CAN總線介紹最終版

1、CAN總線介紹最終版主要內容概述CAN根本原理CAN總線的國內外開展現(xiàn)狀CAN總線電磁兼容設計概述CAN的起源CANController Area Network是20世紀80年代初德國Bosch公司為解決現(xiàn)代汽車中眾多控制單元、測試儀器之間的實時數(shù)據(jù)交換而開發(fā)的一種串行通信協(xié)議概述CAN的起源傳統(tǒng)的汽車線束連接概述CAN的起源汽車的CAN網(wǎng)絡概述CAN的歷史1983年，Bosch開場研究車上網(wǎng)絡技術1986年，Bosch在SAE大會公布CAN協(xié)議1987年，Intel和Philips先后推出CAN控制器芯片1991年，CAN總線最先在Benz S系列轎車上實現(xiàn)概述CAN的歷史1993年，IS

2、O公布CAN國際標準 ISO-118981994年，SAE公布基于CAN的J1939標準 2003年，Maybach發(fā)布帶76個ECU的新車型CAN，LIN，MOST2003年，VW發(fā)布帶35個ECU的新型Golf未來，CAN總線將局部被FlexRay所取代，但CAN總線將仍會被持續(xù)應用相當長的時間概述CAN的特性采用雙線差分信號協(xié)議本身對節(jié)點的數(shù)量沒有限制，總線上節(jié)點的數(shù)量可以動態(tài)改變播送發(fā)送報文，報文可以被所有節(jié)點同時接收概述CAN的特性采用雙線差分信號0.5V4.5VCan Htt4.5V0.5VCan L2.5V2.5V 兩根線構成總線，CAN High與CAN Low。這兩根線之間的

3、電位差可以對應兩個不同的邏輯狀態(tài)進行編碼。 如果CAN H CAN L 2那么比特為 0 如果CAN H CAN L = 0那么比特為 1概述CAN的特性CAN HCAN L+-SCAN Ht4.5V0.5V2.5VtCAN L4.5V0.5V2.5V限制傳輸輻射， 補償接地差， 能夠很好地抗干擾。概述CAN的特性多主站構造每個報文的內容通過標識符識別，標識符在網(wǎng)絡中是唯一的標識符描述了數(shù)據(jù)的含義某些特定的應用對標識符的分配進展了標準化根據(jù)需要可進展相關性報文過濾概述CAN的特性保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)一致性CAN提供了一套復雜的錯誤檢測與錯誤處理機制，比方CRC檢測、接口的抗電磁干擾能力、錯誤報文的自動

4、重發(fā)、臨時錯誤的恢復以及永久錯誤的關閉錯誤檢測錯誤處理概述CAN的特性使用雙絞線作為總線介質時，總線長度=40米, 傳輸速率可達1Mbps采用NRZ和位填充的位編碼方式位速率與總線長度的關系NRZ和位填充概述CAN的特性總線訪問非破壞性仲裁的載波偵聽多路訪問/沖突檢測CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection)載波偵聽，網(wǎng)絡上各個節(jié)點在發(fā)送數(shù)據(jù)前都要檢測總線上是否有數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡上有數(shù)據(jù)不發(fā)送數(shù)據(jù)，等待網(wǎng)絡空閑網(wǎng)絡上無數(shù)據(jù)立即發(fā)送已經準備好的數(shù)據(jù)多路訪問，網(wǎng)絡上所有節(jié)點收發(fā)數(shù)據(jù)共同使用同一條總線，且發(fā)送數(shù)據(jù)是播送式的沖突檢

5、測，節(jié)點在發(fā)送數(shù)據(jù)過程中要不停地檢測發(fā)送的數(shù)據(jù)，確定是否與其它節(jié)點數(shù)據(jù)發(fā)生沖突CAN根本原理汽車總線汽車總線的分類類別位速率/kbps應用場合應用范圍協(xié)議A10車身系統(tǒng)電動門窗、座椅調節(jié)、燈光照明控制等LINCANB10125狀態(tài)系統(tǒng)電子儀表、駕駛信息、故障診斷、安全氣囊、自動空調等J1850VANCANC1251000實時控制系統(tǒng)發(fā)動機控制、變速控制、ABS、懸架控制、轉向控制等CAND1000多媒體系統(tǒng)MOSTFlexRayD2BIEEE1394CAN根本原理汽車總線汽車總線的應用CAN根本原理CAN標準CAN與OSI參考模型 LLC, Logical Link Control邏輯鏈路控制

6、 MAC, Medium Access Control媒介訪問控制 PLS, Physical Signaling Sublayer物理信令子層 PMA, Physical Medium Attachment物理介質連接 MDI, Medium Dependent Interface介質相關接口CAL, CANopen (CiA)DeviceNet (ODVA) SDS (Honeywell)NMEA-2000(NMEA)J1939(SAE)汽車和工業(yè)自動化領域廣泛應用CAN根本原理CAN標準2.0A將29位ID視為錯誤2.0B被動忽略29位ID的報文2.0B主動可處理11位和29位兩種ID的

7、報文CAN根本原理CAN標準ISO11898ISO 11898-1：2003Road vehicles - Controller area network (CAN) - Part 1: Data link layer and physical signallingISO 11898-2：2003Road vehicles - Controller area network (CAN) - Part 2:High-speed medium access unitISO 11898-3：2006Road vehicles - Controller area network (CAN) - Par

8、t 3: Low-speed, fault-tolerant, medium-dependent interfaceISO 11898-4：2004Road vehicles - Controller area network (CAN) - Part 4: Time-triggered communicationISO 11898-5Road vehicles - Controller area network (CAN) - Part 5: High-speed medium access unit with low-power modeCAN根本原理CAN標準拓撲構造CAN根本原理CAN

9、節(jié)點硬件電路框圖微控制器、CAN控制器、CAN收發(fā)器CAN根本原理CAN標準拓撲構造終端電阻的替代形式高速CAN低速、容錯CANCAN根本原理CAN標準總線電平差分電壓CAN根本原理CAN標準總線電平低速、容錯CAN電平單線CAN電平高速CAN電平CAN邏輯表示差分電壓隱性表示1，顯性表示0CAN根本原理CAN的總線訪問“線與機制“顯性位可以覆蓋“隱性位；只有所有節(jié)點都發(fā)送“隱性位，總線才處于“隱性狀態(tài)節(jié)點在發(fā)送報文時進展回讀通過ID仲裁，ID數(shù)值越小，報文優(yōu)先級越高，占有總線優(yōu)先級最高CAN根本原理CAN的總線訪問非破壞性仲裁任何節(jié)點在總線空閑時都能發(fā)送報文發(fā)送低優(yōu)先級報文的節(jié)點退出仲裁后，

10、在下次總線空閑時重發(fā)報文CSMA/DACAN根本原理CAN的幀格式數(shù)據(jù)幀攜帶從發(fā)送節(jié)點至接收節(jié)點的數(shù)據(jù)遠程幀向其他節(jié)點請求發(fā)送具有同一標識符的數(shù)據(jù)幀錯誤幀節(jié)點檢測到錯誤后發(fā)送錯誤幀超載幀在先行的和后續(xù)的數(shù)據(jù)幀或遠程幀之間附加一段延時通常不用幀間空間數(shù)據(jù)幀或遠程幀通過幀間空間與前述的各幀分開CAN根本原理CAN錯誤檢測 1循環(huán)冗余檢查(CRC)2幀檢查(格式檢查)3應答錯誤4總線檢測 (位檢測)5位填充 CAN根本原理錯誤檢測CRC檢測CRC錯誤節(jié)點計算的CRC序列與接收到的CRC序列不同格式檢測格式錯誤固定格式位場如CRC界定符、ACK界定符、幀完畢等含有一個或更多非法位ACK檢測ACK錯誤

11、發(fā)送節(jié)點在ACK位期間未檢測到“顯性位CRC檢測位檢測填充檢測格式檢測ACK檢測CAN根本原理錯誤檢測位檢測位錯誤節(jié)點檢測到的位與自身送出的位數(shù)值不同仲裁或ACK位期間送出“隱性位，而檢測到“顯性位不導致位錯誤填充檢測填充錯誤在使用位填充編碼的幀場幀起始至CRC序列中，不允許出現(xiàn)六個連續(xù)一樣的電平位填充檢測位檢測CAN總線的國內外開展現(xiàn)狀國外開展現(xiàn)狀：在歐美， CAN總線技術開展應用已十分成熟，大局部汽車制造商，如寶馬、保時捷、勞斯萊斯、群眾、沃爾沃、雷諾等都已經使用了CAN總線。 支持CAN協(xié)議的有英特爾、摩托羅拉、惠普、西門子、M I CROCH IP、NEC、SI L I ON I等著名

12、公司 ，硬件、軟件配套十分完善。CAN總線的國內外開展現(xiàn)狀國內開展現(xiàn)狀國內較早研究 CAN總線的有北京航空航天大學、清華大學、中國汽車技術研究中心等單位，不過目前的研究還處于不完善階段。 研制生產CAN元器件的廠家很少，具有自主知識產權的專用芯片更少。 CAN總線的國內外開展現(xiàn)狀國內主要CAN總線研發(fā)生產的企業(yè)概況：廈門漢納森：“一線模塊“配裝陜汽失敗，核心技術人員流失；哈爾濱威帝：研發(fā)能力較強，三級CAN總線系統(tǒng)既全車總線系統(tǒng)獲得國科技部專項資金支持北京公交在客車市場占有一定份額，但競爭劇烈，產品并不能很好的實現(xiàn)量產；CAN總線的國內外開展現(xiàn)狀浙江中科正方：研發(fā)實力雄厚，產品配套于北京奧運會

13、純電動車，北京公交雙源無軌電動車，清華大學“清能1號混合動力客車。但可靠性是其瓶頸，企業(yè)現(xiàn)已經向汽車儀表生產過渡；北京恒潤：CAN/LIN總線技術在國內較領先，培訓業(yè)務開展迅速，但是生產研發(fā)現(xiàn)境窘迫；濟南優(yōu)耐特：國內第一家自主研發(fā)、生產，并完成大批量產業(yè)化裝車的智能汽車車身電子控制/數(shù)字化儀表系統(tǒng)的供給商。產品應用于中國重汽：斯太爾王和HOWO蘇州金龍。最大問題是產品不良率太高，企業(yè)遭受重創(chuàng)。車輛CAN總線關鍵技術及開展現(xiàn)狀 CAN總線關鍵技術主要包含兩方面：硬件和軟件。硬件:微控制器、CAN控制器和CAN收發(fā)器。軟件:節(jié)點控制程序和CAN總線網(wǎng)絡應用層協(xié)議。 微控制器:4位、8位、16位、3

14、2位和64位 CAN控制器和收發(fā)器:20多家生產商，110多種產品 車輛CAN總線關鍵技術及開展現(xiàn)狀 CAN控制器主要有四類：獨立CAN控制器飛利浦公司的SJA1000獨立CAN控制器單片機集成CAN控制器NXP公司的單片機P87C591集成CAN控制器DSP集成CAN控制器TI公司集成CAN控制器功能的TMS320C28X系列DSPARM集成CAN控制器TI公司S2000系列的集成CAN控制器功能的ARM芯片。 車輛CAN總線關鍵技術及開展現(xiàn)狀 CAN應用層協(xié)議： 1CiACAL、 2CiACANOpen、 3ODVA DeviceNet、 4Honeywell SDS、 5Kvaser CANKingdom， 6SAE J1939。 車輛CAN總線關鍵技術及開展現(xiàn)狀 汽車CAN總線的研究重點： 針對具體的車型開發(fā)ECU的硬件和應用層的軟件，并構建車內網(wǎng)絡，需要解決的關鍵技術問題有： 1、總線傳輸信息的速率、容量、優(yōu)先等級、 節(jié)點容量等技術問題； 2、 高電磁干擾環(huán)境下的可靠數(shù)據(jù)傳輸； 3、