实时传输网络FlexRay原理与范例 pdf epub mobi txt 电子书 下载 在线阅读 2026

作  者:张凤登,付敬奇 著 定  价:59 出 版 社:电子工业出版社 出版日期:2017年04月01日 页  数:307 装  帧:平装 ISBN:9787121313004 实时系统的目的是监视和驱动被控对象的动态过程，通常需要以“实时”方式运行，它的正确性不仅取决于任务所执行计算的逻辑结果，而且取决于这些结果的产生时刻。实时系统分为强实时系统、关键性实时系统和弱实时系统三类，其中关键性实时系统受到可靠性的制约，涉及运行安全性和容错问题，因此，尽管其他两类系统的工业网络协议已经比较成熟了，但这类系统的网络化仍处于发展过程中。关键性实时系统中的实时传输网络与汽车、飞机、航海航空、铁路交通、武器装备、核电、机器人等涉及生命和财产安全的重要领域的技术进步密切相关，然而，关等 ●目    录
●第1章  概述1
●1.1  实时系统中的问题2
●1.1.1  信息技术系统2
●1.1.2  实时系统及其分类2
●1.1.3  分布式实时系统的复杂性4
●1.1.4  “时间触发”和“事件触发”互动范式5
●1.1.5  数字总线系统6
●1.2  现有嵌入式系统多路传输网络的局限性7
●1.2.1  CAN的发展历程7
●1.2.2  CAN的局限性8
●1.2.3  CAN在概率特征和确定性方面的解决方案9
●1.2.4  TTCAN协议11
●1.3  线控系统的兴起15
●1.3.1  X-by-Wire15
●1.3.2  高级应用需求16
●1.3.3  高级功能需求18
●1.4  FlexRay的起源及发展历史20
●1.4.1  FlexRay联盟的成立20
●1.4.2  FlexRay的目标22
●部分目录

内容简介

    实时多路传输网络是在嵌入式系统和自动控制系统高度发展的基础上形成的一个新主题，其主要目标在于探索具有速度快、实时性强、容错、操作灵活、智能分布的安所有渠道络系统，至今仍处于发展过程中。本书以清晰、合适的方式，系统地描述了实时传输网络FlexRay的产生背景、协议、理论与技术基础，重点探讨了与FlexRay的形成及应用密切相关的全局时间同步和任务实时调度原理，并结合辅助开发工具介绍了FlexRay总线系统的开发、集成、分析和测试方法。全书共分为10章，每章配有习题。本书在编写过程中广泛吸取了实时传输网络方面的近期新成果，全书内容自成体系，结构紧凑，前后呼应，具有一定的优选性、系统性和实用性。本书可作为高等院校汽车电子、自动化、测控技术、信息工程、微电子、计算机、电气工程和机电一体化等专业高年级本科生、研究生的教材，也可作为从事实时传输网络、嵌入等 张凤登,付敬奇 著     张凤登：上海理工大学教授，上海市自动化学会常务理事，中国仪器仪表学会过程检测控制仪表分会常务理事，中国人工智能学会自然计算与数字智能城市专业委员会委员，中国仪器仪表学会嵌入式仪表及系统技术分会理事，中国仪器仪表学会教育工作委员会委员，《自动化仪表》期刊编委，先后主持或合作完成来自省、市、部及企*单位的各类教学与科研项目36项，获得机械工业部科技进步三等奖2项、科技成果推广应用荣誉证书2项、发明专利3项、实用新型专利6项、软件著作权2项，发表论文121篇，出版著4部。 前    言实时系统的目的是监视和驱动被控对象的动态过程，通常需要以“实时”方式运行，它的正确性不仅取决于任务所执行计算的逻辑结果，而且取决于这些结果的产生时刻。实时系统分为强实时系统、弱实时系统和关键实时系统三类，其中关键实时系统受到可靠性的制约，涉及运行安全性和容错问题。在关键实时系统中，如果响应时间延迟所导致的结果是错误的，并且失效所产生的后果超过系统的附加值，那么系统的所有运行情况必须进行确认，研究难度较大。因此，这类系统的发展一直滞后于前两类系统。FlexRay作为汽车行业新推出的实时传输网络系统，它既考虑了时间同步、通信调度和容错机制，又考虑了传输速度、安全性、操作灵活性、实时、分布式智能、网络拓扑等，对于关键实时系统的发展将会起到极大的推动作用。但是，FlexRay将许多概念交集在一起，深奥难懂，给人们学习和掌握这一新型网络带来很大困难等

《嵌入式系统实时通信：CAN FD与LIN总线深入解析》 本书面向的对象： 本书特别为需要深入理解和掌握现代汽车电子和工业自动化领域主流嵌入式系统通信协议的工程师、技术人员、项目经理以及相关专业的高年级本科生和研究生而编写。如果您是从事汽车电子软件开发、硬件集成、故障诊断、系统设计，或是正在为工业设备开发控制器、传感器网络、执行器控制等，并且您希望超越基础知识，探究更高效、更具成本效益的通信方案，那么本书将是您的理想选择。 本书的核心价值： 在当今高度互联和数据驱动的时代，嵌入式系统通信的效率、可靠性和灵活性直接决定了整个系统的性能和竞争力。本书聚焦于两种在过去十年中迅速崛起并广泛应用的通信协议——CAN FD（Controller Area Network Flexible Data-Rate）和LIN（Local Interconnect Network）。我们不仅仅是介绍它们的语法和基本框架，而是深入剖析其设计理念、工作原理、技术优势以及在实际应用中的关键考量。本书旨在为您提供一个全面的、实操性的知识体系，使您能够自信地在复杂项目中应用CAN FD和LIN，并对其进行优化和扩展。 本书涵盖的主要内容： 第一部分：CAN FD——迈向更高性能的CAN总线 第一章：CAN总线的回顾与演进 重温经典CAN（Classical CAN）的基石：多主、事件驱动、错误检测与容错机制。 分析Classical CAN的瓶颈：数据吞吐量限制、有效载荷大小的不足，以及其在现代高带宽需求下的局限性。 引出CAN FD的必要性：为何需要一次技术革新来满足日益增长的数据需求。 第二章：CAN FD的核心技术与优势 比特速率切换（Bit Rate Switching, BRS）： 深入剖析BRS的工作机制，如何通过在传输过程中动态改变比特速率来显著提升数据传输效率。我们将详细解释ACK阶段和数据阶段的速率变化，以及其对总线负载和延迟的影响。 更大的有效载荷（Larger Payload）： 详细介绍CAN FD支持的最大64字节数据帧，对比Classical CAN的8字节限制。分析这意味着什么——减少帧数、降低开销、提高整体吞吐量。 CRC（Cyclic Redundancy Check）的增强： 阐述CAN FD采用的新的、更长的CRC序列（CRC-17和CRC-21），以及其如何提供更强大的错误检测能力，尤其是在高数据速率下。 其他关键改进： 探讨新的Stuff Bit计数机制、复位分隔符（Bit Stuffing Boundary）等细节，这些看似微小的改变如何共同提升CAN FD的健壮性和效率。 第三章：CAN FD的物理层与电气特性 信号传输： 详细介绍CAN FD的差分信号传输原理，分析不同速率下的驱动和接收特性。 阻抗匹配与总线终端： 深入讲解在不同网络拓扑和速率下，如何正确选择和配置总线终端电阻，以确保信号完整性和减少反射。 多速率环境下的挑战与解决方案： 探讨在混合CAN FD和Classical CAN的网络中，如何处理速率不匹配的问题，以及相关的设计考虑。 不同PHY芯片的选择与评估： 针对市面上主流的CAN FD物理层控制器，提供选型建议和性能评估的依据。 第四章：CAN FD协议栈与帧格式深度解析 CAN FD帧结构： 精细地解析CAN FD数据帧和远程帧的每一个字段，包括SOF、Arbitration Field（ID、RTR、IDE）、Control Field（EDL、BRS、ESI、DLC）、Data Field、CRC Field、ACK Field、EOF、IFS等。重点讲解EDL、ESI、DLC与BRS等新字段的含义和作用。 DLC（Data Length Code）的灵活运用： 详细分析DLC在CAN FD中的扩展意义，以及如何选择最适合实际数据量的DLC值以优化效率。 ESI（Error State Indicator）标志： 深入理解ESI的作用，以及它在区分主动错误帧和被动错误帧中的重要性。 CAN FD的错误处理机制： 结合CAN FD的新特性，深入分析其在错误检测、错误帧的产生与传播、以及节点错误计数和离线处理等方面的机制。 第五章：CAN FD的实际应用与最佳实践 汽车电子领域的应用： 聚焦于CAN FD在车身控制、动力总成、ADAS（高级驾驶辅助系统）、信息娱乐系统等关键领域的应用案例。例如，如何在ECU之间高速传输传感器数据、控制指令、诊断信息等。 工业自动化领域的应用： 探讨CAN FD在工业机器人、PLC（可编程逻辑控制器）、分布式I/O、运动控制等场景下的优势，以及如何构建高效可靠的工业现场总线。 软件实现与驱动开发： 提供CAN FD驱动程序的设计思路，如何与RTOS（实时操作系统）集成，以及常用的API接口介绍。 总线负载计算与性能优化： 学习如何准确估算CAN FD总线的负载率，并根据实际需求进行参数调整（如总线速率、DLC选择、消息优先级分配）以达到最佳性能。 故障排除与调试技巧： 介绍使用示波器、逻辑分析仪、CAN总线分析仪等工具进行CAN FD网络故障诊断的实用方法。 第二部分：LIN——经济高效的低速串行总线 第六章：LIN总线的设计理念与定位 LIN的起源与目标： 介绍LIN作为一种低成本、低复杂度、低功耗的串行通信协议，主要用于满足车身电子领域非关键性任务的通信需求。 LIN与CAN的互补性： 详细阐述LIN如何与CAN（包括Classical CAN和CAN FD）协同工作，构建分层通信体系，实现成本与性能的平衡。 LIN的技术优势： 强调LIN的低成本硬件实现（单线、低速）、简单的协议、易于集成等特点。 第七章：LIN总线的工作原理与协议细节 主从（Master-Slave）架构： 详细解析LIN的网络拓扑，主节点（Master）和从节点（Slave）的角色和职责。 报文传输流程： 深入分析LIN的同步传输机制，包括Sync Break、Sync Field、PID（Protected Identifier）、Data Field和Checksum的生成与校验。 Sync Break与Sync Field： 解释Sync Break和Sync Field的生成条件和作用，如何实现节点间的同步。 PID（Protected Identifier）： 详细讲解PID的构成（标识符和校验位），以及如何通过PID来识别数据内容和进行校验。 Data Field的长度与数据传输： 介绍LIN支持的数据字节长度，以及如何根据PID中的DLC（Data Length Code）来确定传输的数据量。 Checksum（校验和）： 深入剖析LIN的两种校验和计算方法（经典校验和和增强校验和），以及它们的重要性。 LIN的错误检测与处理： 讲解LIN在报文校验、节点错误检测、报文丢失等方面的处理机制。 第八章：LIN的物理层与电气特性 单线通信： 详细介绍LIN的单线信号传输方式，以及其电气特性（如电压电平、速率等）。 总线拓扑与连接： 讲解LIN网络的星型拓扑或混合拓扑，以及节点间的连接方式。 LIN收发器（Transceiver）的选择： 提供LIN收发器的选型指南，关注其驱动能力、保护特性、功耗等参数。 LIN的唤醒机制： 介绍LIN如何通过总线活动或外部触发来唤醒节点，以及相关的通信管理。 第九章：LIN的实际应用与开发实践 车身电子领域的典型应用： 重点展示LIN在车窗升降、座椅调节、后视镜控制、车内灯光、雨刮器、车门锁等低速控制和状态反馈场景下的广泛应用。 LIN与ECU的集成： 讲解如何在微控制器（MCU）上实现LIN接口，以及常用的LIN驱动库的使用。 LIN通信的配置与管理： 介绍LIN主节点（Master）的通信调度配置，如何定义报文时序和优先级。 LIN网络的设计与调试： 提供LIN网络设计的注意事项，例如总线长度、节点数量、信号完整性等。介绍使用示波器、逻辑分析仪等工具进行LIN总线调试的技巧。 LIN的成本效益分析： 结合实际项目，分析LIN在降低系统成本方面的优势，以及如何权衡其在性能上的限制。 第三部分：综合应用与前沿展望 第十章：CAN FD与LIN的混合应用策略 分层通信架构设计： 探讨如何根据系统需求，将CAN FD应用于高速、高带宽的数据传输，将LIN应用于低速、低成本的控制任务，形成高效的混合通信系统。 网关（Gateway）的设计与实现： 详细阐述如何在CAN FD和LIN之间构建网关，实现不同总线协议之间的数据转换、路由和管理。 系统集成与测试： 介绍在包含CAN FD和LIN的复杂系统中，如何进行整体的系统集成和严格的测试验证。 第十一章：未来趋势与新兴技术 汽车电子通信的演进： 展望汽车电子对通信带宽、实时性、安全性的更高要求，以及Ethernet in Automotive等新兴技术的影响。 工业4.0与智能制造中的通信： 探讨TSN（Time-Sensitive Networking）、OPC UA等在工业自动化领域的发展，以及CAN FD和LIN如何适应这些变化。 软件定义汽车（SDV）与通信协议： 结合软件定义汽车的趋势，分析通信协议在汽车电子架构中的角色演变。 本书的特色： 理论与实践深度结合： 本书不仅提供深入的理论解析，更注重结合实际应用案例和工程实践，帮助读者将知识转化为解决实际问题的能力。 丰富的图示与表格： 大量精心设计的图示、流程图和表格，直观清晰地展示协议的复杂概念和技术细节。 详实的协议细节： 对CAN FD和LIN协议的关键字段、报文格式、工作流程进行细致入微的讲解，不留技术盲点。 工程经验分享： 融入作者在实际项目中的工程经验和技术洞察，为读者提供宝贵的参考和借鉴。 前沿技术展望： 关注行业发展趋势，引导读者了解未来通信技术的发展方向。 通过本书的学习，您将能够： 深刻理解 CAN FD和LIN的技术原理、优势和局限性。 熟练掌握 这两种协议在不同应用场景下的设计、实现和调试方法。 有效优化 您的嵌入式系统通信性能，降低系统成本。 自信地应对 复杂的通信协议设计与集成挑战。 为您的职业发展 在汽车电子、工业自动化等领域奠定坚实的基础。 无论您是寻求突破技术瓶颈的工程师，还是希望系统学习嵌入式通信的开发者，本书都将是您不可或缺的案头参考和实用指南。