嵌入式技術與整車網絡系統

　　功能分配僅針對單個工程功能，而功能與功能、系統與零部件存在的關聯和由此產生的沖突。因此，系統層面上針對功能、零部件的平衡是架構整合的基本內容。同時。合格的架構不僅必須滿足成本要求，還需要與開發人力、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略考慮，通常以架構平臺的形式出現。

　　作為分布式嵌入式系統，網絡系統的架構(圖5)存在著更分布還是更集中的爭議。在更分布式的系統中，諸多功能盡可能按功能分布在不同的控制系統實現，系統的可配置性好、可靠性高但物料成本較高；在更集中的系統中，諸多功能盡可能按區域分布在同一的控制系統實現，系統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、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。架構開發常見的輸出是輸出文檔是電氣原理圖、功能分配規范，并直接作為線束、控制系統和總線開發的設計輸入。

四、總線開發

　　總線是指連接控制器的數字、雙向傳輸、多分支結構的通信系統，通常一條或多條總線和網關構成整車網絡。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據交換的非用戶工程功能，依托節點的嵌入式軟硬件分布式實現的。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動力。通常，總線開發包括物理層、通信層、網絡管理和網關四部分內容。

　　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，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，本質上服務于功能內部的數據交換需求，并屬于后者的抽象。例如人機類功能一般屬于開環控制類，事件觸發的傳輸模式即可滿足數據交換需要，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需求，也是通過總線進行功能分配的重要參考依據。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。信號配置本質上是把信號根據協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網絡管理

　　網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。網絡管理通常包含節點管理和系統管理(狹義網絡管理)，前者限于節點本地的通訊管理，后者協調節點間的系統級行為。

　　作為解決方案，可以直接引入包含網絡管理算法的嵌入式軟件，進一步定義網絡管理策略的時間參數設定、網絡管理底層策略與應用層的接口和應用層對網絡管理的具體需求。需要指出的是，網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網關

　　網關實現不同總線的不同類型的數據交換，不僅包括常見的信號數據，還包含喚醒／休眠、啟動／停止等管理指令。對于信號數據的路由組織，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，分別體現了不同的架構設計理念。

　　網關的功能性需求來源于架構設計，越復雜越分布，系統的網關復雜度越大。從實現角度，網關功能增加了系統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

　　診斷系統能實時監控功能運行，并通過總線接口與外部用戶設備實現數據交換，滿足法規、開發、制造、售后甚至信息服務的需求。從法規角度，通常排放相關的診斷內容是強制性標準化的．如常見的在線診斷(OBD)。診斷開發的基本內容主要包括功能自診斷、診斷管理、通信協議和配置系統四部分開發內容。

　　5.1功能自診斷(圖9)

　　任何嵌入式方式實現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功能的自診斷，后者通常是指操作系統、總線等基礎或者內核部分。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值、變化特性進行可信度判斷。一經判斷出失效，系統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