(fā)送數據幀；
[0028]擴展功能模塊的CAN總線控制器檢測CAN總線上的數據幀的ID號在該節(jié)點的ID表中存在，該數據幀成功通過CAN總線控制器的驗收濾波器單元的驗收，并將數據域傳送到擴展功能模塊的功能處理器，擴展功能模塊的功能處理器按CAN網絡應用層協議格式解析數據；
[0029](4) CAN網絡中的擴展功能模塊向主控制板發(fā)送數據的通信步驟為:
[0030]擴展功能模塊的功能處理器根據輸出數據要求按CAN網絡應用層協議格式建立CAN報文的標識符ID和數據域；
[0031]擴展功能模塊的功能處理器設置擴展功能模塊的CAN總線控制器的標識符ID和數據域之后，啟動CAN總線控制器；CAN總線控制器根據功能處理器對它的設置建立擴展格式數據幀，再通過擴展功能模塊的CAN總線收發(fā)器發(fā)送數據幀；
[0032]主控制板的CAN總線模塊的CAN總線控制器檢測CAN總線上的數據幀的ID號在該節(jié)點的ID表中存在，該數據幀成功通過CAN總線控制器的驗收濾波器單元的驗收，并將數據域傳送到主控制板的中央處理器，中央處理器按CAN網絡應用層協議格式解析數據。
[0033]本發(fā)明的原理如下:采用了基本系統(tǒng)與擴展功能模塊分離連接的硬件結構，即由主控制板、電源、觸摸液晶顯示器、揚聲器組成一個基本系統(tǒng)，其他可擴展、可增減的擴展功能模塊通過實時以太網絡或CAN網絡連接，組成一個完整的電子處理單元系統(tǒng)。針對電子處理單元系統(tǒng)的特點制定了實時以太網絡和CAN網絡應用層協議格式，并以此為基礎實現電子處理單元系統(tǒng)主控制板與各擴展功能模塊之間的連接和數據傳輸，從而使各功能模塊之間實現數據共享、資源共用。
[0034]本發(fā)明相對于現有技術具有如下的優(yōu)點及效果:
[0035](I)本發(fā)明的車載電子處理單元管理軟件系統(tǒng)基于WINCE、LINUX (包括其派生系統(tǒng))等操作系統(tǒng)，并為車載電子處理單元系統(tǒng)提供了開放式可擴展的公共軟件接口，使得其功能的擴充和更新升級變得方便容易，同時也有助于針對電子處理單元系統(tǒng)應用軟件的大量面市。
[0036](2)采用基本系統(tǒng)與擴展功能模塊分離的連接方式實現電子處理單元公共平臺系統(tǒng)，有助于各擴展功能模塊實現就近安裝，不受空間環(huán)境的限制，提高系統(tǒng)整體的可靠性、安全性和穩(wěn)定性。這種結構還簡化了車內系統(tǒng)布線，提高了電子處理單元系統(tǒng)的安全性，也使得功能模塊的增減、維護、維修和更換易于實現。
[0037](3)由于系統(tǒng)擴展了實時以太網絡和CAN網絡，制定了電子處理單元系統(tǒng)專有的通訊協議格式，并以此為基礎使得不同功能不同廠家不同品牌的擴展功能模塊可連接成一個完整的系統(tǒng)，并能在各功能模塊之間實現數據互用、資源共享。[0038](4)通過實時以太網絡或CAN網絡將各擴展功能模塊連接成電子處理單元系統(tǒng)，CAN網絡用于數據通訊量少、成本較低的擴展功能模塊的通訊，實時以太網絡用于數據通訊量大的擴展功能模塊的通訊。這樣的電子處理單元系統(tǒng)不僅適合與低成本的實時控制擴展功能模塊的連接，也適合與實時高速的大數據量的擴展功能模塊連接；電子處理單元系統(tǒng)不僅適合與現有的擴展功能模塊的連接，也適合與未來新的擴展功能模塊的連接。
[0039](5)同一功能模塊，可以有不同的硬件實現方法和應用軟件，用戶根據自己的需求選擇適合自己的應用軟件。各擴展功能模塊廠家或開發(fā)商只需要關注其相關擴展功能模塊的電路實現，無須深入研究其他功能模塊的實現原理和方法，這樣大大降低了開發(fā)門檻和難度，廠家設計生產的擴展功能模塊只要符合電子處理單元系統(tǒng)的硬件接口和通訊協議，就可以掛接在電子處理單元系統(tǒng)的實時以太網絡或CAN網絡中，同時也可開發(fā)屬于自己的應用軟件產品。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0040]圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)結構示意圖；
[0041]圖2是總線型實時以太網絡結構示意圖；
[0042]圖3是本發(fā)明的數據通訊流程圖；
[0043]圖4示意了實時以太網絡應用層協議格式；
[0044]圖5示意了 CAN網絡應用層協議格式。
【具體實施方式】
[0045]下面結合實施例及附圖對本發(fā)明作進一步詳細的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。
[0046]實施例
[0047]如圖1所示，本發(fā)明基于開放式可擴展的車載電子處理單元公共平臺系統(tǒng)，硬件結構采用了基本系統(tǒng)與擴展功能模塊分離連接的設計方式?；鞠到y(tǒng)主要由主控制板1、電源2、觸摸液晶顯示器3、揚聲器4組成。擴展功能模塊部分設置在第一實時以太網絡6、CAN網絡7及第二實時以太網絡8內。E⑶電子控制單元5歸屬于汽車內部控制網絡系統(tǒng)，不屬于電子處理單元系統(tǒng)的范疇。主控制板I由電源2供電，并分別與觸摸液晶顯示器3、揚聲器4連接。
[0048]主控制板I以中央處理器101為核心，集成了基本的硬件功能模塊，包括DDR存儲器108、FLASH存儲器107、固態(tài)硬盤106、擴展了 USB接口 118、OTG接口 117、SD卡116、標準RJ45接口 115，并內置了 WIFI模塊114、藍牙模塊113、麥克風112、AM/FM收音模塊111和GPS模塊110，同時還擴展了 OBD-1I接口 109以及第一以太網模塊102、第二以太網模塊103、第三以太網模塊104和CAN總線模塊105。主控制板I通過OBD-1I接口 109與E⑶電子控制單元5連接，以獲取汽車運行和故障數據。
[0049]對于數據通訊量較大、處理能力較強、實時性要求較高的擴展功能模塊，電子處理單元系統(tǒng)通過第一以太網模塊102和第二以太網模塊103與它們相連，組成第一實時以太網絡6 ;第一實時以太網絡6的數據傳輸速率可達到100Mbps，且實時性高。如倒車攝像頭601、行車攝像頭602、車內攝像頭603、數字功放604、數字電視605、GSM模塊606、3G模塊607、4G模塊608、CD/DVD播放器610、汽車黑匣子611和其他模塊612。
[0050]對于數據通訊量較小、成本要求較低、實時性要求較高的擴展功能模塊，電子處理單元系統(tǒng)通過CAN總線模塊105與它們相連接，組成CAN網絡7 ；CAN網絡7的數據傳輸速率在IMbps以下。如超聲波倒車雷達701、中控鎖模塊702、胎壓監(jiān)測模塊703、防盜防劫持報警模塊704、遙控接收模塊705和其他模塊706。
[0051]如圖1所示，第一實時以太網絡6是一種可冗余的環(huán)型結構的實時以太網，即使第一實時以太網絡6中某個段網線斷開，第一實時以太網絡6在檢測中發(fā)現網線斷裂時，網絡自動記錄故障點，并將第一實時以太網絡6從故障點分開成兩個線型實時以太網絡，故障點之前的線型實時以太網絡使用第一以太網模塊102通訊，故障點之后的線型實時以太網絡使用第二以太網模塊103通訊，這樣整個實時以太網絡仍然可以繼續(xù)工作。
[0052]如圖1所示，其中網關609實現第一實時以太網絡6與CAN網絡7的連接，主控制板I可以選擇采用第一實時以太網絡6或CAN網絡7傳輸數據，增加網絡的可靠性。網關609不是電子處理單元系統(tǒng)的必須功能模塊，在一些電子處理單元系統(tǒng)中可以省略而不影響系統(tǒng)的整體功能。當第一實時以太網絡6與CAN網絡7用網關609相連接時，CAN網絡7可以不需要連接到主控制板I的CAN總線模塊105接口，CAN網絡7成為第一實時以太網絡6的子網。另外網關609還具有數據通訊緩存作用，主控制板I可以先將數據通過第一實時以太網絡6快速傳送到網關609，再由網關609將數據分段傳送到CAN網絡7上的對應的擴展功能模塊，這樣減少了主控制板I通訊時間。各擴展功能模塊內部結構由模塊功能電路、模塊功能處理器、網絡控制器和網絡收發(fā)器幾部分組成。
[0053]如圖2所示，第二實時以太網絡8是一種總線型實時以太網絡結構，它是第一實時以太網絡6的另一種物理連接形式。第二實時以太網絡8通過第三以太網模塊104與主控制板I連接，掛接在第二實時以太網絡8上的各擴展功能模塊具有相應的硬件接口，但其擴展功能模塊的功能與第一實時以太網絡6的擴展功能模塊的功能對應相同，如倒車攝像頭801、行車攝像頭802、車內攝像頭803、數字功放804、數字電視805、GSM模塊806、3G模塊807、4G模塊808、網關809、CD/DVD播放器810、汽車黑匣子811和其他模塊812，電子處理單元系統(tǒng)可選用第一實時以太網絡6或第二實時以太網絡8的連接形式。終結器813是第二實時以太網絡8的終結器。
[0054]本發(fā)明電子處理單元公共平臺系統(tǒng)的開放性體現在，各擴展功能模塊允許由不同廠家設計制造、采用不同實現技術，不同功能特點，只要遵循電子處理單元公共平臺系統(tǒng)的通訊協議規(guī)約，就可以實現與電子處理單元系統(tǒng)的連接并進行數據通信，該擴展功能模塊既可以使用其他功能模塊的數據，也可以將其數據供給電子處理單元系統(tǒng)其他應用軟件和其他功能模塊使用。
[0055]電子處理單元公共平臺系統(tǒng)的可擴展性不僅體現在，易于實現擴展功能模塊的增減、擴展、升級和更換，方便系統(tǒng)的維護和維修。還體現在擴展功能模塊的添加會提供更強的系統(tǒng)功能。電子處理單元系統(tǒng)由于實現了各功能模塊的數據共享，電子處理單元系統(tǒng)中的各功能模塊不只是擔負單一功能，可能會被多種功能所使用，新添加的擴展功能模塊與原有的某些功能模塊的數據組合，通過適當的數據處理，配合適當的軟件可實現更多、更新、更強的擴展功能。
[0056]電子處理單元公共平臺系統(tǒng)的開放性、可擴展性還體現在，所指的擴展功能模塊不局限在某些功能特征，也不局限在現有技術實現手段，還包括未來的功能特征和未來的技術手段實現的擴展功能模塊。
[0057]本發(fā)明通過對電子處理單元系統(tǒng)配置適當的擴展功能模塊，不僅可實現車載上網、QQ、微信、游戲、娛樂、辦公、影音、車載電視、車載電話、可視電話等綜合服務功能。也可實現GPS導航、汽車防盜防劫持、車輛定位、車輛監(jiān)控、行車軌跡跟蹤、行車記錄、汽車黑匣子、可視倒車、駕駛矯正、故障查詢、油耗測算等專屬車載功能。開放式可擴展的電子處理單元公共平臺系統(tǒng)的建立為未來科技成果在汽車中的應用提供了實現方法，并有助于加速汽車智能化進程。
[0058]本發(fā)明定義了基于實時以太網絡和CAN網絡的電子處理單元系統(tǒng)應用層通訊協議格式，并以此為基礎實現各功能模塊數據的無縫連接，圖4定義了實時以太網絡應用層協議格式，圖5定義了 CAN網絡應用層協議格式。現有的或未來的擴展功能模塊只要遵循圖4格式定義的實時以太網絡應用層通訊協議，或者圖5格式定義的CAN網絡應用層通訊協議，不同廠家、不同品牌、不同功能的擴展功能模塊都可以添加到電子處理單元系統(tǒng)中去，通過第一實時以太網絡6或CAN網絡7實現與主控制板I的連接，并可透過網關609，與主控制板I及其他功能模塊實現數據共享。
[0059]如圖4定義了實時以太網絡應用層協議格式，圖5定義了 CAN網絡應用層協議格式，主控制板I和各擴展功能模塊以實時以太網絡應用層協議格式或CAN網絡應用層協議格式為基礎實現數據通訊，主控制板I和各擴展功能模塊在第一實時以太網絡6或CAN網絡7中具有唯一的地址，用于確認其身份和功能。數據類型、功能碼和數據長度用于規(guī)定發(fā)送的數據性質、具體特征和實際數據長度，通訊接收方按此格式獲取數據并解析數據的目的和用途，以執(zhí)行相應的處理。數據類型、功能碼和數據長度因擴展功能模塊的功能或發(fā)送內容的不同，根據各擴展功能模塊自身的特點和要求都具體定義有各自不同的含義，但相同功能、相同發(fā)送內容的不同廠家、不同品牌的擴展功能模塊具有相同的協議格式和相同的含義。其中，圖5中的分段標識和分段編碼用于解決CAN網絡7多段數據通訊傳輸問題，并可解決第一實時以太網絡6和CAN網絡7數據互傳的問題。
[0060]圖1給出了實時以太網的一種典型的環(huán)形冗余拓撲結構。而本發(fā)明的實時以太網絡并不局限于環(huán)形冗余拓撲結構，還可以是星型、線型、總線型、樹型、菊花鏈型，或它們的混合型。傳輸介質為雙絞線、同軸電纜、光纖，以及它們的混合使用。由于傳統(tǒng)以太網絡采用基于載波偵聽多路訪問和沖突檢測(CSMA / CD)的技術方式實現，其通訊的實時性較差，為了解決這一問題，實時以太網都在傳統(tǒng)以太網絡的基礎上做了改進和擴展，簡化或修改了 OSI七層網絡模型。由于實時以太網種類較多，實現方式各不相同，如基于時間片輪詢、基于報文插入等實現技術，但它們都符合IEEE802.3標準的幀格式，保留和兼容傳統(tǒng)以太網，對TCP/IP協議完全透明，并能支持HTTP、FTP、TFTP、POP3等現有通訊協議。為此，針對電子處理單元系統(tǒng)的特征和控制要求特點，本發(fā)明定義了基于實時以太網絡應用層協議格式，該協議格式旨在解決電子處理單元系統(tǒng)主控制板I與各擴展功能模塊以及擴展功能模塊之間的實時控制、指令傳送、數據傳輸、狀態(tài)返回以及錯誤檢測等問題。同時，該應用層協議格式還兼容UDP傳送方式，通過使用不同端口號實現UDP傳送。該協議格式還適用于工業(yè)以太網、工業(yè)實時以太網和傳統(tǒng)以太網，如EtherCAT、POWERLINK、Ethernet/IP、PR0FINET、EPA 等。[0061]由IEEE802.3標準的幀格式可知，IP數據報長度必須在46-1500字節(jié)之間，這是由以太網的物理特性所決定的，由于IP數據報和UDP數據報的首部長度分別為20字節(jié)和8字節(jié)，所以m)P數據最大長度為1500-20-8=1472字節(jié)，這也是本發(fā)明以太網絡應用層協議格式可以使用的最大字節(jié)長度。如圖4，應用層協議格式先定義了 11位數據長度、并預留了 I位保留位、4位數據類型，這三部分共計16位，占用2個字節(jié)，接著是8位功能碼，剩余為數據域，其最大可使用字節(jié)長度為1472-3=1469字節(jié)。另外，由于各實時以太網實現方式存在差異，會占用部分數據域，因此，數據域最大長度可能因具體實時以太網實現方式作調整。在對本發(fā)明所定義的以太網絡應用層協議格式不限于以上字段稱謂或字段長度或字段的排序，也包括添加其他字段名(如目的地址號、源地址號等)或添加校驗字段。其他以此格式為基礎的不同的字段稱謂或字段的長度變化或字段名的不同排序，以及字段的減少或添加都屬于本專利的保護范圍。
[0062]CAN網絡拓撲結構為總線型，傳輸介質為雙絞線、同軸電纜、光纖，以及它們的混合使用，傳輸速度包括高速CAN總線和低速CAN總線。本發(fā)明所定義的CAN網絡應用層協議格式如下:在CAN2.0B總線協議規(guī)范中，定義了一種具有29位標識符ID的擴展幀格式。電子處理單元系統(tǒng)的CAN網絡使用擴展格式數據幀，圖5是對CAN報文的29位標識符ID和數據域的規(guī)定，定義了 CAN網絡應用層協議格式。如圖5，標識符ID定義為ID28為I位保留位，ID27-1D20為8位目的地址，ID19-1D12為8位源地址，ID11-1D8為4位數據類型，ID7-1D0為8位功能碼，數據域第一字節(jié)分為三部分:先定義2位的段標識，接著是3位保留位，再是3位數據長度，第2字節(jié)為8位分段編號/數據，根據段標識的不同，該字節(jié)可作為段編號或數據使用，后48位(共6字節(jié))為數據，這樣每幀最多可傳送7字節(jié)的數據。由于分段編號占用8位，最多可分256段，而分段數據每幀最多可傳送6字節(jié)，這樣CAN報文數據長度最多為6*256=1536字節(jié)，大于實時以太網單幀傳送數據最大值1469字節(jié)，從而解決了第一實時以太網絡6和CAN網絡7數據互傳的問題。本發(fā)明所定義的CAN網絡應用層協議格式不限于以上字段稱謂或字段長度或字段的排序，也包括添加其他字段名或添加校驗字段。其他以此格式為基礎的不同的字段稱謂或字段的長度變化或字段名的不同排序，以及字段的減少或添加都屬于本專利的保護范圍。
[0063]電子處理單元系統(tǒng)主控制板I與各擴展功能模塊的通訊控制信號主要有以下幾種類型:控制指令、狀態(tài)數據、實時數據輸入、實時數據輸出以及錯誤數據等，如圖3所示，主控制板I與各擴展功能模塊之間的數據通訊具體實現步驟如下:
[0064](I)主控制板I向第一實時以太網絡6中的擴展功能模塊發(fā)送數據的通信步驟:
[0065]主控制板I的中央處理器101先根據輸出數據要求按協議格式建立數據域，如圖4所示，具體步驟是計算輸出數據實際長度值，其范圍為0-1469字節(jié)。并填入11位數據長度域，然后預留I位保留位，再根據傳送的數據類型填4位數據類型域，再根據傳送數據對應的具體功能填寫8位功能碼域，最后將實際輸出的數據填入數據域，如實際輸出的數據小于15字節(jié)，不夠部分補零，這樣完成數據域的建立。
[0066]由以太網控制器1021生成以太網數據幀，并通過以太網收發(fā)器1022發(fā)送到指定的擴展功能模塊a的以太網收發(fā)器a ;擴展功能模塊a的以太網收發(fā)器a再將以太網數據幀發(fā)送到以太網控制器a ；以太網控制器a解析以太網數據幀，獲得數據。
[0067]擴展功能模塊a的功能處理器a先解析4位數據類型域中的數據類型，再解析8位功能碼域中的具體的數據功能，最后根據11位數據長度域中的數據長度讀取實際數據，執(zhí)行相應的功能。
[0068](2)第一實時以太網絡6中的擴展功能模塊向主控制板I發(fā)送數據的通信步驟:
[0069]擴展功能模塊a的功能處理器a先根據輸出數據要求按協議格式建立數據域，如圖4所示，具體步驟是計算輸出數據實際長度值，其范圍為0-1469字節(jié)。并填入11位數據長度域，然后預留I位保留位，再根據傳送的數據類型填4位數據類型域，再根據傳送數據對應的具體功能填寫8位功能碼域，最后將實際輸出的數據填入數據域，如實際輸出的數據小于15字節(jié)，不夠部分補零，這樣完成數據域的建立。
[0070]由以太網控制器a生成以太網數據幀，并通過以太網收發(fā)器a發(fā)送到主控制板I的第一以太網模塊102的以太網收發(fā)器1022 ;以太網收發(fā)器1022再將以太網數據幀發(fā)送到以太網控制器1021 ;以太網控制器1021解析以太網數據幀，獲得數據。
[0071]主控制板I的中央處理器101先解析4位數據類型域中的數據類型，再解析8位功能碼域中的具體的數據功能，最后根據11位數據長度域中的數據長度讀取實際數據，完成第一實時以太網絡6中的擴展功能模塊a向主控制板I發(fā)送數據的通信。
[0072](3)主控制板I向CAN網絡7中的擴展功能模塊發(fā)送數據的通信步驟:
[0073]主控制板I的中央處理器101根據輸出數據要求按協議格式建立CAN報文的29位標識符ID和數據域，如圖5所示，具體步驟是先預留I位保留位，再填入8位目的地址，再填入8位源地址，根據發(fā)送數據的類型填寫4位數據類型，最后再根據傳送數據對應的具體功能填寫8位功能碼，完成29位標識符ID的建立。主控制板I的中央處理器101再建立數據域，先根據輸出數據長度決定是否需要分段，并建立2位分段標識，接著預留3位保留位，然后填寫本幀發(fā)送的3位數據長度，再根據分段標識填寫8位分段編碼/數據的內容，如果是分段編碼，首段為0，分段編碼隨分段次序自動+1，最后填寫最長48位的數據。
[0074]主控制板I的中央處理器101設置CAN總線控制器1051的29位標識符ID和8字節(jié)數據域之后，啟動CAN總線控制器1051。CAN總線控制器1051根據中央處理器101對它的設置建立擴展格式數據幀，再通過CAN總線收發(fā)器1052發(fā)送數據幀。
[0075]擴展功能模塊b的CAN總線控制器b檢測總線上的數據幀的ID號在該節(jié)點的ID表中存在，該數據幀成功通過CAN總線控制器b的驗收濾波器單元的驗收，并將數據域傳送到擴展功能模塊b的功能處理器b，功能處理器b先解析分段標識，如果沒有分段，再根據3位數據長度讀取相應數據；如果分段標識有效，再根據數據長度讀取并暫存數據，直到分段標識結束符，讀取尾段數據，并將這些段數據連接成實際數據。同時還要讀取ID表中的4位數據類型和8位功能碼，最后根據4位數據類型和8位功能碼對數據執(zhí)行相應的功能。
[0076](4) CAN網絡7中的擴展功能模塊向主控制板I發(fā)送數據的通信步驟:
[0077]擴展功能模塊b的功能處理器b根據輸出數據要求按協議格式建立CAN報文的29位標識符ID和數據域，如圖5所示，具體步驟是先預留I位保留位，再填入8位目的地址，再填入8位源地址，根據發(fā)送數據的類型填寫4位數據類型，最后再根據傳送數據對應的具體功能填寫8位功能碼，完成29位標識符ID的建立。擴展功能模塊b的功能處理器b再建立數據域，先根據輸出數據長度決定是否需要分段，并建立2位分段標識，接著預留3位保留位，然后填寫本幀發(fā)送的3位數據長度，再根據分段標識填寫8位分段編碼/數據的內容，如果是分段編碼，首段為0，分段編碼隨分段次序自動+1，最后填寫最長48位的數據。[0078]擴展功能模塊b的功能處理器b設置CAN總線控制器b的29位標識符ID和8字節(jié)數據域之后，啟動CAN總線控制器b。CAN總線控制器b根據功能處理器b對它的設置建立擴展格式數據幀，再通過CAN總線收發(fā)器b發(fā)送數據幀。
[0079]CAN總線模塊105的CAN總線控制器1051檢測總線上的數據幀的ID號在該節(jié)點的ID表中存在，該數據幀成功通過CAN總線控制器1051的驗收濾波器單元的驗收，并將數據域傳送到主控制板I的中央處理器101，中央處理器101先解析分段標識，如果沒有分段，再根據3位數據長度讀取相應數據；如果分段標識有效，再根據數據長度讀取并暫存數據，直到分段標識結束符，讀取尾段數據，并將這些段數據連接成實際數據。同時還要讀取ID表中的4位數據類型和8位功能碼，最后根據4位數據類型和8位功能碼對數據做出相應的處理。
[0080](5)主控制板I通過網關609向CAN網絡7中的擴展功能模塊發(fā)送數據的通信步驟:
[0081]主控制板I的中央處理器101按以上步驟(I)方式先將輸出數據發(fā)送到網關609，網關609解析得到原始輸出數據，然后將輸出數據按CAN網絡應用層協議格式要求封裝數據，如數據長度大于7字節(jié)，網關609將數據分段，進行分段發(fā)送，發(fā)送方式同步驟(3)。
[0082](6) CAN網絡7中的擴展功能模塊通過網關609向主控制板I發(fā)送數據的通信步驟:
[0083]CAN網絡7中的擴展功能模塊b按以上步驟(4)方式先將輸出數據發(fā)送到網關609，網關609解析得到原始輸出數據，然后將輸出數據按以太網絡應用層協議格式要求封裝數據，并發(fā)送到主控制板I的中央處理器101，發(fā)送方式同步驟(2)。
[0084]上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.車載電子處理單元公共平臺系統(tǒng)，其特征在于，包括基本系統(tǒng)與擴展功能模塊；所述擴展功能模塊構成實時以太網絡或CAN網絡，所述基本系統(tǒng)包括分別與實時以太網絡、CAN網絡及汽車內電子控制單元連接的主控制板；所述主控制板包括中央處理器，中央處理器通過以太網模塊與實時以太網絡的擴展功能模塊連接，通過CAN總線模塊與CAN網絡的擴展功能模塊連接； 所述主控制板和各擴展功能模塊以實時以太網絡應用層協議格式或CAN網絡應用層協議格式為基礎實現數據通訊，主控制板和各擴展功能模塊在實時以太網絡或CAN網絡中具有唯一的、用于確認其身份和功能的地址；實時以太網絡應用層協議格式或CAN網絡應用層協議格式包括數據類型、功能碼及數據長度，數據類型、功能碼和數據長度用于規(guī)定發(fā)送的數據性質、具體特征和實際數據長度，通訊接收方按所述實時以太網絡應用層協議格式或CAN網絡應用層協議格式獲取數據并解析數據。
2.根據權利要求1所述的車載電子處理單元公共平臺系統(tǒng)，其特征在于，所述實時以太網絡的拓撲結構為環(huán)形冗余拓撲結構、星型、線型、總線型、樹型或者菊花鏈型。
3.根據權利要求1所述的車載電子處理單元公共平臺系統(tǒng)，其特征在于，所述實時以太網絡為EtherCAT、POWERLINK、Ethernet/IP、PROFINET或EPA，傳輸介質為雙絞線、同軸電纜或光纖。
4.根據權利要求1所述的車載電子處理單元公共平臺系統(tǒng)，其特征在于，所述CAN網絡的拓撲結構為總線型，傳輸介質為雙絞線、同軸電纜或光纖。
5.根據權利要求1所述的車載電子處理單元公共平臺系統(tǒng)，其特征在于，所述實時以太網絡中的擴展功能模塊為以下任意一種或一種以上:倒車攝像頭、行車攝像頭、車內攝像頭、數字功放、數字電視、GSM模塊、3G模塊、4G模塊、CD/DVD播放器及汽車黑匣子。
6.根據權利要求1所述的車載電子處理單元公共平臺系統(tǒng)，其特征在于，所述CAN網絡中的擴展功能模塊為以下任意一種或一種以上:超聲波倒車雷達、中控鎖模塊、胎壓監(jiān)測模塊、防盜防劫持報警模塊及遙控接收模塊。
7.根據權利要求1所述的車載電子處理單元公共平臺系統(tǒng)，其特征在于，所述實時以太網絡還設有用于數據通訊緩存的網關，主控制板先將數據通過實時以太網絡傳送到網關，再由網關將數據分段傳送到CAN網絡中對應的擴展功能模塊。
8.權利要求1所述車載電子處理單元公共平臺系統(tǒng)的數據通訊方法，其特征在于: (1)主控制板向實時以太網絡中的擴展功能模塊發(fā)送數據的通信步驟為: 主控制板的中央處理器先根據輸出數據要求按實時以太網絡應用層協議格式建立數據域； 由主控制板中的以太網 控制器生成以太網數據幀，并通過主控制板中的以太網收發(fā)器發(fā)送到指定的擴展功能模塊中的以太網收發(fā)器；所述指定的擴展功能模塊的以太網收發(fā)器再將以太網數據幀發(fā)送到擴展功能模塊的以太網控制器；擴展功能模塊的以太網控制器解析以太網數據幀，獲得數據； 所述指定的擴展功能模塊的功能處理器按實時以太網絡應用層協議格式解析數據； (2)實時以太網絡中的擴展功能模塊向主控制板發(fā)送數據的通信步驟為: 所述指定的擴展功能模塊的功能處理器先根據輸出數據要求按實時以太網絡應用層協議格式建立數據域；由擴展功能模塊的以太網控制器生成以太網數據幀，并通過擴展功能模塊的以太網收發(fā)器發(fā)送到主控制板的以太網模塊的以太網收發(fā)器；所述主控制板的以太網模塊的以太網收發(fā)器再將以太網數據幀發(fā)送到主控制板中的以太網控制器；主控制板中的以太網控制器解析以太網數據幀，獲得數據； 主控制板的中央處理器按實時以太網絡應用層協議格式解析數據； (3)主控制板向CAN網絡中的擴展功能模塊發(fā)送數據的通信步驟為: 主控制板的中央處理器根據輸出數據要求按CAN網絡應用層協議格式建立CAN報文的標識符ID和數據域； 主控制板的中央處理器設置主控制板中的CAN總線控制器的標識符ID和數據域之后，啟動CAN總線控制器；CAN總線控制器根據中央處理器對它的設置建立擴展格式數據幀，再通過主控制板中的CAN總線收發(fā)器發(fā)送數據幀； 擴展功能模塊的CAN總線控制器檢測CAN總線上的數據幀的ID號在該節(jié)點的ID表中存在，該數據幀成功通過CAN總線控制器的驗收濾波器單元的驗收，并將數據域傳送到擴展功能模塊的功能處理器，擴展功能模塊的功能處理器按CAN網絡應用層協議格式解析數據； (4)CAN網絡中的擴展功能模塊向主控制板發(fā)送數據的通信步驟為: 擴展功能模塊的功能處理器根據輸出數據要求按CAN網絡應用層協議格式建立CAN報文的標識符ID和數據域； 擴展功能模塊的功能處理器設置擴展功能模塊的CAN總線控制器的標識符ID和數據域之后，啟動CAN總線控制器；CAN總線控制器根據功能處理器對它的設置建立擴展格式數據幀，再通過擴展功能模塊的CAN總線收發(fā)器發(fā)送數據幀； 主控制板的CAN總線模塊的CAN總線控制器檢測CAN總線上的數據幀的ID號在該節(jié)點的ID表中存在，該數據幀成功通過CAN總線控制器的驗收濾波器單元的驗收，并將數據域傳送到主控制板的中央處理器，中央處理器按CAN網絡應用層協議格式解析數據。
【文檔編號】H04L29/08GK103780697SQ201410032887
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年1月23日 優(yōu)先權日:2014年1月23日
【發(fā)明者】熊厚德 申請人:廣州睿嵌電子技術有限公司