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传统控制局域网络(CAN,Controller Area Network)结构的车载网关足够满足同时十几个节点同时传输,随着娱乐系统与智能交互系统的加入,CAN在大数据和高速率传输中延时过高,带宽不够的缺点逐渐放大。针对高速率传输,可变速率控制局域网(CAN-FD,CAN with Flexible Data-Rate)应运而生,可改变的传输速率既可以兼容低速CAN网络,又可以扩展更高速率的CAN扩展网络。本论文通过对比研究当前传统CAN网关,设计出了一种最高可以支持八路CAN-FD数据传输的车载网关,并对该网关的设计原理与性能进行了分析。首先,本文介绍了车载网关的一些基本原理和整个乍载网关工作结构,以恩智浦公司的微型控制单元(MCU,Microcontroller Unit)MPC5744C为核心,搭建硬件平台,设计出可以支持CAN-FD数据传输的车载网关硬件系统,与传统最高支持六路的车载网关的传输速率1 25kbit/s～500kbit/s不同,多路CAN-FD网关的每一路数据的传输速率可达到500kbit/s～2Mbit/s,并且一帧数据最高可携带的有效数据由8字节提高到64个字节,可以弥补国内车载网关的空白。其次,本文针对整个车载网关系统软件设计中的三个难点:网络管理,诊断设计,路由延时,进行了深入研究分析。其中,针对网络管理的设计难点,由于现有间接网络管理无法控制某路特定节点单独休眠,功耗大,不适用于八路数据传输,因此,本文根据汽车开放系统架构(AUTOSAR,Automotive Open System Architecture)网络管理协议,设计了一个可用于八路节点管理的可降低功耗网络管理模式,在连接了10个模块的网关系统正常运行模式下,可降低约27%的功耗。针对诊断协议,本文归纳了每个诊断服务的数据传输过程,并实现三个主要诊断服务的功能:安全访问服务,故障代码服务和读取数据服务。针对路由延时处理,本文区别于传统CAN 网关轮询的路由中延时长,处理节点少的特点,提出一种可用于九十几个节点的大数据量处理方法,该方法先使用二分法快速定位转发消息,然后对各路数据进行优先级区分,之后在每一路数据的缓存区建立优先级的双优先级的侧重问询主要节点的方法对报文进行路由转发,对比传统的方法,在传输CAN-FD数据中,新方法最少可有效降低延时0.7ms,在传输CAN数据中,新方法可有效降低延时0.4ms,报文周期越长,延时减小越多。最后,本文研究分析了整个车载网关系统性能测试数据。通过录取实际网关工作报文对网络管理进行验证,结果表明可以准确控制模块正常工作与正常休眠,并减小系统功耗;使用控制局域网络开放环境(CANoe,CAN open environment)测试平台对诊断的主要子服务进行验证,结果表明诊断功能正常;使用打桩测试与报文转发测试相结合测出转发性能指标:报文延时和传输效率。测试结果说明相对于传统的CAN网关,设计的CAN-FD/CAN网关节点由十几个节点,提升到九十几个节点,即使传输节点增加,传输效率还是提高约1%,并且CAN传输数据的最少报文转发延时时间由6～7ms改进为0.7～0.8ms,CAN-FD报文传输延时更是只有0.2～0.3ms。