□6 网关

◇1 网关的作用

因为在现代汽车上装用这么多的总线和网络，所以必须用一种方法达到信息共享和不产生协议间的冲突。例如：当车门被打开时，发动机控制模块也许需要被唤醒。为了使采用不同协议及速度的数据总线之间实现无差错的数据传输，必须要用一种具有特殊功能的计算机，这种计算机就叫做网关。

网关实际上就是一种模块，它工作的好坏决定了不同的总线、模块和网络相互间通信质量的好坏。实际上，针对通用协议的OBD-II系统的故障扫描就是网关，只不过是针对它的屏幕而言。网关就像一个居民小区的门卫，在他让任何客人进入大门之前，他得询问客人是否是应邀前来，或者通知某位住户有人来访了。对不兼容但却需要互相通信的总线和网络来说，网关模拟所起的作用就同门卫一样。但当信息不能传递时，不要责怪信使（网关），可能是一个或两个模块的软件或许有错误。

◇2 网关的实质

网关是连接异型网络的接口装置，它综合了桥接器和路由器的功能，汽车网关主要是能在OSI参考模型的物理层、数据链路层和应用层上，对双方不同的协议进行翻译和解释。

对于Bosch公司为奔驰600SEL等汽车开发的控制器区域网CAN1.2与CAN2.0协议之间的网关，是指为处理多个ECU的核中核CPU之间的通信，而提供的一种综合接口装置，它实际上就是一个Intel-16位80C196单片微机。至于美国三大汽车公司采用的SAEJ1850网络与Bosch-CAN网络之间的网关，实际上就是一个Intel-16位87c196KR的单片微机。

一个网关必须具备有从一个网络协议到另一个协议转换信息的能力，对于CAN协议的网关，应能涉及CAN协议4种帧类型中的两种，即数据帧和远程帧。此外，两种错误帧和超限帧，由该网关的CAN芯片硬件控制。因此，可以说网关无附加的响应性。当然，网关必须具备有“状态位”，即在任何一个网络中发生的错误太多时，网关应有报警状态位或总线中断状态位。这样网关就像网络中的节点那样，可以调查总线的状态。

对于两个网络之间的网关，起码应具备以下的特性：

△1 尽量少的传输等待时间；

△2 信息丢失或超限差错最少；

△3 能处理总线出现的差错。

◇3 网关的布局

如果两个CAN网络执行器是两片独立的芯片，如下面的图—30中所示。微控制器（单片微机）作为网关，那么CAN芯片就像灵巧的随机存储器被网关读写。一旦接收到信息，网关就执行接收CAN芯片的外部读操作，接着执行转换信息的逻辑指令，然后执行外部写操作，对第二个网络的CAN芯片作传输编程。

由上可知，网关主要是执行外部读、写操作和转换信息标识符，而执行读、写操作的重要技术条件是时间，读、写所要求的时间，又取决于网关和CAN芯片接口的定时特性。

◇4 Bosch CAN1.2与CAN2.0之间的网关

1991年9月，标准的1.2版本的CAN协议修订为新的2.0版本，新版本的技术关键是增加了信息标识符。也就是说，新的CAN2.0既支持标准的11位，也支持扩展后的29位信息标识。

CAN2.0实施新的信息位，标识扩展位使CAN操作装置能区分标准和扩展格式，但大多数现存的标准CAN1.2版本不能识别扩展后的信息格式，在实施过程中，会响应错误的信息。

为了能实施29位的信息标识，Intel公司开发了品种繁多的芯片，作为CAN的汽车用户，需采用网关使网络互连，详见下面的图—31中所示。在仅用CAN1.2的11位信息标识的条件下，能正确响应29位的标识。

◇5 网关处理的内容

网关主要“处理”有关下面三部分的

内容（详见下面图—32中所示）：

△1 从第1个网络读取所接收的信息；

△2 翻译所接收的信息；

△3 向第2个网络发送信息。

图中翻译信息标识符的含义如下：

CAN1.2和CAN2.0的网关可用于以下两种情况，第1种是最简单的实施方式，即在两个网络之间不需要对信息标识符翻译，只是传送标准信息，也就是说，这时的网关只起到互连CAN1.2和CAN2.0，并让两个网络共享标准信息的任务；第二种实施方式需要对信息标识符做翻译，也就是说，两个网络各自的信息标识符。

例如：“发动机温度信息”在CAN1.2网络上具有专用的11位标准信息标识符，而在CAN2.0网络上，却具有扩展的29位信息标识符，此时的网关需要对这两种信息标识符通过计算或“查表”进行翻译。

◇6 SAE J1939与J1989网络协议之间的网关

SAE汽车选用CAN2.0协议作为“C级”串行控制和通信网络的推荐实施标准，又称为SAE J1939规范。CAN2.0每秒钟的数据传输速率可达1Mb/s，也就是说，CAN2.0执行相当于SAE-C级的高速数据速率。而对于载货车的挂车或被牵引的机具来说，并不需要如此高的数据速率。由于高速率的串行链路的电子元件和硬件的成本较昂贵，故就采用中速数据速率（B级）41.6kb/s的J1850网络来管理挂车的牵引和制动，而CAN2.0只有用于支持主车发动机的各个ECU。这样在载货车和大客车上，出现了连接异型网络的网关，详见下面的图—33中所示。

同样原理，原来实施SAE J1850 B级通信速率的小客车，则会感到发动机、自动变速器、ABS、SRS等系统的数据速率偏低，想提高通信速率以改善汽车的控制性能，但又不能让汽车的成本增加太多，故就将原实施J1850的汽车增加一个网关，如下面的图—34中所示，并将网关前方的总线修改为CAN总线。

3-多路传输系统的通信协议标准

通信协议标准有点像国家高速公路条例，里面包括许多条款。例如：最高行驶速度、路幅等。但地方在建造高速公路时，还要在条例中加入许多细则。“魔鬼就在细节中”这句老话非常适合地方高速公路条例。

多路传输系统的通信协议标准主要有以下一些：

△1 美国的Essex方法；

△2 联邦德国Bosch公司CAN（Controller Area Network）三线系统；

△3 General Motors的E&C方法；

△4 英国的GEC方法；

△5 日本电装公司的SW系统，该系统安装在丰田公司的安全实验样车上；

△6 日本三菱电气公司与日本东京工业公司协作研制的方法；

△7 日本日产公司的方法。

美国汽车工程师协会制定的J1850实际上是两个半数据总线通信协议的结合体。一个是通用汽车公司的“二级总线”协议，在单根线的总线上的通信速率为10.4kb/s。另一个是福特公司的“标准共用”协议，在双线的总线上通信，其传输的速率为41.6kb/s。还有一个是克莱斯勒公司的协议，它类似于通用汽车公司的，通用和福特的通信协议运行方式完全不同。这些通信协议不但能传输故障扫描仪，而且还能控制数据总线。

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