常用車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)CAN

常用車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)CAN第一頁，共五十六頁，2022年，8月28日常用車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)沈鴻星ShenHongxing

襄陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院XiangyangVocationalandTechnicalCollege2014.9第二頁，共五十六頁，2022年，8月28日車用網(wǎng)絡(luò)在汽車上的應(yīng)用大致可以分為哪4個系統(tǒng)？復(fù)習(xí)測試第三頁，共五十六頁，2022年，8月28日車載網(wǎng)絡(luò)在汽車上的應(yīng)用大致可以分為：動力傳動系統(tǒng)車身系統(tǒng)安全系統(tǒng)信息系統(tǒng)。復(fù)習(xí)測試第四頁，共五十六頁，2022年，8月28日CAN總線1VAN系統(tǒng)3LIN總線2學(xué)習(xí)內(nèi)容LAN系統(tǒng)4車載藍(lán)牙系統(tǒng)6MOST總線5第五頁，共五十六頁，2022年，8月28日2.1CAN總線的工作原理

CAN是Controller

Area

Network（控制器局域網(wǎng)）的縮寫，是國際標(biāo)準(zhǔn)化的串行通信協(xié)議。目前，CAN總線是汽車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中應(yīng)用最多、也最為普遍的一種總線技術(shù)。第六頁，共五十六頁，2022年，8月28日1.CAN總線的特點(diǎn)①多主通信，控制單元間的數(shù)據(jù)交換都在同一平臺上進(jìn)行。這個平臺稱為協(xié)議，CAN總線起到數(shù)據(jù)交換“高速公路”的作用。圖2-19控制單元間的數(shù)據(jù)交換都在同一平臺上進(jìn)行第七頁，共五十六頁，2022年，8月28日圖2-20CAN總線相當(dāng)于數(shù)據(jù)交換的“高速公路”第八頁，共五十六頁，2022年，8月28日②可以很方便地實(shí)現(xiàn)用控制單元來對系統(tǒng)進(jìn)行控制，如發(fā)動機(jī)控制、變速器控制、ESP控制等。③可以很方便地加裝選裝裝置，為技術(shù)進(jìn)步創(chuàng)造了條件，為新裝備的使用埋下了伏筆。④CAN總線是一個開放系統(tǒng)，可以與各種傳輸介質(zhì)進(jìn)行適配，如銅線和光導(dǎo)纖維（光纖）。⑤對控制單元的診斷可通過K線來進(jìn)行，車內(nèi)的診斷有時通過CAN總線來完成（如安全氣囊和車門控制單元），稱為“虛擬K線”。隨著技術(shù)的進(jìn)步，今后有逐步取消K線的趨勢。⑥可同時通過多個控制單元進(jìn)行系統(tǒng)診斷。第九頁，共五十六頁，2022年，8月28日2.CAN總線的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)①可靠性高；②使用方便；③數(shù)據(jù)密度大；④數(shù)據(jù)傳輸快；⑤采用雙線傳輸，抗干擾能力強(qiáng)，數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃愿?。第十頁，共五十六頁?022年，8月28日3.CAN總線的傳輸速率目前，CAN總線系統(tǒng)中的信號是采用數(shù)字方式經(jīng)銅導(dǎo)線傳輸?shù)?，其最大穩(wěn)定傳輸速率可達(dá)1000Kbit/s（1Mbit/s）。大眾和奧迪公司將最大標(biāo)準(zhǔn)傳輸速率規(guī)定為500Kbit/s，并將CAN總線系統(tǒng)分為三個專門的系統(tǒng)：①驅(qū)動CAN總線（高速），亦稱動力CAN總線，其標(biāo)準(zhǔn)傳輸速率為500Kbit/s，可基本滿足實(shí)時要求，主要用于發(fā)動機(jī)、變速器、ABS、轉(zhuǎn)向助力等汽車動力系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸。②舒適CAN總線（低速），其標(biāo)準(zhǔn)傳輸速率為100Kbit/s，主要用于空調(diào)系統(tǒng)、中央門鎖（車門）系統(tǒng)、座椅調(diào)節(jié)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸。③信息CAN總線（低速），其標(biāo)準(zhǔn)傳輸速率為100Kbit/s，主要用于對時間要求不高的領(lǐng)域，如導(dǎo)航系統(tǒng)、組合音響系統(tǒng)、CD轉(zhuǎn)換控制等。第十一頁，共五十六頁，2022年，8月28日4.CAN總線的自診斷功能①控制單元具有自診斷功能，通過自診斷功能還可識別出與CAN總線相關(guān)的故障。②用診斷儀讀出CAN總線故障記錄之后，即可按這些提示信息按圖索驥、順藤摸瓜，快速、準(zhǔn)確地查尋并排除故障。③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，即確認(rèn)故障已經(jīng)被排除。如果想要更新故障顯示內(nèi)容，必須重新起動發(fā)動機(jī)。④CAN總線正常工作的前提條件是車輛在任何工況均不應(yīng)有CAN總線故障記錄。第十二頁，共五十六頁，2022年，8月28日2.2.2CAN總線的組成1.CAN總線的基本系統(tǒng)

CAN總線的基本系統(tǒng)由多個控制單元和兩條數(shù)據(jù)線組成，這些控制單元通過所謂收發(fā)器（發(fā)射-接收放大器）并聯(lián)在總線導(dǎo)線上。圖2-21CAN總線的數(shù)據(jù)傳輸與公交車載運(yùn)乘客相似第十三頁，共五十六頁，2022年，8月28日

CAN總線系統(tǒng)采用雙絞線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。這兩根導(dǎo)線中，一根稱為CAN-High導(dǎo)線，另一根導(dǎo)線稱為CAN-Low導(dǎo)線。在雙絞線上，信號是按相反相位傳輸?shù)模@樣可有效抑制外部干擾。圖2-22CAN總線的雙絞線第十四頁，共五十六頁，2022年，8月28日2.信息的發(fā)送與接收

CAN數(shù)據(jù)總線在發(fā)送信息時，每個控制單元均可接收其他控制單元發(fā)送出的信息。在通信技術(shù)領(lǐng)域，也把該原理稱為廣播。第十五頁，共五十六頁，2022年，8月28日圖2-26單線CAN總線數(shù)據(jù)傳輸示意圖圖2-27CAN總線上的信息交換（廣播原理）第十六頁，共五十六頁，2022年，8月28日3.CAN數(shù)據(jù)總線傳輸?shù)臄?shù)據(jù)類型CAN數(shù)據(jù)總線所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)有4種類型：數(shù)據(jù)幀、遠(yuǎn)程幀、錯誤幀和過載幀第十七頁，共五十六頁，2022年，8月28日3.1CAN總線的數(shù)據(jù)幀數(shù)據(jù)幀的每條完整信息由7個域構(gòu)成，信息最大長度為108bit。在兩條CAN導(dǎo)線上，所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)內(nèi)容是相同的，但是兩條導(dǎo)線的電壓狀態(tài)相反。第十八頁，共五十六頁，2022年，8月28日①開始域。開始域（長度為1bit）標(biāo)志數(shù)據(jù)開始，CAN-High導(dǎo)線的電壓大約為5V（具體數(shù)值視系統(tǒng)而定），CAN-Low導(dǎo)線的電壓大約為0V。第十九頁，共五十六頁，2022年，8月28日②仲裁域。仲裁域（長度為11bit）用于確定所傳數(shù)據(jù)的優(yōu)先級。如果在同一時刻有兩個控制單元都想發(fā)送數(shù)據(jù)，則優(yōu)先級高的數(shù)據(jù)先行發(fā)出。第二十頁，共五十六頁，2022年，8月28日③控制域?？刂朴颍ㄩL度為6bit）用于顯示數(shù)據(jù)區(qū)中的數(shù)據(jù)數(shù)量，以便讓接收器（接收數(shù)據(jù)的控制單元）檢驗(yàn)自己接收到的、來自發(fā)送器（發(fā)送數(shù)據(jù)的控制單元）的數(shù)據(jù)是否完整。第二十一頁，共五十六頁，2022年，8月28日④數(shù)據(jù)域。數(shù)據(jù)與（長度不確定，視具體情況而定，最大長度為64bit）是信息的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。第二十二頁，共五十六頁，2022年，8月28日⑤安全域。安全域（長度為16bit）用于檢驗(yàn)數(shù)據(jù)在傳輸中是否出現(xiàn)錯誤。第二十三頁，共五十六頁，2022年，8月28日⑥應(yīng)答域。應(yīng)答域（長度為2bit）是數(shù)據(jù)接收器發(fā)給數(shù)據(jù)發(fā)送器的確認(rèn)信號，表示接收器已經(jīng)正確、完整地收到了發(fā)送器發(fā)送的數(shù)據(jù)。如果檢測到在數(shù)據(jù)傳輸中出現(xiàn)錯誤，則接收器會迅速通知發(fā)送器，以便發(fā)送器重新發(fā)送該數(shù)據(jù)。第二十四頁，共五十六頁，2022年，8月28日⑦結(jié)束域。結(jié)束域（長度為7bit）標(biāo)志著數(shù)據(jù)的結(jié)束。第二十五頁，共五十六頁，2022年，8月28日3.2遠(yuǎn)程幀遠(yuǎn)程幀的功能是將數(shù)據(jù)請求從發(fā)送器傳到接收器。通過發(fā)送遠(yuǎn)程幀，作為某數(shù)據(jù)接收器的控制單元會對不同的數(shù)據(jù)傳送進(jìn)行初始化設(shè)置。遠(yuǎn)程幀由開始域、仲裁域、控制域、安全域、應(yīng)答域和結(jié)束域6個不同的域組成第二十六頁，共五十六頁，2022年，8月28日2.3錯誤幀錯誤幀的功能是對所發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行錯誤檢測、錯誤標(biāo)定及錯誤自檢。錯誤幀由兩個不同的域組成，第1個域?yàn)椴煌刂茊卧峁╁e誤標(biāo)志的疊加，第2個域是錯誤界定符。錯誤標(biāo)志包括主動錯誤標(biāo)志和被動錯誤標(biāo)志兩種形式。第二十七頁，共五十六頁，2022年，8月28日

接收器在電路尚未準(zhǔn)備好或在間歇域期間檢測到一個“顯性”位時，會發(fā)送過載幀，以延遲數(shù)據(jù)的傳送。過載幀包括過載標(biāo)志和過載界定符兩個域。2.4過載幀第二十八頁，共五十六頁，2022年，8月28日數(shù)據(jù)幀或遠(yuǎn)程幀與其前面幀的隔離是通過幀間空間實(shí)現(xiàn)的，無論其前面的幀為何類型。所不同的是過載幀與錯誤幀之前沒有幀間空間，多個過載幀之間也不是由幀間空間隔離的。幀間空間包括間歇域和總線空閑的域。如果“錯誤被動”的控制單元已作為前一數(shù)據(jù)的發(fā)送器時，則其幀間空間除了間歇域、總線空閑域外，還包括掛起傳送域。間歇域包括3個“隱性”位，間歇期間所有的控制單元均不允許傳送數(shù)據(jù)幀或遠(yuǎn)程幀，唯一要做的是標(biāo)志一個過載條件2.4幀間空間第二十九頁，共五十六頁，2022年，8月28日4CAN總線系統(tǒng)元件的功能

CAN總線系統(tǒng)元件主要由K-線、控制單元、CAN構(gòu)件、收發(fā)器等組成。1.K-線

K-線用于在CAN總線系統(tǒng)自診斷時連接汽車故障檢測儀（如VAS5051），屬于診斷用的通訊線。2.控制單元控制單元接收來自傳感器的信號，將其處理后再發(fā)送到執(zhí)行元件上。第三十頁，共五十六頁，2022年，8月28日圖2-29CAN總線系統(tǒng)元件第三十一頁，共五十六頁，2022年，8月28日3.CAN構(gòu)件

CAN構(gòu)件用于數(shù)據(jù)交換，為兩個區(qū)，一個是接收區(qū)，一個是發(fā)送區(qū)。CAN構(gòu)件通過接收郵箱或發(fā)送郵箱與控制單元相連。圖2-30郵局收發(fā)郵件4.收發(fā)器

收發(fā)器就是一個發(fā)送-接收放大器，在接收數(shù)據(jù)時，收發(fā)器把CAN構(gòu)件連續(xù)的比特流（亦稱邏輯電平）轉(zhuǎn)換成電壓值（線路傳輸電平）；當(dāng)發(fā)送數(shù)據(jù)時，收發(fā)器把電壓值（線路傳輸電平）轉(zhuǎn)換成連續(xù)的比特流。線路傳輸電平非常適合在銅質(zhì)導(dǎo)線上進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。第三十二頁，共五十六頁，2022年，8月28日收發(fā)器通過TX-線（發(fā)送導(dǎo)線）或RX-線（接收導(dǎo)線）與CAN構(gòu)件相連。RX-線通過一個放大器直接與CAN總線相連，并總是在監(jiān)聽總線信號。1）收發(fā)器的特點(diǎn)狀態(tài)晶體三極管狀態(tài)電阻狀態(tài)總線電平

1截止（相當(dāng)于開關(guān)斷開）無源高阻抗

1

0導(dǎo)通（相當(dāng)于開關(guān)閉合）有源低阻抗

0表2-2收發(fā)器內(nèi)晶體三極管的狀態(tài)與總線電平之間的對應(yīng)關(guān)系圖2-31收發(fā)器的TX-線與總線的耦合第三十三頁，共五十六頁，2022年，8月28日2）多個收發(fā)器與總線導(dǎo)線的耦合當(dāng)有多個收發(fā)器與總線導(dǎo)線耦合時，總線的電平狀態(tài)將取決于各個收發(fā)器開關(guān)狀態(tài)的邏輯組合。收發(fā)器A收發(fā)器B收發(fā)器C總線電平

1

1

1

1（5V）

1

1

0

0（0V）

1

0

1

0（0V）

1

0

0

0（0V）

0

1

1

0（0V）

0

1

0

0（0V）

0

0

1

0（0V）

0

0

0

0（0V）表2-3收發(fā)器開關(guān)的狀態(tài)與總線電平的邏輯關(guān)系圖2-323個收發(fā)器接到一根總線導(dǎo)線上第三十四頁，共五十六頁，2022年，8月28日2.2.4CAN總線的數(shù)據(jù)傳輸過程1.信息格式的轉(zhuǎn)換首先是發(fā)動機(jī)控制單元的傳感器接收到發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速信息（轉(zhuǎn)速值）。該值以固定的周期（循環(huán)往復(fù)地）到達(dá)微控制器的輸入存儲器內(nèi)。發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速值按協(xié)議被轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的CAN信息格式。狀態(tài)區(qū)（標(biāo)識符）=發(fā)動機(jī)_1，數(shù)據(jù)區(qū)（信息內(nèi)容）=發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速（即發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速為xxxr/min）。當(dāng)然，CAN總線上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)也可以是其他信息（如節(jié)氣門開度、冷卻液溫度、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩等），具體內(nèi)容取決于系統(tǒng)軟件的設(shè)定。圖2-33發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速值按協(xié)議被轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的CAN信息格式第三十五頁，共五十六頁，2022年，8月28日2.請求發(fā)送信息——總線狀態(tài)查詢?nèi)绻l(fā)送郵箱內(nèi)有一個發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)時值，那么該值會由發(fā)送特征位（舉起的小旗）顯示出來——請求發(fā)送信息。只有總線處于空閑狀態(tài)時，控制單元才能向總線上發(fā)送信息。CAN構(gòu)件通過RX-線來檢查總線是否有源（是否正在交換其他信息），必要時會等待，直至總線空閑下來為止。如果在某一時間段內(nèi)，總線電平一直為1（總線一直處于無源狀態(tài)），則說明總線處于空閑狀態(tài)。圖2-34總線狀態(tài)查詢第三十六頁，共五十六頁，2022年，8月28日3.發(fā)送信息如果總線空閑下來，發(fā)動機(jī)信息就會被發(fā)送出去。圖2-35信息發(fā)送過程第三十七頁，共五十六頁，2022年，8月28日4.接收過程連接在CAN總線上的所有控制單元都接收發(fā)動機(jī)控制單元發(fā)送的信息，該信息通過RX-線到達(dá)CAN構(gòu)件各自的接收區(qū)。接收過程分兩步，首先檢查信息是否正確（在監(jiān)控層），然后檢查信息是否可用（在接收層）。第三十八頁，共五十六頁，2022年，8月28日1）檢查信息是否正確（在監(jiān)控層）接收器接收發(fā)動機(jī)的所有信息，并且在相應(yīng)的監(jiān)控層檢查這些信息是否正確。這樣就可以識別出在某種情況下某一控制單元上出現(xiàn)的局部故障。數(shù)據(jù)傳輸是否正確，可以通過監(jiān)控層內(nèi)的CRC校驗(yàn)和數(shù)來進(jìn)行校驗(yàn)。CRC校驗(yàn)即為循環(huán)冗余碼校驗(yàn)（CyclingRedundancyCheck，略作CRC）。如圖2-38所示，經(jīng)監(jiān)控層監(jiān)控、確認(rèn)無誤后，已接收到的正確信息會到達(dá)相關(guān)CAN構(gòu)件的接收區(qū)。圖2-37確認(rèn)信息已經(jīng)妥收圖2-38監(jiān)控層對信息進(jìn)行監(jiān)控第三十九頁，共五十六頁，2022年，8月28日2）檢查信息是否可用（在接收層）

CAN構(gòu)件的接收層判斷該信息是否可用。如果該信息對本控制單元來說是有用的，則舉起接收旗，予以放行，該信息就會進(jìn)入相應(yīng)的接收郵箱；如果該信息對本控制單元來說是無用的，則可以拒絕接收。第四十頁，共五十六頁，2022年，8月28日5.沖突仲裁如果多個控制單元同時發(fā)送信息，那么數(shù)據(jù)總線上就必然會發(fā)生數(shù)據(jù)沖突。為了避免發(fā)生這種情況，CAN總線具有沖突仲裁機(jī)制。按照信息的重要程度分配優(yōu)先權(quán)，確保優(yōu)先權(quán)高的信息能夠優(yōu)先發(fā)送。第四十一頁，共五十六頁，2022年，8月28日（1）每個控制單元在發(fā)送信息時通過發(fā)送標(biāo)識符來標(biāo)識信息類別，信息優(yōu)先權(quán)包含在標(biāo)識符中。（2）所有控制單元都通過各自的RX-線來跟蹤總線上的一舉一動并獲知總線狀態(tài)。（3）每個控制單元的發(fā)射器都將TX-線和RX-線的狀態(tài)一位一位地進(jìn)行比較（它們可以不一致）。圖2-40避免數(shù)據(jù)沖突的仲裁過程第四十二頁，共五十六頁，2022年，8月28日小結(jié)1.CAN是Controller

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Network（

）的縮寫，是國際標(biāo)準(zhǔn)化的串行通信協(xié)議。第四十三頁，共五十六頁，2022年，8月28日小結(jié)1.CAN是Controller

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Network（控制器局域網(wǎng)）的縮寫，是國際標(biāo)準(zhǔn)化的串行通信協(xié)議。第四十四頁，共五十六頁，2022年，8月28日小結(jié)2.CAN總線的特點(diǎn)：主從通信、多主通信？第四十五頁，共五十六頁，2022年，8月28日小結(jié)2.CAN總線的特點(diǎn)：多主通信。第四十六頁，共五十六頁，2022年，8月28日小結(jié)3.CAN總線的基本系統(tǒng)由多個控制單