can總線技術(shù)及其在現(xiàn)代汽車中的應(yīng)用

1、 CAN 總線技術(shù)及其在現(xiàn)代汽車中的應(yīng)用 總線技術(shù)及其在現(xiàn)代汽車中的應(yīng)用一 .CAN 總線的概念和應(yīng)用領(lǐng)域簡介 總線的概念和應(yīng)用領(lǐng)域簡介CAN（control area network）--------控制局域網(wǎng)。 控制局域網(wǎng)。CAN 總線是現(xiàn)場總線 總線是現(xiàn)場總線技術(shù)的一種。 技術(shù)的一種。1986 年德國最大的工業(yè)企業(yè)之一 年德國最大的工業(yè)企業(yè)之一 ROBER BOSCH 公司首次提出 公司首次提出了為汽車監(jiān)控及控制系統(tǒng)設(shè)

2、計(jì)了 了為汽車監(jiān)控及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)了 CAN 總線。它是為了解決現(xiàn)代汽車中 總線。它是為了解決現(xiàn)代汽車中 ECU 之間的數(shù)據(jù)交換而開發(fā)的。它可用來連接汽車和工業(yè)應(yīng)用中的各種電子控制模 間的數(shù)據(jù)交換而開發(fā)的。它可用來連接汽車和工業(yè)應(yīng)用中的各種電子控制模塊。任何一個(gè)需要穩(wěn)定、可靠的且低成本網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)或設(shè)備，都有可能成為 塊。任何一個(gè)需要穩(wěn)定、可靠的且低成本網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)或設(shè)備，都有可能成為 CAN節(jié)點(diǎn)。迄今為止，全球的 節(jié)點(diǎn)。迄今為止，全球的 CAN

3、 節(jié)點(diǎn)已達(dá) 節(jié)點(diǎn)已達(dá) 1.5 億個(gè)?，F(xiàn)在世界上很多著名的汽車 億個(gè)?，F(xiàn)在世界上很多著名的汽車都使用 都使用 CAN 總線來實(shí)現(xiàn)內(nèi)部系統(tǒng)的控制與各檢測和執(zhí)行機(jī)構(gòu)間的數(shù)據(jù)通信。 總線來實(shí)現(xiàn)內(nèi)部系統(tǒng)的控制與各檢測和執(zhí)行機(jī)構(gòu)間的數(shù)據(jù)通信。例如汽車防抱死制動系統(tǒng)，安全氣蘘等。實(shí)際上，機(jī)動車輛總線和工業(yè)也有許 例如汽車防抱死制動系統(tǒng)，安全氣蘘等。實(shí)際上，機(jī)動車輛總線和工業(yè)也有許多的相似之處，即要求成本低，實(shí)時(shí)處理能力強(qiáng)，抗強(qiáng)電磁干擾，可靠性高等

4、多的相似之處，即要求成本低，實(shí)時(shí)處理能力強(qiáng)，抗強(qiáng)電磁干擾，可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。因此 優(yōu)點(diǎn)。因此 CAN 總線也廣泛應(yīng)用于離散控制領(lǐng)域中的過程監(jiān)測和控制，特別 總線也廣泛應(yīng)用于離散控制領(lǐng)域中的過程監(jiān)測和控制，特別是工業(yè)自動化的底層監(jiān)控，以完成控制與監(jiān)測設(shè)備之間和實(shí)時(shí)可靠的信息交 是工業(yè)自動化的底層監(jiān)控，以完成控制與監(jiān)測設(shè)備之間和實(shí)時(shí)可靠的信息交換。 換。二． 二．CAN 總線的特點(diǎn) 總線的特點(diǎn)CAN 總線可有效支持分布式控制或?qū)崟r(shí)控制，通信介

5、質(zhì)可以是雙絞線， 總線可有效支持分布式控制或?qū)崟r(shí)控制，通信介質(zhì)可以是雙絞線，同軸電纜或光纖，其主要特點(diǎn)如下所列： 同軸電纜或光纖，其主要特點(diǎn)如下所列： (1) CAN 總線采用三層模型：物理層，數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為總線 總線采用三層模型：物理層，數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為總線型 。（2）CAN 總線為多主站總線，各節(jié)點(diǎn)可在任意時(shí)刻向網(wǎng)絡(luò)上的其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送 總線為多主站總線，各節(jié)點(diǎn)可在任意時(shí)刻向網(wǎng)絡(luò)上的其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，不分主

6、從，通信靈活。 信息，不分主從，通信靈活。 （3）CAN 總線采用獨(dú)特的非破壞性總線仲裁技術(shù)，優(yōu)先級高的節(jié)點(diǎn)優(yōu)先傳送 總線采用獨(dú)特的非破壞性總線仲裁技術(shù)，優(yōu)先級高的節(jié)點(diǎn)優(yōu)先傳送數(shù)據(jù)，可滿足實(shí)時(shí)性要求。 數(shù)據(jù)，可滿足實(shí)時(shí)性要求。 （4）CAN 總線具有點(diǎn)對點(diǎn)、一點(diǎn)對多點(diǎn)及全局廣播傳送數(shù)據(jù)的功能。 總線具有點(diǎn)對點(diǎn)、一點(diǎn)對多點(diǎn)及全局廣播傳送數(shù)據(jù)的功能。 （5）CAN 總線采用短幀結(jié)構(gòu)，每幀有效字節(jié)數(shù)最多為 總線采用短幀結(jié)構(gòu)，每幀有效字節(jié)數(shù)最

7、多為 8 個(gè)，數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間 個(gè)，數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間短，并有 短，并有 CRC 及其他校驗(yàn)措施，數(shù)據(jù)出錯(cuò)率極低。 及其他校驗(yàn)措施，數(shù)據(jù)出錯(cuò)率極低。 （6）CAN 總線上某一節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)嚴(yán)重錯(cuò)誤時(shí)，可自動脫離總線，而總線上的其 總線上某一節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)嚴(yán)重錯(cuò)誤時(shí)，可自動脫離總線，而總線上的其他操作不受影響。 他操作不受影響。 （7）CAN 總線系統(tǒng)擴(kuò)充時(shí)，可直接將新節(jié)點(diǎn)掛在總線上，因而走線少，系統(tǒng) 總線系統(tǒng)擴(kuò)充時(shí)，可直接將新節(jié)點(diǎn)掛在總線上，因而走線少，系統(tǒng)

8、擴(kuò)充容易，改型靈活。 擴(kuò)充容易，改型靈活。 （8）CAN 總線最大傳輸速率可達(dá) 總線最大傳輸速率可達(dá) 1Mb/s（此時(shí)通信距離最長為 （此時(shí)通信距離最長為 40m） ，直接通 ，直接通信距離最遠(yuǎn)可達(dá) 信距離最遠(yuǎn)可達(dá) 10km（速率 （速率 5kbps 以下） 以下） 。 （9）CAN 總線上的節(jié)點(diǎn)數(shù)主要取決于總線驅(qū)動電路。在標(biāo)準(zhǔn)幀（ 總線上的節(jié)點(diǎn)數(shù)主要取決于總線驅(qū)動電路。在標(biāo)準(zhǔn)幀（11 位報(bào)文標(biāo) 位報(bào)文標(biāo)志符）可達(dá) 志符）可達(dá) 110

9、 個(gè)。而在擴(kuò)展幀（ 個(gè)。而在擴(kuò)展幀（29 位報(bào)文標(biāo)志符）其個(gè)數(shù)幾乎不受限制。 位報(bào)文標(biāo)志符）其個(gè)數(shù)幾乎不受限制。 (10)采用不歸碼 采用不歸碼/解碼方式，并采用位填充技術(shù)。 解碼方式，并采用位填充技術(shù)。三 .CAN 總線的通信原理 總線的通信原理如果要確定 如果要確定 CAN 的殘余錯(cuò)誤概率，我們可將殘留錯(cuò)誤的概率作為具有 的殘余錯(cuò)誤概率，我們可將殘留錯(cuò)誤的概率作為具有 80～90位的報(bào)文傳送時(shí)位錯(cuò)誤概率的函數(shù)，并假定這個(gè)系統(tǒng)中有 位

10、的報(bào)文傳送時(shí)位錯(cuò)誤概率的函數(shù)，并假定這個(gè)系統(tǒng)中有 5～10 個(gè)站，并且錯(cuò) 個(gè)站，并且錯(cuò)誤率為 誤率為 1/1000，那么最大位錯(cuò)誤概率為 ，那么最大位錯(cuò)誤概率為 10—13 數(shù)量級。 數(shù)量級。4.2 CAN 錯(cuò)誤檢測機(jī)制 錯(cuò)誤檢測機(jī)制 CAN 擁有互補(bǔ)的錯(cuò)誤檢測機(jī)制，錯(cuò)誤漏檢的概率幾乎為零。它包含有位 擁有互補(bǔ)的錯(cuò)誤檢測機(jī)制，錯(cuò)誤漏檢的概率幾乎為零。它包含有位檢查、位填充檢查、格式檢查、應(yīng)答檢查和循環(huán)冗余檢查（ 檢查、位填充檢查、格式檢

11、查、應(yīng)答檢查和循環(huán)冗余檢查（CRC：Cycle Redundancy Check）等五種不同的錯(cuò)誤檢查方法。 ）等五種不同的錯(cuò)誤檢查方法。 位檢查：發(fā)送報(bào)文的站觀測總線電平并探測發(fā)送位和接收位的差異，在仲 位檢查：發(fā)送報(bào)文的站觀測總線電平并探測發(fā)送位和接收位的差異，在仲裁階段不進(jìn)行位檢查。 裁階段不進(jìn)行位檢查。 位填充檢查：發(fā)送站在發(fā)送五個(gè)連續(xù)相等位后會自動插入一個(gè)與之互補(bǔ)的 位填充檢查：發(fā)送站在發(fā)送五個(gè)連續(xù)相等位后會自動插入一個(gè)與之互

12、補(bǔ)的補(bǔ)碼位；接收時(shí)這個(gè)填充位被自動丟掉。如果在一幀報(bào)文中有 補(bǔ)碼位；接收時(shí)這個(gè)填充位被自動丟掉。如果在一幀報(bào)文中有 6 個(gè)相同位， 個(gè)相同位，CAN 就知道發(fā)生了錯(cuò)誤。 就知道發(fā)生了錯(cuò)誤。格式檢查：這種方法通過位場檢查幀的格式和大小來確定報(bào)文的正確性， 格式檢查：這種方法通過位場檢查幀的格式和大小來確定報(bào)文的正確性，用于檢查格式上的錯(cuò)誤。 用于檢查格式上的錯(cuò)誤。 應(yīng)答檢查：被接收到的幀由接收站通過明確的應(yīng)答來確認(rèn)。如果發(fā)送站未 應(yīng)答檢查

13、：被接收到的幀由接收站通過明確的應(yīng)答來確認(rèn)。如果發(fā)送站未收到應(yīng)答，那么表明接收站發(fā)現(xiàn)幀中有錯(cuò)誤。 收到應(yīng)答，那么表明接收站發(fā)現(xiàn)幀中有錯(cuò)誤。 循環(huán)冗余檢查（ 循環(huán)冗余檢查（CRC）：在一幀報(bào)文中加入冗余檢查碼，接收站通過 ）：在一幀報(bào)文中加入冗余檢查碼，接收站通過CRC 可判斷報(bào)文是否有錯(cuò)。 可判斷報(bào)文是否有錯(cuò)。 4.3 CAN 總線的優(yōu)點(diǎn) 總線的優(yōu)點(diǎn)1 .成本低 成本低. 2.總線利用率高； 總線利用率高；3.傳輸距離較遠(yuǎn)； 傳輸

14、距離較遠(yuǎn)；4.數(shù)據(jù)傳輸速率高 數(shù)據(jù)傳輸速率高（1mb/s） ；5.可根據(jù)報(bào)文的 可根據(jù)報(bào)文的 ID 決定是否接受該報(bào)文； 決定是否接受該報(bào)文；6.錯(cuò)誤處理和檢錯(cuò)機(jī)制完善； 錯(cuò)誤處理和檢錯(cuò)機(jī)制完善；7.發(fā)送的信息遭到破壞后可以自動重發(fā)； 發(fā)送的信息遭到破壞后可以自動重發(fā)；8、CAN 總線的節(jié)點(diǎn)設(shè)備在錯(cuò)誤嚴(yán)重的 總線的節(jié)點(diǎn)設(shè)備在錯(cuò)誤嚴(yán)重的情況下自動退出 情況下自動退出 CAN 總線。 總線。9.CAN 總線的報(bào)文不包含原地址或目標(biāo)地址，只

15、總線的報(bào)文不包含原地址或目標(biāo)地址，只用標(biāo)志符來指示優(yōu)先級。 用標(biāo)志符來指示優(yōu)先級。五． 五．CAN 總線技術(shù)在現(xiàn)代汽車中的應(yīng)用 總線技術(shù)在現(xiàn)代汽車中的應(yīng)用 5.1CAN 總線技術(shù)在汽車中的應(yīng)用具有以下優(yōu)勢 總線技術(shù)在汽車中的應(yīng)用具有以下優(yōu)勢： （1）信息共享。 ）信息共享。 采用 采用 CAN 總線技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)各 總線技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)各 ECU 之間的信息共享， 之間的信息共享，減少不必要的線束和傳感器。例如具有 減少不必要的線束和傳感器。

16、例如具有 CAN 總線接口的電噴發(fā)動機(jī)，其它電 總線接口的電噴發(fā)動機(jī)，其它電器可共享其提供的轉(zhuǎn)速、水溫、機(jī)油壓力、機(jī)油溫度、油量瞬時(shí)流速等，這樣 器可共享其提供的轉(zhuǎn)速、水溫、機(jī)油壓力、機(jī)油溫度、油量瞬時(shí)流速等，這樣 一方面可省去額外的水溫、油壓、油溫傳感器，另一方面可以將這些數(shù)據(jù)顯示 一方面可省去額外的水溫、油壓、油溫傳感器，另一方面可以將這些數(shù)據(jù)顯示在儀表上，便于司機(jī)檢查發(fā)動機(jī)運(yùn)行工況，從而便于發(fā)動機(jī)的保養(yǎng)維護(hù)。表 在儀表上，便于司機(jī)

17、檢查發(fā)動機(jī)運(yùn)行工況，從而便于發(fā)動機(jī)的保養(yǎng)維護(hù)。表 1 給出了汽車部分電控單元產(chǎn)生及發(fā)送的數(shù)據(jù)類型及其他單元對這些信息共享的 給出了汽車部分電控單元產(chǎn)生及發(fā)送的數(shù)據(jù)類型及其他單元對這些信息共享的情況。 情況。優(yōu)先權(quán)信號類型 電控燃油噴射系統(tǒng)電控傳動系統(tǒng)ABS 系統(tǒng)ASR 系統(tǒng)廢氣再循環(huán)系統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)1 實(shí)際噴油量 發(fā)送 接收 -------- --------- ---------2 發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速 發(fā)送 接收 接收 接收 ---------