基于字符和比特流的汽车总线传输

因为在总线系统中比特率f_bit，是指单位时间内传输的平均比特数，由于电子性的边界条件是预先确定的，并且帧头和帧尾在传输时，也要一定的时间，所以有效数据率f_Daten要按下列关系式，至少要减少：

控制位的位数为（帧头+帧尾+特殊项）中的位数。

真正的总线数据传输，有两种不同的方法：

●基于字符的传输，一般在较低比特率时采用，如：K线，LIN。

●基于比特流的传输，一般在较高比特率时采用，如：CAN，FlexRay。

在基于字符的传输中（又称为异步传输或启动—停止方法或基于UART的传输），被传输的数据信息包括帧头和帧尾，按每8位分一组，即一个字符，每一个字符单独传输（图3-1-15）。在字符之间传输导线处于静止状态（逻辑1），作为识别字符的开始，要传输一个起始位（逻辑0），随后是字符的8位，用低位数开始（LSB），之后还要发送奇偶位，它可以识别最简单的传输错误，最后传输的是停止位（逻辑1）。直到下一个字符开始，传输线又保持在静止状态。这个方法的优点是，通信控制器很简单，所谓UART（通用异步接受和传输器），在实际中已经被集成在每一个微控制器中。UART进行字符的发送和接收，包括产生启动位和定止位以及奇偶校验和它们的独立检查。相反每个字符的定位和进一步的处理必须通过协议软件来完成。所以这种方法引起相对比较高的计算负载，在实际中，限制了一定的数据率。比特率是常数，并由UART产生。每个字符之间的时间间距T_ICB（ICB，内部字符间断），以及数据信息的最后一个字符和下一个数据信息的第一个字符之间的时间间距T_IFB（IFB，内部数据帧间断），是由协议中的最大

图3-1-15 基于字符的传输（ICB内部字符中断、IFB内部帧中断）

值和最小值给定的，为的是让协议软件有足够的时间对字符进行定位和进一步的处理。传输的费用是很高的，当所有的字符没有停顿地直接传输时，对于每8位数据信号，附加必要的启动位和停止位，那么在最佳情况下，最大的有效数据率可达到(www.zuozong.com)

由于字符和数据信息之间的停止时间，有效数据率还要减小。

在基于比特流的传输时（图3-1-16，另外的名称：同步传输），所有属于数据信息的有效数据，包括帧头和帧尾（图3-1-7）在传输时作为一个统一的块，在一定的比特时钟协议下，没有停止地传输（即所谓的比特流）。数据帧之间的时间停顿T_IFB，重新在协议中规定其最小值和最大值。与基于字符的传输不同，由于数据信号内部可以自由停顿，所以具有较高的有效数据率传输，但通信控制器的费用是昂贵的，总的传输是在硬件中进行的，协议软件只是对数据信息作调整和进一步的处理。

图3-1-16 基于比特流的传输

对于比特时钟，发送端和接收端一般工作在自己的局域时钟发生器，尽管发送器和接收器不断地工作在同一标准的比特率下，但在实际中不可避免地有较小的误差。

在基于字符的数据传输中，接收端的比特时钟发生器通过信号脉冲，与接收端起始位的始端相同步，直到字符结束。比特时间内的累积误差，必须比比特持续的时间要小，否则在字符结束时，比特位不能再被正确地接收。由较小比特数位组成的字符，如10bit（1个起始位，8个数据位，1个停止位），允许相对误差较大，如在累积允许误差0.5T_bit时，达到±5%。

在基于比特流的传输时，部分数据信息远远超过100位。因此要实现比基于字符传输十分之一还要小的误差是不可能的。出于这个原因，比特时钟发生器在数据信息接收期间，必须进行后期同步。因此在办公LAN中必须采用专门的位编码方法（如曼彻斯特编码）。它要求较高的带宽并引起高的EMV问题。因此在车辆总线系统的普通NRZ编码中，必须在数据流中插入附加的同步位，如所谓的位插入法，其方法是在一定的数据信息位之后（如在CAN中，一般是5位以后），总是要进行位插入。采用位插入法是因为有时传输的数据信息是许多相互连续的数据位，它们都是连续的逻辑“0”或逻辑“1”信号，那么在传输信号时，对于比特发生器的后同步没有出现脉冲信号，所以人们只好采取有规律的在一定的位后面进行位插入。在位插入法中，加大了数据信息长度对有效数据位数的依赖性，如在CAN中，平均3～4位，就要进行位插入，但在最坏情况下不超过20位。