汽車CAN通信簡介.ppt

總線技術(shù)及應(yīng)用,CAN數(shù)據(jù)總線（CANBUS）,第4講,CAN通信技術(shù)概述,CAN(ControllerAreaNetwork)即控制器局域網(wǎng)絡(luò)。由于其高性能、高可靠性、及獨特的設(shè)計，CAN越來越受到人們的重視。國外已有許多大公司的產(chǎn)品采用了這一技術(shù)。CAN最初是由德國的BOSCH公司為汽車監(jiān)測、控制系統(tǒng)而設(shè)計的?，F(xiàn)代汽車越來越多地采用電子裝置控制，如發(fā)動機的定時、注油控制，加速、剎車控制(ASC)及復(fù)雜的抗鎖定剎車系統(tǒng)(ABS)等。由于這些控制需檢測及交換大量數(shù)據(jù)，采用硬接信號線的方式不但煩瑣、昂貴，而且難以解決問題，采用CAN總線上述問題便得到很好地解決。,1993年CAN成為國際標(biāo)準(zhǔn)ISO11898(高速應(yīng)用)和ISO11519（低速應(yīng)用）。CAN的規(guī)范從CAN1.2規(guī)范(標(biāo)準(zhǔn)格式)發(fā)展為兼容CAN1.2規(guī)范的CAN2.0規(guī)范(CAN2.0A為標(biāo)準(zhǔn)格式，CAN2.0B為擴展格式)，目前應(yīng)用的CAN器件大多符合CAN2.0規(guī)范。,CAN總線特點,CAN總線是一種串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議，其通信接口中集成了CAN協(xié)議的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層功能，可完成對通信數(shù)據(jù)的成幀處理，包括位填充、數(shù)據(jù)塊編碼、循環(huán)冗余檢驗、優(yōu)先級判別等項工作。CAN總線特點如下：（1）可以多主方式工作，網(wǎng)絡(luò)上任意一個節(jié)點均可以在任意時刻主動地向網(wǎng)絡(luò)上的其他節(jié)點發(fā)送信息，而不分主從，通信方式靈活。（2）網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點（信息）可分成不同的優(yōu)先級,可以滿足不同的實時要求。（3）采用非破壞性位仲裁總線結(jié)構(gòu)機制，當(dāng)兩個節(jié)點同時向網(wǎng)絡(luò)上傳送信息時，優(yōu)先級低的節(jié)點主動停止數(shù)據(jù)發(fā)送，而優(yōu)先級高的節(jié)點可不受影響地繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)。,（4）可以點對點、一點對多點（成組）及全局廣播幾種傳送方式接收數(shù)據(jù)。（5）直接通信距離最遠(yuǎn)可達(dá)10km（速率5Kbps以下）。（6）通信速率最高可達(dá)1MB/s（此時距離最長40m）。（7）節(jié)點數(shù)實際可達(dá)110個。（8）采用短幀結(jié)構(gòu)，每一幀的有效字節(jié)數(shù)為8個。（9）每幀信息都有CRC校驗及其他檢錯措施，數(shù)據(jù)出錯率極低。（10）通信介質(zhì)可采用雙絞線，同軸電纜和光導(dǎo)纖維，一般采用廉價的雙絞線即可，無特殊要求。（11）節(jié)點在錯誤嚴(yán)重的情況下，具有自動關(guān)閉總線的功能，切斷它與總線的聯(lián)系，以使總線上的其他操作不受影響。,CAN的發(fā)展背景及其應(yīng)用情況,CAN的起源現(xiàn)代社會對汽車的要求不斷提高，這些要求包括：極高的主動安全性和被動安全性；乘坐的舒適性；駕駛與使用的便捷和人性化；尤其是低排放和低油耗的要求等。在汽車設(shè)計中運用微處理器及其電控技術(shù)是滿足這些要求的最好方法，而且已經(jīng)得到了廣泛的運用。目前這些系統(tǒng)有：ABS（防抱系統(tǒng)）、EBD（制動力分配系統(tǒng)）、EMS（發(fā)動機管理系統(tǒng)）、多功能數(shù)字化儀表、主動懸架、導(dǎo)航系統(tǒng)、電子防盜系統(tǒng)、自動空調(diào)和自動CD機等。,汽車電子技術(shù)發(fā)展的特點：,汽車電子控制技術(shù)從單一的控制逐步發(fā)展到綜合控制，如點火時刻、燃油噴射、怠速控制、排氣再循環(huán)。電子技術(shù)從發(fā)動機控制擴展到汽車的各個組成部分，如制動防抱死系統(tǒng)、自動變速系統(tǒng)、信息顯示系統(tǒng)等。從汽車本身到融入外部社會環(huán)境。,現(xiàn)代汽車電子技術(shù)的分類：單獨控制系統(tǒng)：由一個電子控制單元（ECU）控制一個工作裝置或系統(tǒng)的電子控制系統(tǒng)，如發(fā)動機控制系統(tǒng)、自動變速器等。集中控制系統(tǒng)：由一個電子控制單元（ECU）同時控制多個工作裝置或系統(tǒng)的電子控制系統(tǒng)。如汽車底盤控制系統(tǒng)?？刂破骶钟蚓W(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)（CAN總線系統(tǒng)）：由多個電子控制單元（ECU）同時控制多個工作裝置或系統(tǒng)，各控制單元（ECU）的共用信息通過總線互相傳遞。,帶有中央控制單元的車,帶有三個中央控制單元的車,帶有三個中央控制單元和總線系統(tǒng)的車,帶有三個中央控制單元的CAN驅(qū)動網(wǎng)絡(luò),車用網(wǎng)絡(luò)發(fā)展原因,電子技術(shù)發(fā)展-線束增加線控系統(tǒng)（X-BY-WIRE）計算機網(wǎng)絡(luò)的廣泛應(yīng)用智能交通系統(tǒng)的應(yīng)用,汽車發(fā)展帶來的問題,（1）汽車電子技術(shù)的發(fā)展汽車上電子裝置越來越多汽車的整體布置空間縮?。?）傳統(tǒng)電器設(shè)備多為點到點通信導(dǎo)致了龐大的線束（3）大量的連接器導(dǎo)致可靠性降低。粗大的線束與汽車中有限的可用空間之間的矛盾越來越尖銳，電纜的體積、可靠性和重量成為越來越突出的問題，而且也成為汽車輕量化和進(jìn)一步電子化的最大障礙，汽車的制造和安裝也變得非常困難。（4）存在冗余的傳感器。,Volvo汽車近三十年來線束增長的情況,車用網(wǎng)絡(luò)：通過總線將汽車上的各種電子裝置與設(shè)備連成一個網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)相互之間的信息共享，既減少了線束，又可更好地控制和協(xié)調(diào)汽車的各個系統(tǒng)，使汽車性能達(dá)到最佳。,汽車網(wǎng)絡(luò)化的優(yōu)點,布線簡單，設(shè)計簡化，節(jié)約銅材，降低成本?？煽啃蕴岣?，可維護(hù)性大為提高實現(xiàn)信息共享，提高汽車性能滿足現(xiàn)代汽車電子設(shè)備種類功能越來越多的要求總之，使用汽車網(wǎng)絡(luò)不僅可以減少線束，而且能夠提高各控制系統(tǒng)的運行可靠性，減少冗余的傳感器及相應(yīng)的軟硬件配置，實現(xiàn)各子系統(tǒng)之間的資源共享，便于集中實現(xiàn)各子系統(tǒng)的在線故障診斷。,Canbus的發(fā)展歷史,大眾公司首次在97年P(guān)ASSAT的舒適系統(tǒng)上采用了傳送速率為62.5Kbit/m的Canbus。,98年在PASSAT和GOLF的驅(qū)動系統(tǒng)上增加了Canbus，傳送速率為500Kbit/m。,2000年，大眾公司在PASSAT和GOLF采用了帶有網(wǎng)關(guān)的第二代Canbus。,2001年，大眾公司提高了Canbus的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，將舒適系統(tǒng)Canbus提高到100Kbit/m,驅(qū)動系統(tǒng)提高到500Kbit/m。,2002年，大眾集團(tuán)在新PQ24平臺上使用帶有車載網(wǎng)絡(luò)控制單元的第三代Canbus。,2003年，大眾集團(tuán)在新PQ35平臺上使用五重結(jié)構(gòu)的Canbus系統(tǒng)，并且出現(xiàn)了單線的LIN-BUS。,20世紀(jì)80年代，Bosch的工程人員開始研究用于汽車的串行總線系統(tǒng)，因為當(dāng)時還沒有一個網(wǎng)絡(luò)協(xié)議能完全滿足汽車工程的要求。參加研究的還有Mercedes-Benz公司、Intel公司，還有德國兩所大學(xué)的教授。1986年，Bosch在SAE（汽車工程人員協(xié)會）大會上提出了CAN1987年，INTEL就推出了第一片CAN控制芯片82526；隨后Philips半導(dǎo)體推出了82C200。1993年，CAN的國際標(biāo)準(zhǔn)ISO11898公布從此CAN協(xié)議被廣泛的用于各類自動化控制領(lǐng)域。,CAN技術(shù)的發(fā)展,1992年，CIA（CANinAutomation）用戶組織成立，之后制定了第一個CAN應(yīng)用層“CAL”。1994年開始有了國際CAN學(xué)術(shù)年會（ICC）。1994年美國汽車工程師協(xié)會以CAN為基礎(chǔ)制定了SAEJ1939標(biāo)準(zhǔn)，用于卡車和巴士控制和通信網(wǎng)絡(luò)。到今天，幾乎每一輛歐洲生產(chǎn)的轎車上都有CAN；高級客車上有兩套CAN，通過網(wǎng)關(guān)互聯(lián)；1999年一年就有近6千萬個CAN控制器投入使用；2000年銷售1億多CAN的芯片；2001年用在汽車上的CAN節(jié)點數(shù)目超過1億個。但是轎車上基于CAN的控制網(wǎng)絡(luò)至今仍是各大公司自成系統(tǒng)，沒有一個統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。,基于CAN的應(yīng)用層協(xié)議應(yīng)用較通用的有兩種：DeviceNet（適合于工廠底層自動化）和CANopen（適合于機械控制的嵌入式應(yīng)用）。任何組織或個人都可以從DeviceNet供貨商協(xié)會（ODVA）獲得DeviceNet規(guī)范。購買者將得到無限制的、真正免費的開發(fā)DeviceNet產(chǎn)品的授權(quán)。DeviceNet自2002年被確立為中國國家標(biāo)準(zhǔn)以來，已在冶金、電力、水處理、乳品飲料、煙草、水泥、石化、礦山等各個行業(yè)得到成功應(yīng)用，其低成本和高可靠性已經(jīng)得到廣泛認(rèn)同。,基于CAN總線的汽車電器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),目前汽車上的網(wǎng)絡(luò)連接方式主要采用2條CAN：一條用于驅(qū)動系統(tǒng)的高速CAN，速率達(dá)到500kb/s。主要面向?qū)崟r性要求較高的控制單元，如發(fā)動機、電動機等另一條用于車身系統(tǒng)的低速CAN，速率是100kb/s。主要是針對車身控制的，如車燈、車門、車窗等信號的采集以及反饋。其特征是信號多但實時性要求低，因此實現(xiàn)成本要求低。,CAN總線布置、結(jié)構(gòu)和基本特點,CAN總線系統(tǒng)上并聯(lián)有多個元件。這就要求整個系統(tǒng)的布置滿足以下要求：,可靠性高：傳輸故障（不論是由內(nèi)部還是外部引起的）應(yīng)能準(zhǔn)確識別出來,使用方便：如果某一控制單元出現(xiàn)故障，其余系統(tǒng)應(yīng)盡可能保持原有功能，以便進(jìn)行信息交換,數(shù)據(jù)密度大：所有控制單元在任一瞬時的信息狀態(tài)均相同，這樣就使得兩控制單元之間不會有數(shù)據(jù)偏差。如果系統(tǒng)的某一處有故障，那么總線上所有連接的元件都會得到通知。,數(shù)據(jù)傳輸快：連成網(wǎng)絡(luò)的各元件之間的數(shù)據(jù)交換速率必須很快，這樣才能滿足實時要求。,CAN總線布置、結(jié)構(gòu)和基本特點,考慮到信號的重復(fù)率及產(chǎn)生出的數(shù)據(jù)量，CAN總線系統(tǒng)分為三個專門的系統(tǒng),CAN驅(qū)動總線（高速），500Kbit/s，可基本滿足實時要求。CAN舒適總線（低速），100Kbit/s，用于對時間要求不高的情況。CAN“infotainment”總線（低速），100Kbit/s，用于對時間要求不高的情況。,CAN-BUS系統(tǒng)組成：CAN收發(fā)器:安裝在控制器內(nèi)部，同時兼具接受和發(fā)送的功能，將控制器傳來的數(shù)據(jù)化為電信號并將其送入數(shù)據(jù)傳輸線。數(shù)據(jù)傳輸終端：是一個電阻，防止數(shù)據(jù)在線端被反射，以回聲的形式返回，影響數(shù)據(jù)的傳輸。數(shù)據(jù)傳輸線：雙向數(shù)據(jù)線，由高低雙絞線組成。,Canbus上的控制器中發(fā)送信息的線路通過一個開路集電極和總線相連。,Canbus的收發(fā)器如圖所示，使用一個電路進(jìn)行控制，這樣也就是說控制單元在某一時間段只能進(jìn)行發(fā)送或接受一項功能。邏輯“1”：所有控制器的開關(guān)斷開；總線電平為5Vor3.5V；Canbus未通訊。邏輯“0”：某一控制器閉合；總線電平為0伏；Canbus進(jìn)行通訊。,Canbus的收發(fā)器,因此總線導(dǎo)線上就會出現(xiàn)兩種狀態(tài)：,狀態(tài)1：截止?fàn)顟B(tài)，晶體管截止（開關(guān)未接合）,無源：總線電平=1，電阻高,狀態(tài)0：接通狀態(tài)，晶體管導(dǎo)通（開關(guān)已接合）,有源：總線電平=0，電阻低,2個以上控制器所組成的Canbus系統(tǒng)當(dāng)用2個以上的控制器連接在Canbus總線上（如圖所示），用邏輯1來表示斷開和用邏輯0表示閉合。不考慮其他總線規(guī)則情況下，總線會出現(xiàn)下圖的情況：1.任何開關(guān)閉合，總線上的電壓為0伏2.所有開關(guān)斷開，總線上的電壓為5伏,因此：1.只要任何一個控制器激活，則總線激活2.所有控制器關(guān)閉，總線處于未激活狀態(tài)激活的總線稱為顯性電平；未激活的總線電平稱為隱形電平,功能,CAN構(gòu)件通過RX-線來檢查總線是否有源（是否正在交換別的信息），必要時會等待，直至總線空閑下來為止。（某一時間段內(nèi)的電平1（無源）如果總線空閑下來，發(fā)動機信息就會被發(fā)送出去。,Canbus采用雙絞線自身校驗的結(jié)構(gòu)，既可以防止電磁干擾對傳輸信息的影響，也可以防止本身對外界的干擾。系統(tǒng)中采用高低電平兩根數(shù)據(jù)線，控制器輸出的信號同時向兩根通訊線發(fā)送，高低電平互為鏡像。并且每一個控制器都增加了終端電阻，已減少數(shù)據(jù)傳送時的過調(diào)效應(yīng)。,基本構(gòu)造,原則上CAN總線用一條導(dǎo)線就足以滿足功能要求了，但該總線系統(tǒng)上還是配備了第二條導(dǎo)線。在這個第二條導(dǎo)線上，信號是按相反順序傳送的，這樣可有效抑制外部干擾。,CAN導(dǎo)線的特點,各個CAN系統(tǒng)的所有控制單元都并聯(lián)在CAN數(shù)據(jù)總線上。CAN數(shù)據(jù)總線的兩條導(dǎo)線分別叫CAN-High和CAN-Low線。兩條扭絞在一起的導(dǎo)線稱為雙絞線。,雙絞線,CAN-High和CAN-Low線(CAN驅(qū)動數(shù)據(jù)總線）,控制單元之間的數(shù)據(jù)交換就是通過這兩條導(dǎo)線來完成的，這些數(shù)據(jù)可能是發(fā)動機轉(zhuǎn)速、油箱油面高度及車速等。,為了清楚起見CAN導(dǎo)線分別用單顏色來表示CAN-High線總是黃色，CAN-Low-線總是綠色,由于汽車不同控制器對CAN總線的性能要求不同，因此最新版本的CAN總線系統(tǒng)人為設(shè)定為5個不同的區(qū)域，分別為驅(qū)動系統(tǒng)、舒適系統(tǒng)、信息系統(tǒng)、多功能儀表、診斷總線等5個局域網(wǎng)。其速率分別為(Kbit/s)：驅(qū)動系統(tǒng)（由15號線激活）：500;舒適系統(tǒng)（由30號線激活）：100信息系統(tǒng)（由30號線激活）：100；診斷系統(tǒng)（由30號線激活）：500儀表系統(tǒng)（由15號線激活）：100；Lin:20最大承載：1000,基本構(gòu)造,基本構(gòu)造,網(wǎng)關(guān)由于不同區(qū)域Canbus總線的速率和識別代號不同，因此一個信號要從一個總線進(jìn)入到另一個總線區(qū)域，必須把它的識別信號和速率進(jìn)行改變，能夠讓另一個系統(tǒng)接受，這個任務(wù)由網(wǎng)關(guān)(Gateway)來完成。另外，網(wǎng)關(guān)還具有改變信息優(yōu)先級的功能。如車輛發(fā)生相撞事故，氣囊控制單元會發(fā)出負(fù)加速度傳感器的信號，這個信號的優(yōu)先級在驅(qū)動系統(tǒng)是非常高，但轉(zhuǎn)到舒適系統(tǒng)后，網(wǎng)關(guān)調(diào)低了它的優(yōu)先級，因為它在舒適系統(tǒng)功能只是打開門和燈。,基本構(gòu)造,診斷總線診斷總線是用于診斷儀器和相應(yīng)控制單元之間的信息交換，它被用來代替原來的K線或者L線的功能（廢氣處理控制器除外）。診斷總線目前只能在VAS5051和VAS5052下工作，而不能適用于原來的診斷工具，如1552等。診斷總線通過網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)接到相應(yīng)的CANBUS上，然后再連接相應(yīng)的控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。隨著診斷總線的使用，大眾集團(tuán)將逐步淘汰控制器上的K線存儲器，而采用CAN線作為診斷儀器和控制器之間的信息連接線，我們稱之為虛擬K線。,針腳號對應(yīng)的線束115號線4接地5接地6CANBUS(高）7k線14CANBUS(低）15L線1630號線注：未標(biāo)明的針腳號暫未使用。,基本構(gòu)造,當(dāng)車輛使用診斷CANBUS總線結(jié)構(gòu)后，VAS5051等診斷儀器必須使用相對應(yīng)的新型診斷線（VAS5051/5A或VAS5051/6A）,否則無法讀出相應(yīng)的診斷信息。另外，車上的診斷接口也作出了相應(yīng)的改動，具體信息看如下圖表：注：5051儀器的版本號必須大于3.0以上才能使用診斷CANBUS總線。新型診斷線能夠適用于舊型診斷接口。,CAN總線,CAN總線是車內(nèi)電子裝置中的一個獨立系統(tǒng)，它就是數(shù)據(jù)線，用于在連接的控制單元之間進(jìn)行信息交換。,由于自身的布置和結(jié)構(gòu)特點，CAN總線工作時的可靠性很高,如果CAN總線系統(tǒng)出現(xiàn)故障，故障就會存入相應(yīng)的控制單元故障存儲器內(nèi)，可以用診斷儀讀出這些故障。,控制單元擁有自診斷功能，我們通過自診斷功能還可識別出與CAN總線相關(guān)的故障。,用診斷儀（如VAS5051，5052）讀出CAN總線故障記錄后，既可按這些信息準(zhǔn)確地查尋故障,控制單元內(nèi)的故障記錄用于初步確定故障，還可用于讀出排除故障后的無故障說明。如果想要更新故障顯示內(nèi)容，須重新起動發(fā)動機。,CAN總線正常的一個重要前提條件是：車在任何工況均不應(yīng)有CAN總線故障記錄。,為了能夠確定及排除故障，就需要了解CAN總線上的數(shù)據(jù)交換基本原理。,CAN總線數(shù)據(jù)交換基本原理,不同的數(shù)據(jù)傳遞（以CAN驅(qū)動數(shù)據(jù)總線為例）,1、提高數(shù)據(jù)傳遞的可靠性,為了提高數(shù)據(jù)傳遞的可靠性，CAN數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)的兩條導(dǎo)線（雙絞線）分別用于不同的數(shù)據(jù)傳送，這兩條線分別稱為CAN-High線和CAN-Low線。,2、在顯性狀態(tài)和隱性狀態(tài)之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換時CAN導(dǎo)線上的電壓變化,在靜止?fàn)顟B(tài)時，這兩條導(dǎo)線上作用有相同預(yù)先設(shè)定值，該值稱為靜電平。對于CAN驅(qū)動數(shù)據(jù)總線來說，這個值大約為2.5V。,靜電平也稱為隱性狀態(tài)，因為連接的所有控制單元均可修改它。,在顯性狀態(tài)時，CAN-High線上的電壓值會升高一個預(yù)定值（對CAN驅(qū)動數(shù)據(jù)總線來說，這個值至少為1V）。而CAN-Low線上的電壓值會降低一個同樣值（對CAN驅(qū)動數(shù)據(jù)總線來說，這個值至少為1V）。于是在CAN驅(qū)動數(shù)據(jù)總線上，CAN-High線就處于激活狀態(tài)，其電壓不低于3.5（2.5V+1V=3.5V)，而CAN-Low線上的電壓值最多可降至1.5V(2.5V-1V=1.5V)。,因此在隱性狀態(tài)時，CAN-High線與CAN-Low線上的電壓差為0V，在顯性狀態(tài)時該差值最低為2V。,3、CAN數(shù)據(jù)總線上的信號變化（以CAN驅(qū)動數(shù)據(jù)總線為例）,4、收發(fā)器內(nèi)的CAN-High線和CAN-Low線上的信號轉(zhuǎn)換,控制單元是通過收發(fā)器聯(lián)接到CAN驅(qū)動總線上的，在這個收發(fā)器內(nèi)有一個接收器，該接收器是安裝在接收一側(cè)的差動信號放大器。差動信號放大器用于處理來自CAN-High線和CAN-Low線的信號，除此以外還負(fù)責(zé)將轉(zhuǎn)換后的信號傳至控制單元的CAN接收區(qū)。這個轉(zhuǎn)換后的信號稱為差動信號放大器的輸出電壓。差動信號放大器用CAN-High線上的電壓（UCAN-High）減去CAN-Low線上的電壓（UCAN-Low），就得出了輸出電壓，用這種方法可以消除靜電平（對于CAN驅(qū)動數(shù)據(jù)總線來說是2.5V）或其它任何重疊的電壓。,5、CAN驅(qū)動數(shù)據(jù)總線差動信號放大器內(nèi)的信號轉(zhuǎn)換,收發(fā)器的差動信號放大器在處理信號時，會用CAN-High-線上作用的電壓減去CAN-Low-線上作用的電壓。,6、CAN驅(qū)動數(shù)據(jù)總線差動信號放大器內(nèi)的干擾過濾,由于數(shù)據(jù)總線也要布置在發(fā)動機艙內(nèi)，所以數(shù)據(jù)總線就要遭受各種干擾。在保養(yǎng)時要考慮對地短路和蓄電池電壓、點火裝置的火花放電和靜態(tài)放電。,在該圖的上部可清楚地看到這種傳遞的效果。由于CAN-High線和CAN-Low線是扭絞在一起的（雙絞線），所以干擾脈沖X就總是有規(guī)律地作用在兩條線上。由于差動信號放大器總是用CAN-High線上的電壓（3.5V-X)減去CAN-Low線上的電壓(1.5V-X)，因此在經(jīng)過處理后,差動信號中就不再有干擾脈沖了.,(3,5V-X)-(1,5V-X)=2V,7、信號電平,控制單元信號在收發(fā)器內(nèi)的放大,收發(fā)器發(fā)送一側(cè)的任務(wù)是將控制單元內(nèi)的CAN控制器的較弱信號放大，使之達(dá)到CAN導(dǎo)線上的信號電平和控制單元輸入端的信號電平。,聯(lián)接在CAN數(shù)據(jù)總線上的控制單元的作用就像是CAN導(dǎo)線上的一個負(fù)載電阻（因為裝有電子元件）。這個負(fù)載電阻取決于聯(lián)接的控制單元數(shù)量和其電阻。,收發(fā)器將CAN信號輸送到CAN數(shù)據(jù)總線的兩條導(dǎo)線上，相應(yīng)地在CAN-High線上的電壓就升高，而在CAN-Low線上的電壓就降低一個同樣大小的值。對于驅(qū)動CAN數(shù)據(jù)總線來說，一條導(dǎo)線上的電壓改變值不低于1V，對于CAN舒適/Infotainment總線來說，這個值不低于3.6V。,8、CAN驅(qū)動數(shù)據(jù)總線的特點,CAN驅(qū)動數(shù)據(jù)總線的速率為500kBit/s，用于將CAN驅(qū)動數(shù)據(jù)總線方面的控制單元聯(lián)成網(wǎng)絡(luò)。,CAN驅(qū)動數(shù)據(jù)總線控制單元有：-發(fā)動機控制單元-ABS-控制單元-ESP-控制單元-變速器控制單元-安全氣囊控制單元-組合儀表,CAN驅(qū)動數(shù)據(jù)總線由15號接線柱（點火開關(guān)）接通，短時工作后，又完全關(guān)閉。,CAN驅(qū)動數(shù)據(jù)總線上的信號變化,下面圖中所示的是一個真實的CAN-電報變化圖，它由一個收發(fā)器產(chǎn)生，并由VAS5051的數(shù)字存儲式示波器（DSO）接收下來。兩個電平之間的疊加信號變化表示2.5V的隱性電平。CAN-High線上的顯性電壓約為3.5V，CAN-Low線約為1.5V。,CAN舒適/Infotainment數(shù)據(jù)總線的特點,CAN舒適/Infotainment數(shù)據(jù)總線的速率為100kBit/s，用于將CAN舒適總線和CANInfotainment總線方面的控制單元聯(lián)成網(wǎng)。,CAN舒適/Infotainment數(shù)據(jù)總線控制單元有：-全自動空調(diào)/空調(diào)控制單元-車門控制單元-舒適控制單元-收音機和導(dǎo)航顯示單元控制單元,控制單元通過CAN驅(qū)動數(shù)據(jù)總線的CAN-High線和CAN-Low線來進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，如車門開/關(guān)、車內(nèi)燈開/關(guān)、車輛位置（GPS)等等。由于使用同樣的脈沖頻率，所以CAN舒適數(shù)據(jù)總線和CANInfotainment總線可以共同使用一對導(dǎo)線，當(dāng)然前提條件是相應(yīng)的車上有這兩種數(shù)據(jù)總線（(如GolfIVundPoloMJ2002)。,舒適系統(tǒng)的信號圖,舒適系統(tǒng)的Canbus信號和驅(qū)動系統(tǒng)有很大區(qū)別：Can-High的高電平為：3.6伏Can-High的低電平為：0伏Can-Low的高電平為:5伏Can-low的低電平為：1.4伏邏輯“1”：Can-high=3.6VCan-low=1.4V邏輯“0”：Can-high=0VCan-low=5V,1、CAN舒適/Infotainment數(shù)據(jù)總線的差動數(shù)據(jù)傳遞,為了使低速CAN抗干擾性強且電流消耗低，與CAN驅(qū)動數(shù)據(jù)總線相比就需做一些改動。首先，由于使用了單獨的驅(qū)動器（功率放大器），這兩個CAN信號就不再有彼此依賴的關(guān)系了。與CAN驅(qū)動數(shù)據(jù)總線不同，CAN舒適/Infotainment數(shù)據(jù)總線的CAN-High線和CAN-Low線不是通過電阻相連的。也就是說：CAN-High線和CAN-Low線不再彼此相互影響，而是彼此獨立作為電壓源來工作。另外還放棄了共同的中壓，在隱性狀態(tài)（靜電平）時，CAN-High信號為0V，在顯性狀態(tài)時3.6V。對于CAN-Low信號來說，隱性電平為5V，顯性電平1.4V。于是在差頻信號放大器內(nèi)相減后，隱性電平為-5V，顯性電平為2.2V，那么隱性電平和顯性電平之間的電壓變化（電壓提升）就提高到7.2V。,2、CAN舒適/Infotainment數(shù)據(jù)總線的CAN-收發(fā)器,測舒適系統(tǒng)高低線的電阻為無窮大！,總系統(tǒng),通過網(wǎng)關(guān)將三個系統(tǒng)聯(lián)成網(wǎng)絡(luò),由于電壓電平和電阻配置不同，所以在CAN驅(qū)動數(shù)據(jù)總線和CAN舒適/Infotainment數(shù)據(jù)總線之間無法進(jìn)行耦合聯(lián)接。另外這兩種數(shù)據(jù)總線的傳輸速率是不同的，這就決定了它們無法使用不同的信號。,這就需要在這兩個系統(tǒng)之間能完成一個轉(zhuǎn)換。這個轉(zhuǎn)換過程是通過所謂的網(wǎng)關(guān)來實現(xiàn)的。根據(jù)車輛的不同，網(wǎng)關(guān)可能安裝在組合儀表內(nèi)、車上供電控制單元內(nèi)或在自己的網(wǎng)關(guān)控制單元內(nèi)。,由于通過CAN數(shù)據(jù)總線的所有信息都供網(wǎng)關(guān)使用，所以網(wǎng)關(guān)也用作診斷接口。目前是通過網(wǎng)關(guān)的K-線來查詢診斷信息，從Touran車開始是通過CAN數(shù)據(jù)總線診斷線來完成這個工作的。,可以用火車站作為例子來清楚地說明網(wǎng)關(guān)的原理,與CAN舒適數(shù)據(jù)總線和CANInfotainment數(shù)據(jù)總線不同，CAN驅(qū)動數(shù)據(jù)總線不可與CAN舒適數(shù)據(jù)總線或CANInfotainment數(shù)據(jù)總線通過電氣相連！CAN舒適數(shù)據(jù)總線與CAN舒適/Infotainment數(shù)據(jù)總線是不同的數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)，它們之間只能通過所謂網(wǎng)關(guān)相連。,提示！,1,2,3,基本術(shù)語,CAN的報文及結(jié)構(gòu),同步,CAN協(xié)議規(guī)范,CAN協(xié)議規(guī)范,CAN協(xié)議規(guī)范,CAN為串行通訊協(xié)議，能有效地支持具有很高安全等級的分布實時控制。CAN的應(yīng)用范圍很廣，從高速的網(wǎng)絡(luò)到低價位的多路接線都可以使用CAN。在汽車電子行業(yè)里，使用CAN連接發(fā)動機控制單元、傳感器、防剎車系統(tǒng)、等等，其傳輸速度可達(dá)1Mbit/s。同時，可以將CAN安裝在卡車本體的電子控制系統(tǒng)里，諸如車燈組、電氣車窗等等，用以代替接線配線裝置。技術(shù)規(guī)范的目的是為了在任何兩個CAN儀器之間建立兼容性。可是，兼容性有不同的方面，比如電氣特性和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的解釋。為了達(dá)到設(shè)計透明度以及實現(xiàn)靈活性，根據(jù)ISO/OSI參考模型，CAN2.0規(guī)范細(xì)分為以下不同的層次：數(shù)據(jù)鏈路層和物理層(如圖所示)。,CAN協(xié)議規(guī)范,位編碼/解碼位定時同步驅(qū)動器接收器特性,邏輯鏈路子層LLC接收濾波超載通知恢復(fù)管理,介質(zhì)訪問控制子層MAC數(shù)據(jù)包裝/解包幀編碼介質(zhì)訪問管理錯誤監(jiān)測出錯標(biāo)定應(yīng)答串并轉(zhuǎn)換,數(shù)據(jù)鏈路層,物理層,故障界定,總線故障管理,監(jiān)控器,圖CAN協(xié)議分層結(jié)構(gòu)和功能,CAN協(xié)議規(guī)范,在以前版本的CAN規(guī)范中，數(shù)據(jù)鏈路層的LLC子層和MAC子層的服務(wù)及功能分別被解釋為“對象層”和“傳輸層”。邏輯鏈路控制子層(LLC)的作用范圍如下：為遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)請求以及數(shù)據(jù)傳輸提供服務(wù)。確定由實際要使用的LLC子層接收哪一個報文。為恢復(fù)管理和過載通知提供手段。MAC子層的作用主要是傳送規(guī)則，也就是控制幀結(jié)構(gòu)、執(zhí)行仲裁、錯誤檢測、出錯標(biāo)定、故障界定。位定時的一些普通功能也可以看作是MAC子層的一部分。物理層的作用是在不同節(jié)點之間根據(jù)所有的電氣屬性進(jìn)行位的實際傳輸。,CAN具有以下的屬性：報文的優(yōu)先權(quán)保證延遲時間設(shè)置靈活時間同步的多點接收系統(tǒng)內(nèi)數(shù)據(jù)的連貫性多主機錯誤檢測和錯誤標(biāo)定只要總線一處于空閑，就自動將破壞的報文重新傳輸將節(jié)點的暫時性錯誤和永久性錯誤區(qū)分開來，并且可以自動關(guān)閉由OSI參考模型分層CAN結(jié)構(gòu)的錯誤的節(jié)點。,CAN協(xié)議規(guī)范,依據(jù)ISO/OSI參考模型的層結(jié)構(gòu)具有以下功能:物理層定義信號是如何實際地傳輸?shù)?，因此涉及到位時間、位編碼、同步的解釋。技術(shù)規(guī)范沒有定義物理層的驅(qū)動器/接收器特性，以便允許根據(jù)它們的應(yīng)用，對發(fā)送媒體和信號電平進(jìn)行優(yōu)化。MAC子層是CAN協(xié)議的核心。它把接收到的報文提供給LLC子層，并接收來自LLC子層的報文。MAC子層負(fù)責(zé)報文分幀、仲裁、應(yīng)答、錯誤檢測和標(biāo)定。MAC子層也被稱作故障界定的管理實體監(jiān)管。此故障界定為自檢機制，以便把永久故障和短時擾動區(qū)別開來。LLC子層涉及報文濾波、過載通知、以及恢復(fù)管理。,CAN協(xié)議規(guī)范,1,基本術(shù)語,1報文總線上的報文以不同的固定報文格式發(fā)送，但長度受限。當(dāng)總線空閑時任何連接的單元都可以開始發(fā)送新的報文。,2信息路由,在CAN系統(tǒng)中，一個CAN節(jié)點不使用有關(guān)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的任何信息(如站地址)。包含一些重要概念：系統(tǒng)靈活性節(jié)點可在不要求所有節(jié)點及其應(yīng)用層改變?nèi)魏诬浖蛴布那闆r下，被接于CAN網(wǎng)絡(luò)。成組由于采用了報文濾波，所有節(jié)點均可接收報文，并同時被相同的報文激活。數(shù)據(jù)相容性在CAN網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，可以確保報文同時被所有節(jié)點或者沒有節(jié)點接收，因此，系統(tǒng)的數(shù)據(jù)相容性是借助于成組和出錯處理達(dá)到的。,1,基本術(shù)語,3位速率不同的系統(tǒng)，CAN的速度不同。在一個給定的系統(tǒng)里，位速率是唯一的，并且是固定的。4優(yōu)先權(quán)在總線訪問期間，識別符定義一個靜態(tài)的報文優(yōu)先權(quán)。5遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)請求通過發(fā)送遠(yuǎn)程幀，需要數(shù)據(jù)的節(jié)點可以請求另一節(jié)點發(fā)送相應(yīng)的數(shù)據(jù)幀。數(shù)據(jù)幀和相應(yīng)的遠(yuǎn)程幀是由相同的識別符命名的。,1,基本術(shù)語,6仲裁只要總線空閑，任何單元都可以開始發(fā)送報文。具有較高優(yōu)先權(quán)報文的單元可以獲得總線訪問權(quán)。如果2個或2個以上的單元同時開始傳送報文，那么就會有總線訪問沖突。仲裁的機制確保了報文和時間均不損失。當(dāng)具有相同識別符的數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀同時初始化時，數(shù)據(jù)幀優(yōu)先于遠(yuǎn)程幀。仲裁期間，每一個發(fā)送器都對發(fā)送位的電平與被監(jiān)控的總線電平進(jìn)行比較。如果電平相同，則這個單元可以繼續(xù)發(fā)送。如果發(fā)送的是一“隱性”電平而監(jiān)視的是一“顯性”電平（見總線值），那么單元就失去了仲裁，必須退出發(fā)送狀態(tài)。,1,基本術(shù)語,7錯誤檢測要進(jìn)行檢測錯誤，必須采取以下措施：監(jiān)視（發(fā)送器對發(fā)送位的電平與被監(jiān)控的總線電平進(jìn)行比較）循環(huán)冗余檢查位填充報文格式檢查,1,基本術(shù)語,8故障界定CAN節(jié)點能夠把永久故障和短暫擾動區(qū)別開來。故障的節(jié)點會被關(guān)閉。9總線值總線有二個互補的邏輯值：“顯性”或“隱性”?！帮@性”位和“隱性”位同時傳送時，總線的結(jié)果值為“顯性”。比如，在總線的“寫與”執(zhí)行時，邏輯0代表“顯性”等級，邏輯1代表“隱性”等級。10應(yīng)答所有的接收器檢查報文的連貫性。對于連貫的報文，接收器應(yīng)答，對于不連貫的報文，接收器作出標(biāo)志。,2,CAN的報文及結(jié)構(gòu),CAN信息包格式說明：CAN信息包分為兩部分：信息部分和數(shù)據(jù)部分。頭兩個字節(jié)為信息部分，其前十一位為標(biāo)識符，標(biāo)識符中的前八位用作接收判斷，應(yīng)包含本信息包的目的站地址。然后是一位RTR位（應(yīng)設(shè)為0），最后是四位的DLC（數(shù)據(jù)長度位，即所發(fā)數(shù)據(jù)的實際長度，單位：字節(jié)）。其余八個字節(jié)是數(shù)據(jù)部分，存有實際要發(fā)的數(shù)據(jù)。詳見下圖：,2,CAN的報文及結(jié)構(gòu),2,CAN的報文及結(jié)構(gòu),在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送時，發(fā)出報文的單元稱為該報文的發(fā)送器。該單元在總線空閑或丟失仲裁前恒為發(fā)送器。如果一個單元不是報文發(fā)送器，并且總線不處于空閑狀態(tài)，則該單元為接收器。對于報文發(fā)送器和接收器，報文的實際有效時刻是不同的。對于發(fā)送器而言，如果直到幀結(jié)束末尾一直末出錯，則對于發(fā)送器報文有效。如果報文受損，將允許按照優(yōu)先權(quán)順序自動重發(fā)送。為了能同其他報文進(jìn)行總線訪問競爭，總線一旦空閑，重發(fā)送立即開始。對于接收器而言，如果直到幀結(jié)束的最后一位一直末出錯，則對于接收器報文有效。,2,CAN的報文及結(jié)構(gòu),構(gòu)成一幀的幀起始、仲裁場、控制場、數(shù)據(jù)場和CRC序列均借助位填充規(guī)則進(jìn)行編碼。當(dāng)發(fā)送器在發(fā)送的位流中檢測到5位連續(xù)的相同數(shù)值時，將自動地在實際發(fā)送的位流中插入一個補碼位。數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀的其余位場采用固定格式，不進(jìn)行填充。出錯幀和超載幀同樣是固定格式，也不進(jìn)行位填充。報文傳送由4種不同類型的幀表示和控制：數(shù)據(jù)幀攜帶數(shù)據(jù)由發(fā)送器至接收器；遠(yuǎn)程幀通過總線單元發(fā)送，以請求發(fā)送具有相同標(biāo)識符的數(shù)據(jù)幀；出錯幀由檢測出總線錯誤的任何單元發(fā)送；超載幀用于提供當(dāng)前的和后續(xù)的數(shù)據(jù)幀的附加延遲。數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀借助幀間空間與當(dāng)前幀分開。,3,同步,同步機制總線的位同步只有在節(jié)點檢測到“隱性位”（邏輯）到“顯性位”（邏輯）的跳變時才會產(chǎn)生，當(dāng)跳變沿不位于位周期的同步段之內(nèi)時將會產(chǎn)生相位誤差。該相位誤差就是跳變沿與同步段結(jié)束位置之間的距離。如果跳變沿發(fā)生在同步段之后采樣點之前為正的相位誤差；如果跳變沿位于同步段之前采樣點之后為負(fù)的相位誤差。相位誤差源于節(jié)點的振蕩器漂移，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點之間的傳播延遲以及噪聲干擾等。協(xié)議規(guī)定了兩種類型的同步：硬同步和重同步。,3,同步,硬同步硬同步只在總線空閑時通過一個下降沿（幀起始）來完成，此時不管有沒有相位誤差，所有節(jié)點的位時間重新開始。強迫引起硬同步的跳變沿位于重新開始的位時間的同步段之內(nèi)。重同步在消息幀的隨后位中，每當(dāng)有從“隱性位”到“顯性位”的跳變，并且該跳變落在了同步段之外，就會引起一次重同步。重同步機制可以根據(jù)跳變沿增長或者縮短位時間以調(diào)整采樣點的位置，保證正確采樣。,協(xié)議的位填充機制除實現(xiàn)仲裁場、控制場、數(shù)據(jù)場和序列的數(shù)據(jù)的透明性外，還增加了從“隱性位”到“顯性位”跳變的機會，也就是增多重同步的數(shù)量，提高同步質(zhì)量。,1,2,3,CAN通信控制器82C200,SJA1000CAN控制器,PCA82C250CAN收發(fā)器,典型CAN總線器件及應(yīng)用,典型CAN總線器件及其應(yīng)用,4,CANBUS節(jié)點設(shè)計舉例,CAN總線的突出優(yōu)點使其在各個領(lǐng)域的應(yīng)用得到迅速發(fā)展，這使得許多器件廠商競相推出各種CAN總線器件產(chǎn)品，已逐步形成系列。而豐富廉價的CAN總線器件又進(jìn)一步促進(jìn)了CAN總線應(yīng)用的迅速推廣。目前，CAN已不僅是應(yīng)用于某些領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場總線，它正在成為微控制器的系統(tǒng)擴展及多機通信接口。下表列出了一些主要的CAN總線產(chǎn)品，這里僅對典型的芯片加以介紹。,4、典型CAN總線器件及其應(yīng)用,1,CAN通信控制器82C200,完成CAN規(guī)范所規(guī)定的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層大部分功能。有微處理器接口，易于連接單片機。結(jié)構(gòu)分兩種類型，獨立IC或與單片機集成在一起，82C200（SJA1000）屬于前者。屬于后者的有：PHILIPS的87C591、LPC2119，西門子的C167C，INTEL的80C196CA等。都遵循CAN2.0規(guī)范，掌握其中一種就可觸類旁通。,1,CAN通信控制器82C200,CAN的通信協(xié)議主要由CAN控制器完成。CAN控制器主要由實現(xiàn)CAN總線協(xié)議部分和與微控制器接口部分電路組成。對于不同型號的CAN總線通信控制器，實現(xiàn)CAN協(xié)議部分電路的結(jié)構(gòu)和功能大都相同，而與微控制器接口部分的結(jié)構(gòu)及方式存在一些差異。這里主要以PHILIPS82C200為代表對CAN控制器的結(jié)構(gòu)、功能及應(yīng)用加以介紹。,1,CAN通信控制器