嵌入式技术与整车网络系统

　　功能分配仅针对单个工程功能，而功能与功能、系统与零部件存在的关联和由此产生的冲突。因此，系统层面上针对功能、零部件的平衡是架构整合的基本内容。同时。合格的架构不仅必须满足成本要求，还需要与开发人力、可靠性、技术风险和可配置性进行折中。鉴于架构设计的复杂性和平台化战略考虑，通常以架构平台的形式出现。

　　作为分布式嵌入式系统，网络系统的架构(图5)存在着更分布还是更集中的争议。在更分布式的系统中，诸多功能尽可能按功能分布在不同的控制系统实现，系统的可配置性好、可靠性高但物料成本较高；在更集中的系统中，诸多功能尽可能按区域分布在同一的控制系统实现，系统的物料成本较低但可配置性差、可靠性低。在实际工程应用中，由于不同整车系统、不同功能领域的需求差异，更分布和更集中架构往往是折中的。架构开发常见的输出是输出文档是电气原理图、功能分配规范，并直接作为线束、控制系统和总线开发的设计输入。

四、总线开发

　　总线是指连接控制器的数字、双向传输、多分支结构的通信系统，通常一条或多条总线和网关构成整车网络。常见的总线如CAN、LIN，以及MOST、FlexRay。

　　总线可被视为满足分布式功能需要的用于数据交换的非用户工程功能，依托节点的嵌入式软硬件分布式实现的。因此，运用总线时必须考虑其资源占用、时延、可靠性、线束布局等需求；反之，这些也是总线技术升级换代的驱动力。通常，总线开发包括物理层、通信层、网络管理和网关四部分内容。

　　4.1物理层(图6)

　　物理层指构成总线硬件的线束、接插件及板级收发电路。作为硬件部分，主要的难点在于设计偏差认可和一致性保证。前者主要是存在于沿用其他总线设计的控制系统，硬件的设计偏差认可与否很大程度上影响了方案最终确定；后者是指批量情况下全寿命周期的性能一致性保证，为避免散差、老化造成的质量问题，必须在设计阶段对性能指标进行相应分配，并通过耐久试验进行测试与改进。

4.2通信层(图7)

　　通信层介于物理层和应用软件之间，是通信协议的主体，主要包含通信策略和信号配置。

　　通信策略定义了通信机制的传输模型和时延模型，本质上服务于功能内部的数据交换需求，并属于后者的抽象。例如人机类功能一般属于开环控制类，事件触发的传输模式即可满足数据交换需要，总体时延要求在200毫秒以上。通信策略不仅可以直接作为通信层软件开发需求，也是通过总线进行功能分配的重要参考依据。忽视通信策略的设计和验证。容易造成总线负载高、时延超差等问题，由此引发的功能失效的代价极大。一般而言，采用含有成熟通信策略的嵌入式软件是较保险的解决方案。

信号配置是与架构设计直接相关，也是总线设计中最直观的部分。信号配置本质上是把信号根据协议特性和架构需求进行组帧的过程。从逻辑角度，信号配置必须满足架构中的流向关系、帧装载字长和带宽等限制；从时序角度，分配后信号的传输时延应确保满足功能的总体时延分配。

　　4.3网络管理

　　网络管理主要完成启动／停止、休眠／唤醒、错误处理和版本控制等功能。网络管理通常包含节点管理和系统管理(狭义网络管理)，前者限于节点本地的通讯管理，后者协调节点间的系统级行为。

　　作为解决方案，可以直接引入包含网络管理算法的嵌入式软件，进一步定义网络管理策略的时间参数设定、网络管理底层策略与应用层的接口和应用层对网络管理的具体需求。需要指出的是，网络管理的失效易导致意外的休眠／唤醒，轻者导致相关功能失效，重者将影响蓄电池电置。

4.4网关

　　网关实现不同总线的不同类型的数据交换，不仅包括常见的信号数据，还包含唤醒／休眠、启动／停止等管理指令。对于信号数据的路由组织，基于信号的方式利于时延的评估，而基于帧的方式便于配置的标准化，分别体现了不同的架构设计理念。

　　网关的功能性需求来源于架构设计，越复杂越分布，系统的网关复杂度越大。从实现角度，网关功能增加了系统的可配置性但降低了可靠性，需要在架构设计中进行合理平衡。

五、诊断开发

　　诊断系统能实时监控功能运行，并通过总线接口与外部用户设备实现数据交换，满足法规、开发、制造、售后甚至信息服务的需求。从法规角度，通常排放相关的诊断内容是强制性标准化的．如常见的在线诊断(OBD)。诊断开发的基本内容主要包括功能自诊断、诊断管理、通信协议和配置系统四部分开发内容。

　　5.1功能自诊断(图9)

　　任何嵌入式方式实现均存在软硬件失效的可能，因此实时在线的功能自诊断是必要的保障手段。功能诊断包括面向应用功能的自诊断和面向系统功能的自诊断，后者通常是指操作系统、总线等基础或者内核部分。功能自诊断通常针对对物理输入输出和逻辑输入输出，前者通过相关电路特性判断是否存在物理失效，后者对逻辑信号的数值、变化特性进行可信度判断。一经判断出失效，系统将采取缺省值甚至降级运行等处理策略。需要指出的是，功能自诊断的初衷是针对潜在失效，因此相关的失效模式分析是其设计来源