1 前言

汽车总线技术的开发应用越来越深入，如何高效、低风险地做好汽车网络总线的平台化开发显得尤为重要；目前，随着轻型卡车由于控制器数量逐渐增加，单网段式网络架构由于其：可配置性差、网段负载率高等问题，已经尽显疲态；为了对整车网络系统进行更专业的管理和优化，具有多路CAN和多路LIN通讯的独立网关可解决目前单网段的问题，本篇就独立网关的一般设计流程和设计原则进行简单介绍。

2 设计原则

2.1 平台化原则

以开发一款平台化的独立网关为目标，独立网关方案是基于整个电气架构设计思路基础上的，方案应具备子网独立、平台设计、网络总线可裁剪，成本较低等技术特征。

2.2 前瞻性原则

根据该轻型轻卡所在平台相关规划，以及竞品车型配置情况，了解法规动态及智能驾驶发展趋势，预留未来3-5年轻卡配置要求。

2.3 兼容原则

根据平台化网络拓扑，设计独立网关信号通道，又根据轻卡有SAE J1939和ISO 两种通信协议的现状，设计独立网关软硬件。硬件方面兼容12V和24V两种电压，支持本地唤醒和网络唤醒；软件方面兼容SAE J1939和ISO 两种通信协议，信号路由可配置，便于应用于不同车型，最终达到一款硬件适应全系产品。

3 网关功能设计

3.1 报文路由设计

报文路由是指网关将源子网上接收到的报文完整的复制到目标子网，并且从目标子网上发送出来。在这个过程中报文的周期和内容不会被更改，报文ID则可以按照定义进行修改或保持不变。网关收到报文就立即进行转发，收不到报文就停止转发。

图1 报文路由示意图

3.2 信号路由设计

信号路由是指网关将需要转发的信号从源子网的报文中取出，重新打包到网关的自主报文中，再将该自主报文发送到目的子网。当网关未接收到源子网的信号时，网关发送预定义的替代值，以表示该信号为网关所发，并非来自于源子网的发送节点。

图2 信号路由示意图

3.3 路由时间

以CAN-CAN路由为例，网关的完整的报文传输过程包括报文接收、报文处理以及报文发送三部分。

图3 时间路由示意图

T1：网关接收一帧报文所需要的时间，约小于0.3ms；

T2：网关处理一帧报文所需要的时间，对于报文路由，应小于0.4ms，对于信号路由，取决于自主报文的发送周期；

T3：网关发送一帧报文所需要的时间，约小于0.3ms；

综上所述，网关的报文路由时间应不超过1ms；网关的信号路由时间不超过自主报文的发送周期。如果目标子网对信号的实时性要求较高，需应用报文路由策略。

3.3 路由表设计

以CAN-CAN路由为例，路由表中应该包含以下重要信息：源子网、目标子网、路由方式、信号和报文定义。

图4 CAN-CAN路由表示意图

4 硬件设计

4.1 MCU选型

MUC的选型决定了网关的功耗、运行速度、功能实现程度，以及成本和运算速率；要选好一款处理器更好考虑相关的配套开发工具、仿真器、以及软件支持情况等。

4.2 LIN接口电路

以LIN收发器TJA1021为核心器件，终端电阻位于PIN6和PIN8之间，支持本地唤醒和外部（LIN）唤醒。

4.3 CAN接口电路

以CAN收发器TJA1043为核心器件，终端电阻位于PIN11和PIN12、PIN11和PIN13之间，支持本地唤醒和外部（CAN）唤醒。

5 软件设计

5.1 软件架构设计

根据网络拓扑设计要求，软件兼容ISO和SAE J1939两种通讯协议，主要包括：电源管理任务、IO任务、AD任务、NV读写任务、自诊断模块任务、路由调度模块任务、LIN总线任务、CAN总线任务、空闲任务等。各个模块均进行相关的应用功能处理。

图7 软件架构示意图

5.2 信号路由配置

设计开放的软件模块，通过配置软件自定义路由关系，生成路由表；将路由表通过 UDS 协议写入网关；路由表支持“报文路由”和“信号路由”两种路由关系。

图8 信号路由配置示意图

信号路由：网关从 CAN 报文中将信号解析出来，并将信号重组到另一个报文中发出，发出报文的时候遵循目标报文自身的的发送策略。