利用藍(lán)牙技術(shù)和遠(yuǎn)程信息控制單元實現(xiàn)汽車診斷

隨著汽車中多媒體設(shè)備的增加，如CD/DVD播放器、數(shù)字電視等，連接這些設(shè)備的車內(nèi)網(wǎng)包括：藍(lán)牙、CAN、D2B、FireWire、MOST、移動媒介鏈路(MML)、LIN和ZigBee等等，本文介紹一種基于藍(lán)牙技術(shù)的、用于遙控診斷接口的架構(gòu)，它使測試工程師無論處在車內(nèi)或車外的任何位置，都可以監(jiān)控和操作汽車的傳感器及控制單元完成測試任務(wù)。

未來的遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)將為汽車的動力控制器提供前所未有的訪問途徑，無論這輛汽車是在維修店還是在道路上。藍(lán)牙等無線技術(shù)提供了在汽車技術(shù)人員的便攜式電腦和車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)之間進(jìn)行短程無線通信所需的特性，從而使技術(shù)人員無論處在車內(nèi)或車外的任何位置，都可以監(jiān)控和操作汽車的傳感器及控制單元。

從汽車技術(shù)人員的角度看來，這個網(wǎng)絡(luò)的前端是一個遠(yuǎn)程信息控制單元(TCU)，它把與集成聯(lián)網(wǎng)汽車(INV)互聯(lián)的各種網(wǎng)絡(luò)連接在一起。目前汽車行業(yè)有一種明顯的趨勢，欲為INV開發(fā)一種集中式服務(wù)網(wǎng)關(guān)模型，而藍(lán)牙技術(shù)則為該網(wǎng)絡(luò)中的許多鏈接提供了一種連接方案。通過提供無線連接和hoc聯(lián)網(wǎng)，它與已有的CAN (控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò))總線互為補(bǔ)充。其他通信媒介也有自己的優(yōu)勢，如MOST(面向媒介的系統(tǒng)傳輸)和IEEE1394，它們?yōu)橄M電子產(chǎn)品和娛樂系統(tǒng)提供了高帶寬音頻/視頻通信。

這種新技術(shù)使用CAN總線，在對汽車性能和安全性具有影響的各系統(tǒng)之間實現(xiàn)高可靠性的通信。高速 CAN網(wǎng)絡(luò)用來連接引擎控制單元(ECU)、防鎖死剎車系統(tǒng)(ABS)及其他關(guān)鍵性的系統(tǒng)。低速CAN網(wǎng)絡(luò)則常用于實現(xiàn)多路連接，在這個網(wǎng)絡(luò)中，多燈照明器、電源窗口和電源座椅等等都是作為CAN總線上的節(jié)點，而不是使用大型、昂貴的電纜束通過傳統(tǒng)的點對點連線來進(jìn)行連接。

 

本文介紹了一種基于藍(lán)牙技術(shù)的用于遠(yuǎn)程訪問診斷接口的架構(gòu)，在這種架構(gòu)中使用藍(lán)牙聯(lián)網(wǎng)協(xié)議為一個HTTP－CAN網(wǎng)關(guān)提供底層的傳輸(物理)媒介。 借助運行在TCU上的嵌入式HTTP服務(wù)器的幫助，服務(wù)技術(shù)人員可以從啟動藍(lán)牙功能的便攜式電腦的網(wǎng)絡(luò)瀏覽器上來監(jiān)視和控制INV上的各個節(jié)點。這個無線 接口提供了方便的訪問途徑，從車底、發(fā)動機(jī)蓋下或乘客廂內(nèi)都可進(jìn)行訪問。本文介紹的系統(tǒng)使用了藍(lán)牙的撥號聯(lián)網(wǎng)(DUN)特性來模擬一個外部調(diào)制解調(diào)器，以 便支持一個“撥號”到汽車CAN網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)瀏覽器。通過使用TCP/IP等標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議，并將汽車的相應(yīng)軟件嵌入HTTP服務(wù)器，技術(shù)人員的硬件和軟件相 對于汽車設(shè)計具有完全的可伸縮性，即使不同制造商、車型和型年的汽車其維護(hù)和修理過程全然不同。

對車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行診斷訪問

                    圖1：網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和遠(yuǎn)程診斷接口

圖1 顯示了使用基于藍(lán)牙的診斷系統(tǒng)進(jìn)行訪問的車內(nèi)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。具有藍(lán)牙功能的常規(guī)筆記本電腦上的網(wǎng)絡(luò)瀏覽器是用來訪問TCU的，它提供了一個訪問汽車網(wǎng)絡(luò)的 用戶接口。通過在汽車自身嵌入診斷接口，制造商可以定制數(shù)據(jù)的描述形式和提交給技術(shù)人員的過程。還可以根據(jù)特定汽車內(nèi)的選件安裝情況來提供診斷程序。除了 消費者挑選的諸如空調(diào)、ABS等選件之外，通常還有一些其它的部件差異是消費者所看不見的。例如，在1個型年內(nèi)可能使用2～3個水泵。把所有這些差異都考 慮進(jìn)去之后，可能會出現(xiàn)幾十種組合情況。對特定汽車定制專門的診斷接口降低了導(dǎo)致技術(shù)人員陷入迷惘和使用不正確診斷程序的可能性。

這個接口可用來訪問汽車行駛期間的實時工作數(shù)據(jù)和來自控制器并記錄有異常事件(如引擎點火失敗，超程傳感器數(shù)據(jù)等)日志的歷史數(shù)據(jù)?？刂破鬟€可用來操控汽車傳感器進(jìn)行測試，如驗證噴射控制裝置是否能對傳感器的輸入進(jìn)行正確響應(yīng)。

該 診斷系統(tǒng)還可為汽車制造商恢復(fù)數(shù)據(jù)，以開發(fā)故障發(fā)生前的指示器模型。通過上載閃存中的數(shù)據(jù)日志，并將其與技術(shù)人員所提供的故障報告關(guān)聯(lián)起來，便可以利用學(xué) 習(xí)算法來優(yōu)化自動診斷工具。維護(hù)和維修設(shè)備提供這些信息的目的在于為汽車的診斷起到輔助作用。在診斷汽車所發(fā)生的問題時，第一個步驟應(yīng)該是上載閃存數(shù)據(jù)， 因為聘請熟練技術(shù)人員的成本比較昂貴，而利用汽車制造商的軟件工具常常就能夠診斷出問題所在(或提供有用的建議)。

網(wǎng)際網(wǎng)模型

由于系統(tǒng)需要具有不同可靠性和帶寬的網(wǎng)絡(luò)，未來的車內(nèi)網(wǎng)將用到多種網(wǎng)絡(luò)類型。分層協(xié)議和中央網(wǎng)關(guān)處理器相結(jié)合，可實現(xiàn)不同組網(wǎng)技術(shù)之間的透明通信。

伴 隨汽車電子產(chǎn)品結(jié)構(gòu)正在發(fā)生的革命，出現(xiàn)了許多新興的網(wǎng)絡(luò)。汽車中的多媒體設(shè)備，如CD/DVD播放器、數(shù)字電視等，都要求具有較大同步帶寬的網(wǎng)絡(luò)；而另 外一些應(yīng)用則需要無線網(wǎng)絡(luò)或其他配置。為滿足對這些廣泛的、日益增長的汽車網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的需求，研究人員正在開發(fā)許多專用的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。未來的車內(nèi)網(wǎng)很可能包 括：

* 藍(lán)牙微微網(wǎng)(Piconet)：中等帶寬的無線網(wǎng)絡(luò)，已成為與蜂窩電話和便攜式計算機(jī)通信的標(biāo)準(zhǔn)。


* CAN網(wǎng)絡(luò)：中等帶寬、高可靠性的有線網(wǎng)絡(luò)，已經(jīng)是汽車行業(yè)中的標(biāo)準(zhǔn)。


* 音頻/視頻網(wǎng)絡(luò)：用于娛樂媒介的高帶寬有線網(wǎng)絡(luò)。目前在這個應(yīng)用領(lǐng)域中存在幾個相互競爭的協(xié)議，包括內(nèi)部數(shù)據(jù)總線(D2B)、火線(FireWire，IEEE 1394)、 面向媒介的系統(tǒng)傳輸 (MOST)和移動媒介鏈路(MML)。


* 低開銷有線網(wǎng)絡(luò)：基于UART的有線網(wǎng)絡(luò)(LIN)和芯片－芯片總線，如I2C、SPI和Microwire，支持到按鍵板、顯示屏和傳感器等的低成本接口。


* 低開銷無線網(wǎng)絡(luò)：基于ZigBee或?qū)Ｓ镁W(wǎng)的低帶寬無線網(wǎng)絡(luò)，用于輪胎壓力傳感器、報警器和門鎖的射頻遠(yuǎn)程鑰匙以及需要無線接口和最低成本的其他應(yīng)用。

未 來的車內(nèi)網(wǎng)通常會包含多個CAN網(wǎng)絡(luò)：低速網(wǎng)絡(luò)用于門鎖、尾燈等設(shè)備，它可以減少走線；高速網(wǎng)絡(luò)用于動力控制等關(guān)鍵高性能功能。在7系列寶馬汽車中，使用 了三個CAN網(wǎng)絡(luò)。其中，CAN動力網(wǎng)絡(luò)和CAN車體網(wǎng)絡(luò)連接到中央網(wǎng)關(guān)模塊，后者再連接到Byteflight星型網(wǎng)絡(luò)。Byteflight星型連接 器是安全關(guān)鍵控制和信息模塊。第三個CAN網(wǎng)絡(luò)將CAS(汽車訪問系統(tǒng))連接到門控單元和座位控制單元(最多11個單元)。CAS還提供到CAN車體網(wǎng)絡(luò) 的接口，后者包括多達(dá)20個節(jié)點。

網(wǎng)絡(luò)軟件結(jié)構(gòu)

TCU和遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)如圖2所示。

                 圖2：TCU和診斷系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)。

診斷系統(tǒng)運行通用的網(wǎng)絡(luò)瀏覽器，以便查看TCU上的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器所提供的信息。通過在TCU上執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，汽車制造商可以提供一個無需事先知道實現(xiàn)細(xì)節(jié)(它即使在同一個型年內(nèi)也有可能發(fā)生變化)就可進(jìn)行訪問的診斷接口，

各CAN節(jié)點中的高級驅(qū)動器執(zhí)行應(yīng)用特定的協(xié)議來響應(yīng)從網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器收到的請求。該驅(qū)動器負(fù)責(zé)分析和解碼PDU(協(xié)議數(shù)據(jù)單元)，并產(chǎn)生滿足PDU所需行為的各項本地任務(wù)。一旦本地任務(wù)結(jié)束之后，這些任務(wù)所產(chǎn)生的任何結(jié)果都會被格式化并通過CAN總線返回給網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器。

DNC (動態(tài)節(jié)點配置)服務(wù)器維護(hù)一個活動節(jié)點列表。當(dāng)某個節(jié)點被添加(可以是“熱添加”或“冷添加”)到CAN網(wǎng)絡(luò)時，它立即開始向運行在TCU上的DNC服 務(wù)器廣播配置請求。由于采用許多計算機(jī)所用的動態(tài)主機(jī)配置協(xié)議(DHCP)來建模，以便自動獲取網(wǎng)絡(luò)配置，因此可以利用一種類似的(簡化的)協(xié)議來允許 CAN節(jié)點獲得某些需要的網(wǎng)絡(luò)配置數(shù)據(jù)。通過這種機(jī)制，節(jié)點可以用與計算機(jī)中即插即用類似的方式來進(jìn)行增加或刪除。CAN節(jié)點使用DNC請求來發(fā)布它們隨 機(jī)產(chǎn)生的節(jié)點ID號，即希望在CAN網(wǎng)絡(luò)上用來作為其名稱或“地址”的“別名”(不要將其與基于消息的過濾或CAN網(wǎng)絡(luò)上使用的ID號混淆)。

當(dāng)TCU 的DNC服務(wù)器接收到一個DNC請求時，它首先檢查節(jié)點所請求的ID號是有效的，并且不與當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)上的任何其他節(jié)點相沖突。然后，服務(wù)器檢查它具有足夠的 存儲空間來將該節(jié)點的配置表增加到它的活動節(jié)點列表中去。最后，如果上述檢查通過，DNC服務(wù)器將接受這個請求，并為該節(jié)點分配一個唯一的數(shù)字作為其活動 期間的名字。同時，該節(jié)點的ID號也將被添加到服務(wù)器的活動節(jié)點列表中。以后所有指向該節(jié)點的通信都將使用這個協(xié)議ID。如果所請求的ID號無效，TCU 將拒絕這個請求，從而提示該節(jié)點請求另外一個ID號，直到這個ID號可以接受為止。

TCU擔(dān)當(dāng)CAN網(wǎng)絡(luò)的主機(jī)，因為CAN節(jié)點本身并不運行基于TCP/IP的協(xié)議堆棧。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)瀏覽器需要訪問一個CAN節(jié)點時，它與網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器進(jìn)行通信。網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器解釋瀏覽器所請求的動作，并在CAN網(wǎng)絡(luò)上產(chǎn)生通信，以執(zhí)行該動作。

TCU處理器的一個例子是國家半導(dǎo)體公司的CP3BT26,該處理器屬于CP3000系列連接性處理器。它具有以下特征：

* 24MHz 16位RISC CPU，含32位擴(kuò)展；

* 256K字節(jié)片內(nèi)閃存；

* 8K字節(jié)數(shù)據(jù)閃存(從256K閃存中執(zhí)行時可寫)；

* 32K字節(jié)靜態(tài)存儲器；

* 藍(lán)牙基帶控制器；

* 帶目標(biāo)存儲的雙CAN 2.0B活動控制器(稱為fullCAN)；

* USB 1.1全速節(jié)點；

* ACCESS.bus、SPI、Microwire/Plus低開銷芯片-芯片總線；

* 四UART；

* AAI編解碼器接口(與SSI接口兼容)；

* 8 通道12位AD轉(zhuǎn)換器；

* 54個通用I/O端口引腳；

* 通用定時器；

* 看門狗定時器；

* 低電壓模式；

該器件具有完全的藍(lán)牙和TCP/IP協(xié)議堆棧，其支持包括一套經(jīng)過預(yù)測試的軟件開發(fā)工具、外設(shè)驅(qū)動器和實時操作系統(tǒng)。