汽車CAN總線基本原理及應(yīng)用

1、汽車CAN總線基本原理 1、CAN總線簡介 2、CAN總線通信模式 3、CAN總線的性能特點 4、CAN總線應(yīng)用實例1 1、CANCAN總線簡介總線簡介 控制器局域網(wǎng)絡(luò)（控制器局域網(wǎng)絡(luò)（Controller Area Network Controller Area Network 簡稱簡稱CANCAN）主要用于各種過程（設(shè)備）監(jiān)測及控制。主要用于各種過程（設(shè)備）監(jiān)測及控制。CANCAN最初是由德國的最初是由德國的BoschBosch公司為汽車的監(jiān)測與控制設(shè)計的，但由于公司為汽車的監(jiān)測與控制設(shè)計的，但由于CANCAN總線本身總線本身的突出特點，其應(yīng)用領(lǐng)域目前已不再局限于汽車行業(yè)，而向的突出特點，

2、其應(yīng)用領(lǐng)域目前已不再局限于汽車行業(yè)，而向過程工業(yè)、機械工業(yè)、機器人、數(shù)控機床、醫(yī)療器械及傳感過程工業(yè)、機械工業(yè)、機器人、數(shù)控機床、醫(yī)療器械及傳感器等領(lǐng)域發(fā)展。由于其高性能、高可靠性及獨特的設(shè)計，器等領(lǐng)域發(fā)展。由于其高性能、高可靠性及獨特的設(shè)計，CANCAN總線越來越受到人們的重視，國際上已經(jīng)有很多大公司的產(chǎn)總線越來越受到人們的重視，國際上已經(jīng)有很多大公司的產(chǎn)品采用了這一技術(shù)。品采用了這一技術(shù)。CANCAN已經(jīng)形成國際標(biāo)準(zhǔn)（已經(jīng)形成國際標(biāo)準(zhǔn)（ISO11898ISO11898），并），并已成為工業(yè)數(shù)據(jù)通信的主流技術(shù)之一。已成為工業(yè)數(shù)據(jù)通信的主流技術(shù)之一。2 CAN總線的通信模式 第一，“載波監(jiān)測，

3、多主掌控/沖突避免 這就允許在總線上的任一設(shè)備有同等的機會取得總線的控制這就允許在總線上的任一設(shè)備有同等的機會取得總線的控制權(quán)來向外發(fā)送信息。如果在同一時刻有兩個以上的設(shè)備欲發(fā)送信權(quán)來向外發(fā)送信息。如果在同一時刻有兩個以上的設(shè)備欲發(fā)送信息，就會發(fā)生數(shù)據(jù)沖突，息，就會發(fā)生數(shù)據(jù)沖突，CANCAN總線能夠?qū)崟r地檢測這些沖突情況總線能夠?qū)崟r地檢測這些沖突情況并作出相應(yīng)的仲裁而不會破壞待傳之信息；并作出相應(yīng)的仲裁而不會破壞待傳之信息； 第二，信息報文在傳送時不是基于目的站點地址； 這就允許不同的信息以這就允許不同的信息以“廣播廣播”的形式發(fā)送到所有節(jié)點并且的形式發(fā)送到所有節(jié)點并且可在不改變信息格式的前提

4、下對報文進(jìn)行不同配置可在不改變信息格式的前提下對報文進(jìn)行不同配置； 第三，CAN總線是一種高速的，具備復(fù)雜的錯誤檢測和恢復(fù)能力的高可靠性強有力的網(wǎng)絡(luò)。 2 CAN總線的通信模式一、一、CSMA/CDCSMA/CD載波監(jiān)測，多主掌控載波監(jiān)測，多主掌控/ /沖突避免沖突避免 “載波監(jiān)測載波監(jiān)測”的意思是指在總線上的每個節(jié)點在發(fā)送信息報的意思是指在總線上的每個節(jié)點在發(fā)送信息報文前都必須監(jiān)測到總線上有一段時間的空閑狀態(tài)。文前都必須監(jiān)測到總線上有一段時間的空閑狀態(tài)。 “多主掌控多主掌控”的意思是一旦此一空閑狀態(tài)被監(jiān)測到，那么每個的意思是一旦此一空閑狀態(tài)被監(jiān)測到，那么每個節(jié)點都有均等的機會來發(fā)送報文。節(jié)點

5、都有均等的機會來發(fā)送報文。 “沖突避免沖突避免”是指在兩上節(jié)點同時發(fā)送信息時，節(jié)點本身首是指在兩上節(jié)點同時發(fā)送信息時，節(jié)點本身首先會檢測到出現(xiàn)沖突，然后采取相應(yīng)的措施來解決這一沖突情況。先會檢測到出現(xiàn)沖突，然后采取相應(yīng)的措施來解決這一沖突情況。此時優(yōu)先級高的報文先發(fā)送，低優(yōu)先級的報文發(fā)送會暫停。在此時優(yōu)先級高的報文先發(fā)送，低優(yōu)先級的報文發(fā)送會暫停。在CANCAN總線協(xié)議中是通過一種非破壞性的仲裁方式來實現(xiàn)沖突檢測?？偩€協(xié)議中是通過一種非破壞性的仲裁方式來實現(xiàn)沖突檢測。這也就意味著當(dāng)總線出現(xiàn)發(fā)送沖突時，通過仲裁后原發(fā)送信息不這也就意味著當(dāng)總線出現(xiàn)發(fā)送沖突時，通過仲裁后原發(fā)送信息不會受到任何影響。

6、所有的仲裁判別都不會破壞優(yōu)先級高的報文信會受到任何影響。所有的仲裁判別都不會破壞優(yōu)先級高的報文信息內(nèi)容，也不會對其發(fā)送產(chǎn)生任何的時延。息內(nèi)容，也不會對其發(fā)送產(chǎn)生任何的時延。2 CAN總線的通信模式二、基于報文的通訊 CANCAN總線是一個基于報文而不是基于站點地址的協(xié)議。也總線是一個基于報文而不是基于站點地址的協(xié)議。也就是說報文不是按照地址從一個節(jié)點傳送到另一個節(jié)點。就是說報文不是按照地址從一個節(jié)點傳送到另一個節(jié)點。CANCAN總總線上報文所包含的內(nèi)容只有優(yōu)先級標(biāo)志區(qū)和欲傳送的數(shù)據(jù)內(nèi)容。線上報文所包含的內(nèi)容只有優(yōu)先級標(biāo)志區(qū)和欲傳送的數(shù)據(jù)內(nèi)容。所有節(jié)點都會接收到在總線上傳送的報文，并在正確接后發(fā)

7、出所有節(jié)點都會接收到在總線上傳送的報文，并在正確接后發(fā)出應(yīng)答確認(rèn)。至于該報文是否要做進(jìn)一步的處理或被丟棄將完全應(yīng)答確認(rèn)。至于該報文是否要做進(jìn)一步的處理或被丟棄將完全取決于接收節(jié)點本身。同一個報文可以發(fā)送給特定的站點或許取決于接收節(jié)點本身。同一個報文可以發(fā)送給特定的站點或許多站點，就看你怎樣去設(shè)計你的網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)。多站點，就看你怎樣去設(shè)計你的網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)。 基于報文的這種協(xié)議另外一個好處是新的節(jié)點可以隨時方便基于報文的這種協(xié)議另外一個好處是新的節(jié)點可以隨時方便地加入到現(xiàn)有的系統(tǒng)中，而不需對所有節(jié)點進(jìn)行重新編程以便地加入到現(xiàn)有的系統(tǒng)中，而不需對所有節(jié)點進(jìn)行重新編程以便它們能識別這一新節(jié)點。一旦新節(jié)點加

8、入到網(wǎng)絡(luò)中，它就開始它們能識別這一新節(jié)點。一旦新節(jié)點加入到網(wǎng)絡(luò)中，它就開始接收信息，判別信息標(biāo)識，然后決定是否作處理或直接丟棄。接收信息，判別信息標(biāo)識，然后決定是否作處理或直接丟棄。 2 CAN總線的通信模式三、CAN總線是一種高速的，具備復(fù)雜的錯誤檢測和恢復(fù)能力的高可靠性強有力的網(wǎng)絡(luò) （1 1）高速性：）高速性： CANCAN總線一開始是為汽車工業(yè)而設(shè)計的，如果總線一開始是為汽車工業(yè)而設(shè)計的，如果要使這一市場能夠接受它，一個能高效處理出錯情況的通訊要使這一市場能夠接受它，一個能高效處理出錯情況的通訊協(xié)議是至關(guān)重要的。在發(fā)布了協(xié)議是至關(guān)重要的。在發(fā)布了2.0B2.0B版的版的CANCAN總線技

9、術(shù)規(guī)范后，總線技術(shù)規(guī)范后，其最大的通訊速率已經(jīng)比其最大的通訊速率已經(jīng)比1.01.0版提高了版提高了8 8倍，達(dá)倍，達(dá)1M1M位位/ /秒秒, ,在這在這種速率下，即便是對時間要求非常關(guān)鍵的參數(shù)也可以通過種速率下，即便是對時間要求非常關(guān)鍵的參數(shù)也可以通過CANCAN總線傳輸而不必?fù)?dān)心其時延?？偩€傳輸而不必?fù)?dān)心其時延。2 CAN總線的通信模式（2 2）CANCAN總線協(xié)議有一套完整的差錯管理機制總線協(xié)議有一套完整的差錯管理機制 能夠自動地檢測出這些錯誤信息，由此保證了被傳信能夠自動地檢測出這些錯誤信息，由此保證了被傳信息的正確必性和完整性。息的正確必性和完整性。錯誤類型 發(fā)送錯誤可通過發(fā)送錯誤可通

10、過“CRCCRC出錯出錯”檢測到；檢測到； 普通接收錯誤可通過普通接收錯誤可通過“應(yīng)答出錯應(yīng)答出錯”檢測到；檢測到； CANCAN報文格式錯誤可通過報文格式錯誤可通過“格式出錯格式出錯”檢測到；檢測到； CANCAN總線信號錯誤可通過總線信號錯誤可通過“位出錯位出錯”檢測到；檢測到； 同步和定時錯誤可通過同步和定時錯誤可通過“阻塞出錯阻塞出錯”檢測到。檢測到。 3 3 CANCAN總線的總線的技術(shù)特點技術(shù)特點 由于其采用了許多新技術(shù)及獨特的設(shè)計與一般的通信總由于其采用了許多新技術(shù)及獨特的設(shè)計與一般的通信總線相比，線相比，CANCAN總線的數(shù)據(jù)通信具有突出的可靠性、實時性和總線的數(shù)據(jù)通信具有突出

11、的可靠性、實時性和靈活性。其特點可概括如下：靈活性。其特點可概括如下： 1.CAN1.CAN為多主工作方式，網(wǎng)絡(luò)上任意以節(jié)點均可在任意時刻主為多主工作方式，網(wǎng)絡(luò)上任意以節(jié)點均可在任意時刻主動的地向網(wǎng)絡(luò)上其它節(jié)點發(fā)送信息，而不分主從。動的地向網(wǎng)絡(luò)上其它節(jié)點發(fā)送信息，而不分主從。 2.CAN 2.CAN網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點信息分為不同的優(yōu)先級，可滿足不同的實網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點信息分為不同的優(yōu)先級，可滿足不同的實時要求，高優(yōu)先級的數(shù)據(jù)最多可在時要求，高優(yōu)先級的數(shù)據(jù)最多可在134s134s內(nèi)得到傳輸。內(nèi)得到傳輸。 3.CAN 3.CAN采用非破壞性總線仲裁技術(shù)，當(dāng)多個節(jié)點同時向總線發(fā)采用非破壞性總線仲裁技術(shù)，當(dāng)多個

12、節(jié)點同時向總線發(fā)送信息時，優(yōu)先級較低的節(jié)點會主動退出發(fā)送，而最高優(yōu)先送信息時，優(yōu)先級較低的節(jié)點會主動退出發(fā)送，而最高優(yōu)先級的節(jié)點可不受影響的繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)。級的節(jié)點可不受影響的繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)。 4.CAN 4.CAN程序通過報文濾波即可實現(xiàn)點對點、一點對多點及全局程序通過報文濾波即可實現(xiàn)點對點、一點對多點及全局廣播等幾種方式傳送接收數(shù)據(jù)，無需專門的廣播等幾種方式傳送接收數(shù)據(jù)，無需專門的“調(diào)度調(diào)度”。 3 3 CANCAN總線的總線的技術(shù)特點技術(shù)特點 5.CAN5.CAN的直線通信距離最長可達(dá)的直線通信距離最長可達(dá)10km10km（速率（速率5Kbps5Kbps以下），通以下），通信速率最高可達(dá)信速

13、率最高可達(dá)1Mbps1Mbps（此時通信距離最長為（此時通信距離最長為40m40m）6.CAN6.CAN上的節(jié)點數(shù)主要取決于總線驅(qū)動電路，目前可達(dá)上的節(jié)點數(shù)主要取決于總線驅(qū)動電路，目前可達(dá)128128個；個；報文標(biāo)識符可達(dá)報文標(biāo)識符可達(dá)20322032種（種（CAN2.0ACAN2.0A），而擴展標(biāo)準(zhǔn)），而擴展標(biāo)準(zhǔn)（CAN2.0BCAN2.0B）的報文標(biāo)識符幾乎不受限制。）的報文標(biāo)識符幾乎不受限制。7.7.采用短幀結(jié)構(gòu)，傳輸時間短，受干擾概率低，具有良好的采用短幀結(jié)構(gòu)，傳輸時間短，受干擾概率低，具有良好的檢錯效果。檢錯效果。3 3 CANCAN總線的總線的技術(shù)特點技術(shù)特點 8.CAN8.CAN的每幀信息都有的每幀信息都有CRCCRC校驗及其它檢錯措施，保證了數(shù)校驗及其它檢錯措施，保證了數(shù)據(jù)出錯率極低。據(jù)出錯率極低。9.CAN9.CAN的通信介質(zhì)可為雙絞線、同軸電纜或光纖，選擇靈的通信介質(zhì)可為雙絞線、同軸電纜或光纖