高吕和1 孙维圆 2 王艳奂2
(北京工业职业技术学院1 北京100042) (吉林大学交通学院2 长春130025)
摘要在分析轮式装甲车综合电子信息系统及总线技术发展概况和特点的基础上，参考民用车辆的CAN 总线设计方法，完成了轮式装甲车综合电子信息系统的网络拓扑结构设计，并对网络系统的软硬件设计和性能分析提出了具体的建议。
关键词CAN 总线；轮式装甲车；综合电子；信息技术
中图分类号: TJ 811 + . 92 文献标志码:A DO I :10. 3963/ j . ISSN 167424861. 2009. 04. 031
轮式装甲车属于特殊的专用车辆，与履带装甲车相比，具有良好的经济性和战略机动性[ 123 ] 。轮式装甲车的发展离不开电子信息技术的应用。综合电子信息系统是装甲车电子技术应用的发展方向，也是未来装甲车作为新一代先进武器装备的重要标志[ 4 ] 。综合电子信息系统的核心是数据总线技术。随着装甲车辆中电气和电子设备的日益增多，车辆的可靠性面临着严峻的挑战，数据总线技术为日益复杂的综合电子信息系统提供了技术手段，保证了其性能的不断提升。
我国装甲车的电子系统大多分别独立研制, 是一种分散的堆积式结构，因此带来了诸如连线烦杂、电磁干扰严重、车内空间拥挤、可靠性和可维护性差、乘员负担过重以及难以与C3 I (或C4 I) 系统接口等一系列问题，严重地影响装甲车战斗性能的发挥[ 5 ] 。为了适应未来高技术信息化战争的需求，发展以总线技术为核心的轮式装甲车综合电子信息系统势在必行。
1 轮式装甲车综合电子信息系统及
总线技术发展概述
基于CA N 总线技术的综合电子信息系统是未来轮式装甲车必不可少的关键技术之一，其技术水平直接决定了轮式装甲车的效能。
美国从1996 年开始研制的地面车辆综合电子信息系统中, 采用开放式体系结构( VOSA) 。从该系统可以看出装甲车综合电子信息系统的发展动态，主要表现为2 个方面:
1) 采用标准化硬件和软件模块。VOSA将逐步建立起构成综合电子信息系统标准化的硬件、软件和接口电路模块，以满足不同车辆的功能。VO S A 采用VM E64 总线标准模块，包括单板机系列、信号处理器系列、通信卡系列、图象处理卡系列、图形处理卡系列、局部网卡系列、1553B 接口卡系列、M IC 接口卡系列等。
2) 采用高性能的数据总线和器件。高性能的数据总线和器件是高性能综合电子信息系统的基础。VOSA 采用高性能的FDDI 数据总线，其传输速率为100 Mb/ s , 可使各种标准接口如RS232 、1553 、1850 、M IC 及以太网等都能很好地纳入VOSA中。
双月湾攻略目前，西方发达国家已经做出了用信息技术发展本国武器装备和建设新世纪数字化部队的决策。我国也必须发展自己的装甲车综合电子信息系统及总线技术才能提高国防力量，而基于CA N 总线的综合电子信息系统就是1 种较理想的发展思路。
2 基于CAN 总线的轮式装甲车综
合电子信息系统特点分析
综合电子信息系统的发展目标是实现系统的信息化、数字化、网络化、自动化、智能化，即以总线网络为基础、信息共享为目的、指挥控制一体化为目标，建立自动化作战指挥控制系统，整体上提高装甲车的信息处理及协同作战能力。
2. 1 CAN 总线技术性能分析
CA N 总线是德国Bo sch 公司从20 世纪80 年代初为解决汽车中众多的控制与测试仪器之间
收稿日期:2008211202 修回日期:2009203215
作者简介: ：高吕和(1970) ，硕士，讲师. 研究方向：汽车电子. E2mail:*******************
的数据交换而开发的1 种串行数据协议。目前CA N 总线已成为国际标准化组织ISO11898 标准，其良好性能主要体现在[ 6 ] :
1) CA N 总线采用多主方式工作，网络上任意1 个节点均可以在任意时刻主动地向网络上的其它节点发送信息，而不分主从，其通信方式灵活。
2) CA N 网络上的节点(信息) 可分成不同的优先级，位速率最高可达1 Mb/ s ，可以满足不同的实时要求。
3) CA N 总线采用非破坏性总线裁决技术, 大大节省了总线冲突裁决时间。
4) CA N 总线采用短帧结构，每一帧的有效字节数为8 个，这样传输时间短，受干扰的概率低，且具有极好的检错效果。
上述特点能够满足专用车辆所要求的传输速率高、可靠性高和实时性好等性能。另外，通过网络的其它方面的优化设计如简化设计、冗余设计、容错设计、屏蔽设计、滤波设计、模块化设计、互换性设计、自检与故障诊断设计、防差错设计等来满足其它性能要求。
2. 2 CAN 总线技术与我国专用车辆发展适应性
什么叫0分析
CA N 总线技术能够满足专用车辆综合电子信息系统的性能要求，但并不是惟一的通信网络, 适用的网络还有1553B 、M I C 等。
从性能上看,1553B 、M IC 和CA N 的传输方式不同。1553B 及MIC 是异步传输的主从式网络，信息的传输采用平衡式差动传输，灵敏度高, 抗干扰能力强，传输速率高, 传输距离远。CAN 总线是多主式网络，若需传输信息，不必等待轮询信号, 就可以自主成为主站, 进行数据传输。CA N 与MIC 的输出是不隔离的，但为提高抗干扰能力，国内已生产CA N 输出光电隔离器，这样使得CAN 能够与1553B 一样都具有输出隔离功能，并且CA N 布成双总线，还可进一步提高其可靠性。
从获取性方面看, 1553B 、M IC 受控于美国, 国内不生产。CA N 总线是国际上专为车辆设计的控制总线，已广泛应用于航空、舰船、装甲车辆、工业控制等领域。世界上主要生产计算机芯片及集成电路的厂家都能生产CA N 芯片，随时都能购买。
从价格的因素看,1553B 、M IC 的协议控制器价格昂贵,1 片1553B 芯片需1 万多元,1 片MIC 芯片也接近1 万元，且供货得不到保证。而CAN 芯片由于用量大、生产厂家多, 因而价格便宜, CA N 的价格仅为MIC 的几十分之一。
CA N 总线性能不比1553B 总线性能差，且价格低廉，故CA N 总线的应用范围更广[ 7 ] ，所以我国专用车辆采用CA N 总线技术是1 种较好的选择。
3 基于CAN 总线的轮式装甲车综
合电子信息系统设计
3. 1 关键问题分析
对于轮式装甲车而言，一方面网络系统必须满足综合电子信息系统的功能多样化和高度集成化的发展趋势，另一方面，针对轮式装甲车经常工作在潮湿、振动、尘土、油污、温度变化范围大以及强电磁干扰等恶劣工作环境下，还必须满足系统的可靠性、电磁兼容性、实时性、可维护性等性能要求。
1) 网络可靠性分析。电磁干扰是影响网络可靠性的重要因素。轮式装甲车应采取各种有效措施降低或避免各种干扰。例如, 合理的ECU 抗干扰措施、安装设计以及网络布线规划都可以减少系统中的不可靠因素。同时，通过通信协议的制定以及相应的软硬件设计，提高通信系统性能。必要时需要对关键部件进行特殊的网络设计，比如针对线控节气门可考虑采用T T P 等。计算机系统输入采用光耦隔离，使状态信号采集与计算机内部信号的传输在电气上完全隔离，从而杜绝了由传输网络的电磁干扰引起系统失效(误动作) 。
2) 网络的环境适应性。轮式装甲车不仅对环境温度、湿度等适应性要求较高，而且网络系统必须满足专用车越野条件下的剧烈的振动要求。提高系统的环境适应性可采用多种措施，如电路板在匣体内采用加强框架和减振安装固定，从而提高抗振等级，以及潮湿防护，光电器件、光路通道的防尘隔离等。
3. 2 系统网络拓扑结构设计分析
合理的网络拓扑结构对于优化网络性能、降低网络复杂性、增加可靠性及降低成本是非常重要的。
3. 2. 1 设计原则一般的计算机网络主要是实现
用户对网络资
源的共享，其主要目的是试图解除距离上的约束, 解决通信容量和负载均衡的问题。轮式装甲车是移动平台，它的联网技术不同于一般的计算机网络，除了要满足资源共享以外，还要满足各功能子系统的实时性要求，并通过信息的交换达到功能综合的目的，而且特别强调网络的可靠性和实时性。所以，轮式装甲车网络拓扑结构设计原则为:
1) 技术成熟优先原则。以技术相对成熟的传统民用汽车网络的拓扑结构为参考。
2) 可升级原则。具有前瞻性和可扩展性，能够适应将来各系统的技术升级。
3) 功能独立原则。对于一些重要的系统如电控换档系统、电控油气悬架系统，因其功能比较独立，宜单独采用1 个节点。
4) 线束简化原则。采用CA N 总线控制的目的之一是减少车载线束，所以除了功能较独立的系统外，一些实时性要求不很高的系统(如灯控系统) 应根据物理位置来划分节点。
5) 网络负载轻化原则。考虑网络的可靠性和实时性要求，划分节点时应避免大量信息的交互，传输速度不必过高，以保证系统的稳定性。
6) 节点数适量原则。网络的节点数不易过多，一般情况下，网络节点在20 个以下，以保证系统较高的可靠性。
3. 2. 2 综合电子信息系统网络拓扑结构设计分析对于车用网络而言，主要有单总线和多总线结构。由于轮式装甲车子系统繁多，并且对各个系统的要求也不一样，为保证系统的可靠性，宜采用多总线结构。在控制结构中，独立式控制结构的可靠性好，网络速度要求小，而且研发的费用低、时间短，电磁兼容性也较好，轮式装甲车宜选用独立式控制结构。图1 所示为双总线的网络拓扑结构。
图1 双总线的网络拓扑结构
3. 3 轮式装甲车综合电子信息系统软硬件设计
软件系统的设计不仅要满足各节点的控制功能，同时要基于通信协议实现信息共享。而对于
硬件系统的设计，主要考虑下述几个方面。
1) 传输介质。考虑到CAN 总线传输速度相
对来说属于低频传输，加之专用车上的电磁干扰, 传输介质应采用成本较低、应用较多的屏蔽双绞线。
2) CPU 选择。高速CAN 总线上各节点的CPU ，应选用带CAN 控制器的16 位或32 位单
片机，选择的标准主要看是否能满足各子系统的
控制功能的要求。
CA N 总线上各节点控制功能简单，主要应考
虑降低成本，所以选用带CA N 控制器的8 位单
片机。
对于网关，应选用带有2 个CA N 控制器的16 位或32 位单片机。
3) 节点数设计。对于专用车辆综合电子信
息系统而言，节点数的设计主要考虑两方面情况: ①根据物理位置，如车灯控制; ②根据系统功能。如轮胎充放气系统，这种设计原则既考虑了系统的简化，又兼顾了系统的可维护性。
4) 系统接口设计要求。系统的接口主要是CA N 控制器和CA N 收发器。对于CA N 收发器, P HIL IPS 公司的82C250 提供对总线的差动
发送和接收能力，最高通信速率可达1 Mb/ s。是
1 种较好的选择。对于CAN 控制器, 从实现成本、设计的灵活性、占CPU 的负荷及可靠性等方面，片内CA N 控制器都比独立式CA N 控制器优越，因此选用片内CA N 控制器。
3. 4 系统性能分析
3. 4. 1 网络性能评价方法分析对网络的性能分
哈妮克孜析，通常采用模拟系统法、测
量法和数学建模法3 种。模拟系统法是用模型来模拟即将建立的网
络，从而预测其性能，通常在建立网络之前进行。测量法是使用1 个工作站，主动地监视信道的所
有信息流状况，从而得到信道使用率、帧长度分布、碰撞特性、信道吞吐量及预计地信息传输延迟时间等。测量法的优点是能测试系统的真实性能，但必须在网络已经建立并投入使用后方可进行。
数学建模法是建立系统的数学模型，用演绎
推理求解，该模型用数学形式表示系统的特性和
行为，并利用计算机协助运算，以分析网络的性能，这种方法只是进行一些近似分析的工作。
3. 4. 2 开发和分析工具
CA Noe 是Vector 公司研制和开发的CAN 工程开发的综合型工具，也是对CAN 总线进行网络监测和分析的工具。CA Noe 能支持ISO/ OSI 开放式系统互联的从物理层一直到用户应用层所有7 层的协议,
具体支持的协议有CA N 、SA E J 1939 、ISO117 83 、C A N open、Devicenet 、CA Naerospace 、N M EA 2000 、L I N 、V A N 、Fl ex2 aray、M O S T 和MCnet 等，具有强大的系统仿真功能并可自行编程。它具有图形化界面，可以实时地显示并分析信号。
结束语
在分析轮式装甲车综合电子信息系统及总线技术的发展概况基础上，阐述了CAN 总线技术应用于轮式装甲车的必要性, 参考民用车辆的CA N 总线设计技术，完成了轮式装甲车综合电子信息系统的网络拓扑结构设计，并对网络系统的软硬件设计和性能分析提出了具体的建议。论文研究成果对开发适合我国国情的轮式装甲车综合电子信息系统具有一定的借鉴意义。
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别知己原唱
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Design of Integrated Electronic Inf o rmation
System for Wheeled Armored Vehicle
GAO Luhe1 S UN Weiyuan2 WANG Yanhuan2
( B ei j i n g Pol y technic College , B ei j i n g 100042 , China) 1
( College of T raf f ic , J i l i n Univ ersit y , C hang chun 130025 , China)2
Abstract :Integrated electronic information system ( IEI S) is an important component of special p urpo se vehicle , while CAN bus is one of it s key technology. With reference to the civilian vehicle CAN bus design , an d based on the sur2 vey of IEIS of special purpo se vehicle an d bus technolo gy , this pap er accomplished the net work topology design of IEI S of wheeled armor ed vehicle , and p roposed some specific suggestion on n et work har dware an d soft ware design an d perform2 ance analysis.
Key words :CAN bus ; wheeled armored vehicle ; integr ated electronics ; inform ation technology
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