2.2 网段的划分
    确定了网络节点和信号需求后，就可以对这些信号进行汇总和分析，评估和预测总线的负载率，规划网络拓扑结构（即是采用单网段的总线结构，还是采用多网段的总线结构）。从成本、技术上分析，单网段的总线结构是最简单、最经济、最容易实现的方案，但是，一旦网络负载率超过了临界值（经验值为30％左右），总线的通信就会受到影响，可能出现总线拥堵、报文不能及时发送而丢失的后果。出现这种情况，需要考虑采用多网段的总线结构，从而降低网络负载率。
    对于目标车型，如果将以上所有节点接人同一个网段，初步估算网络负载率将达到38.5％左右，大幅超出了负载临界值，不利于网络可靠运行，也不利于网络的扩展，因此需要采用多网段结构。由于EMS、 TCU、 ESC、EPB、 EPS节点信号交互频繁、集中，故将这些节点划为一个网段，负责动力、制动、安全、转向、车身稳定等系统的通信，称为动力网段；将BCM、 IC、 VIS、 ACU、TPMS、PEPS划为另一个网段，负责车身、娱乐、信息、舒适、防盗等系统的通信，称为车身网段。初步估算，上述动力网段和车身网段的网络负载率分别为27.5％和13.2%，低于负载率的临界值，具备网络扩展的空间。对于混合动力车型需要新增加的BMS、MCU、 VCU节点，三者的网络负载率估算为18.75%，规划一个新网段，称为混合动力网段，负责混合动力系统的通信。

    2.3 网关的确定
    在确定了总线网络的网段后，对于多网段的网络，还需要确定网关的设计，即网关通过什么方式实现。目前，有两种实现方式，一种是独立式网关，另一种是集成式网关。独立式网关由单独的控制器实现，只负责网络信号或报文的路由，不负责车辆控制功能。独立式网关由单独的控制器负责路由，故通信功能可以做得很强大，方便扩展和升级，但会增加网络设计的成本，较少采用。集成式网关集成在某个CAN节点内，除实现该控制器自身的功能外，还负责网络路由，常见的集成式网关集成在BCM、IC、 VCU等控制器中。集成式网关由某个控制器节点实现，可以节省网络成本，但会占用该节点的资源，对节点的性能要求较高，不方便网关的扩展和升级。
    目标车型是量产车型，对成本有严苛的控制，因此本着成本最优、功能够用的原则，目标车型采用集成式网关方案。由于BCM是通用化较高的产品，而仪表盘IC在不同车型平台有不同的配置规格，通用化程度相对低，目标车型的仪表盘本身就需要全新设计，综上考虑，选择仪表盘IC作为网关。经过上述方案设计后，目标车型的网络结构就基本形成，见图1。

    目标车型基础上的混合动力车型，有车身、动力、混合动力3个网段，对网关的路由能力要求较高，需要网关有足够的资源及时地处理信号或者报文的路由，应对方案是在仪表的基础上升级网关，或者开发独立式网关，其中独立式网关的网络结构见图2。

    2.4 网络信号矩阵的设计
    前文已经提到，在设计车辆CAN总线方案前，需要调查网络上传输的信号，调查的内容包括信号名称、信号由哪个节点采集并发送、信号传输周期、信号长度、信号精度、信号偏移量、信号定义、信号接收节点等信息。以车门状态、发动机状态、发动机转速信号为例，调查结果见表3。

    可以看出，一个总线信号需要用一个或多个bit来表示，因此需要对总线上传输的信号进行组合，以此提高数据场的利用率。信号组合遵循的原则有：同一个节点采集的信号可以进行组合，不同节点上的信号不能直接组合；相同发送周期的信号可以组合，不同发送周期的信号不可以组合；尽可能提高数据场的利用率，减少报文的数量，同时预留必要的空余位，以便扩展其他信号。
    完成信号的组合后，需要给各个报文分配ID。CAN协议支持两种报文格式，一种是11位标识符的标准帧，另一种是29位标识符扩展帧，目前各大乘用车制造厂采用11位标识符的标准帧。11位标识符ID不仅表示了报文的代码，用于报文的识别，还规定了报文的优先级。根据CAN总线的通信机制，多个节点同时发送数据、竞争总线的访问权时，标识符ID数值较小的报文获得总线控制权，其他竞争的节点自动转人监听状态，其余节点也进人监听状态。基于此，与车辆动力系统、制动及安全系统相关的报文优先分配较小的ID。此外，发送周期短、实时性要求高的报文，也应该优先分配较小的ID。发动机、变速器、BCM部分报文发送周期、ID见表4。

    目标车型的网络信号经组合封装、分配ID后就形成了报文，所有报文经列表汇总就形成了信号矩阵，见表5。信号矩阵能够直观、清楚地定义信号和报文的信息，是网络应用层开发的依据。

           
    2.5 网关的设计
    前面提到，多网段的CAN总线网络必须配置网关，实现报文或信号的路由和转发，目前网关采用报文路由和信号路由两种方式。报文路由指网关从源网段接收到需要路由的报文后，直接将其转发到目标网段，报文的ID、发送周期可根据需要做些更改。报文路由一般在网关的底层程序就能实现，无需上层应用程序的支持，因此可以节省网关的资源。信号路由指网关将接收到的多个报文进行解析，提取需要的信号，并将提取的信号重新封装，分配ID，转发到目标网段。信号路由可以提高报文数据场的利用率，降低目标网段的网络负载，但会占用网关的资源，对网关处理器的要求较高。
    举例说明：在目标车型中，车速报文由ESC节点发送，位于动力网段，同网段内的EMS、 TCU、EPS、EPB等节点可直接接收车速报文，而车身网段的IC、 VIS、 PEPS节点也需要车速报文。仪表盘IC作为网关，将车速报文从动力网段路由到车身网段后，车身网段的IC、VIS、PEPS节点就可获得车速报文了。再如发动机的冷却水温度、变速器的档位信号、发动机的状态信号，位于动力网段，由不同的节点通过不同的报文发送，车身网段上的IC、PEPS节点需要这些信号。仪表IC作为网关，如果直接转发这些报文，虽然达到了信号共享的目的，但增加了车身网段的网络负载率。合适的做法是IC解析这些信号，重新封装后发送到车身网段上，这样可以减少车身网段报文的数量，降低网络负载率。

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