功能分配 - 嵌入式技术与整车网络的实现

3.2功能分配(图4)

　　对于嵌入式软硬件实现的工程功能，往往需要分布到多个零部件实现以满足工程需求，因此合理的功能分配设计尤为关键。从实现角度而言，需要从逻辑、物理和机械布置层面进行平衡。嵌入式系统和外界交互需要一定形式的通用设备接口，如A/D、D/A、I/O等，外设通过和片外其他设备的或传感器的连接来实现微处理器的输入/输出功能。每个外设通常都只有单一的功能，它可以在芯片外也可以内置芯片中。外设的种类很多，可从一个简单的串行通信设备到非常复杂的802.11无线设备。

　　

 

　　逻辑层面的分配，需要在保证关键资源、延迟、供电状态、安全等非功能性需求前提下进行。例如：某功能的子功能被分配到某控制器，除了需要传感器/执行器等硬件外，控制器能否提供足够的存储空间、运算能力、供电状态也同样重要;子功能之间可通过总线、硬线进行交连，但是连接方式必须确保功能本身的实时性、可靠性。

　　3.3架构整合

　　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。

　　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。

　　

 

　　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。总线(Bus)是计算机各种功能部件之间传送信息的公共通信干线，它是由导线组成的传输线束， 按照计算机所传输的信息种类，计算机的总线可以划分为数据总线、地址总线和控制总线，分别用来传输数据、数据地址和控制信号。总线是一种内部结构，它是cpu、内存、输入、输出设备传递信息的公用通道，主机的各个部件通过总线相连接，外部设备通过相应的接口电路再与总线相连接，从而形成了计算机硬件系统。在计算机系统中，各个部件之间传送信息的公共通路叫总线，微型计算机是以总线结构来连接各个功能部件的。

　　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。

　　

 

　　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。

　　

 

　　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。网络管理包括对硬件、软件和人力的使用、综合与协调，以便对网络资源进行监视、测试、配置、分析、评价和控制，这样就能以合理的价格满足网络的一些需求，如实时运行性能、服务质量等。网络管理常简称为网管。网络管理，是指网络管理员通过网络管理程序对网络上的资源进行集中化管理的操作，包括配置管理、性能和记账管理、问题管理、操作管理和变化管理等。一台设备所支持的管理程度反映了该设备的可管理性及可操作性。而交换机的管理功能是指交换机如何控制用户访问交换机，以及用户对交换机的可视程度如何。通常，交换机厂商都提供管理软件或满足第三方管理软件远程管理交换机。一般的交换机满足SNMP MIB I / MIB II统计管理功能。而复杂一些的交换机会增加通过内置RMON组(mini-RMON)来支持RMON主动监视功能。有的交换机还允许外接RMON探监视可选端口的网络状况。