用于汽車電子的CAN、LIN、MOST總線基礎(chǔ)知識(shí)

1、用于汽車電子的CAN、LIN、MOST總線未來汽乍電子的幣個(gè)網(wǎng)絡(luò)將是CAN、LIN、MOST三網(wǎng)介一的整體。MOST負(fù)賁音視頻，CAN負(fù)貴幣;耍的電 子控制單元，如發(fā)動(dòng)機(jī)、ABS、安全氣囊等，LIN負(fù)責(zé)次要的電了控制單元，如門窗、車燈等。一. CAN總線技術(shù)簡(jiǎn)介CAN總線乂稱作汽車總線，其全稱為“控制器局域網(wǎng)（CAN-Controller Aiea Nehvork） CAN總線是一種現(xiàn) 場(chǎng)總線（區(qū)別辦公家總線），是徳國(guó)Bosch公司為解決現(xiàn)代汽乍中眾多的電控模塊（ECU）之間的數(shù)據(jù)交換帀 開發(fā)的一種申行通信協(xié)議。CAN總線的設(shè)計(jì)充分考世了汽車上惡劣工作環(huán)境，可審性高。因此CAN總線在諂 多現(xiàn)場(chǎng)

2、總線屮獨(dú)占鰲頭，成為汽車總線的代名詞。隨著車用電氣設(shè)備越來越女，從發(fā)動(dòng)機(jī)控制到傳動(dòng)系統(tǒng)控制，從行駛、制動(dòng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制到安全保證系統(tǒng)及 儀表報(bào)警系統(tǒng)，從電源管理到為提高舒適性而作的各種努力，使汽乍電氣系統(tǒng)形成一個(gè)復(fù)雜的人系統(tǒng)，并H都 集中在磚駛室控制。另外，隨薦近年來ITS的發(fā)展，以3G（GPS、GIS和GSM）為代表的新熨電子通訊產(chǎn)昂 的出現(xiàn)，它對(duì)汽車的綜合布線和信息的共享交互捉出了更高的耍求。從布線角度分析，傳統(tǒng)的電氣系統(tǒng)人多采 用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的單-通信方式，相互Z間少有聯(lián)系，這樣必然造成龐人的布線系統(tǒng)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，一輛采用傳統(tǒng)布線方 法的高檔汽車中，其導(dǎo)線長(zhǎng)度可達(dá)2000米，電氣節(jié)點(diǎn)達(dá)1500個(gè)，

3、而H.,根據(jù)統(tǒng)計(jì)，該數(shù)字人約毎十年増長(zhǎng)1 倍。無論從材料成本還是工作效率看，傳統(tǒng)布線方法都將不能適應(yīng)汽乍的發(fā)展。從信息共亨角度分析，現(xiàn)代央 型的控制單尤仃電控燃油噴射系統(tǒng)、電控傳動(dòng)系統(tǒng)、防抱死制動(dòng)系統(tǒng)（ABS）、防滑控制系統(tǒng)（ASR）、廢Y再 循環(huán)控制、巡航系統(tǒng)和空調(diào)系統(tǒng)。為了滿足各子系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求，仃必耍對(duì)汽車公共數(shù)據(jù)實(shí)行共享，如發(fā)動(dòng) 機(jī)轉(zhuǎn)速、車輪轉(zhuǎn)速、油門踏板位置等。但毎個(gè)控制單尤對(duì)實(shí)時(shí)件的耍求是因數(shù)據(jù)的更新速率和控制周期不同帀 不同的。這就要求苴數(shù)據(jù)交換網(wǎng)是某優(yōu)先競(jìng)爭(zhēng)的模式，F(xiàn)I本身貝有較高的通信速率，CAN總線正是為滿足 這些耍求而設(shè)計(jì)的。二、CAN總線技術(shù)優(yōu)點(diǎn)數(shù)據(jù)共享減少了數(shù)據(jù)的屯

4、復(fù)處理，節(jié)省了成本。比如，對(duì)J：H4jCAN總線接門的電噴發(fā)動(dòng)機(jī)，具它電器町共 亨比捉供的轉(zhuǎn)速、水溫、機(jī)油用力、機(jī)油溫度、油彊瞬時(shí)流速等等，一方面可省去額外的水溫、油用、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J詞機(jī)檢査發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行工況，從而便J：發(fā)動(dòng)機(jī)的保養(yǎng)維護(hù)。 再比如，電渦流緩速器、空氣懸架、門控制及巡航泄速控制都用到車速數(shù)據(jù)，結(jié)果這些電器都仃一套車速處理 電路，浪費(fèi)了資源。而采用總線技術(shù)后，人家都從總線上即可獲得車速數(shù)據(jù)。減少乍身布線，進(jìn)一步節(jié)省了成本。由采用總線技術(shù)，模塊Z間的信號(hào)傳遞僅需要兩條信號(hào)線。布線局部化, 車上除掉總線外，英他所冇橫貫乍身的線都不再需耍了，節(jié)省了布

5、線成本。另外，數(shù)據(jù)共亨也節(jié)省了線路，還 京車速信號(hào)打比方，在沒仃總線的情況，車速信號(hào)耍接到電渦流緩速器、空氣懸架、門 控制及電噴發(fā)動(dòng)機(jī)。有了總線后只要接到一處，其他電器通過總線共享。破件方案的軟件化實(shí)現(xiàn)，人人地簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)，減小破件成本和設(shè)計(jì)生產(chǎn)成本。CAN發(fā)展史起源1986年2月，Robert Bosch公司在SAE （汽車工程協(xié)會(huì)）人會(huì)上介紹了一 種新熨的出行總線一AN控制器 扃域網(wǎng)，那是CAN遜生的時(shí)刻。今人，在歐洲兒乎每-輛新客車均裝配仃CAN丿域網(wǎng)。同樣，CAN也川J：其 他類型的交通LH，從火車到輪船或者用J"匸業(yè)控制。CAN己經(jīng)成為全球范用內(nèi)最豆要的總線Z其 至領(lǐng)導(dǎo)著串行

6、總線。在1999年，接近6千萬個(gè)CAN控制器投入應(yīng)用;2000年，市場(chǎng)銷售超過I億個(gè)CANB 件。在1980年的早些時(shí)候，Bosch公司的丁程師就開始論證半時(shí)的串行總線用J：客乍系統(tǒng)的可行性。因?yàn)闆]有一 種現(xiàn)成的網(wǎng)絡(luò)方案能夠完全滿足汽車工程師們的耍求，J是，在1983年初，Uxve Kiencke開始研究-種新的 串行總線。新總線的主要方向是增加新功能、減少電氣連接線,使其能夠用于產(chǎn)品，而非用丁驅(qū)動(dòng)技術(shù)。來 自Mercedes-Benz的匸程師較早制定了總線的狀態(tài)說明，而Intel也準(zhǔn)備作為半導(dǎo)體生產(chǎn)的主耍廠商。當(dāng)時(shí)聘 請(qǐng)的顧問之一是來自徳國(guó) Braunschweig-Wolfenbuttel

7、 的 Applied Science 人學(xué)教授 Wolfliaid Lawreiiz 博七 給 出 了 新網(wǎng)路方案的名 T u Conti oiler Aiea Network "，簡(jiǎn)稱 CAN。來 fl Kailsmhe 人學(xué)的教授 Hoist Wettstem fl? k 也提供了理論支持。1986年2 ）J, CAN誕生了。在底特律的汽車匚程協(xié)會(huì)人會(huì)上，由Bosch公司研究的新總線系統(tǒng)被稱為“汽車 串行控制器局域網(wǎng)”。Uwe Kiencke. Siegfried Dais和Martm Litschel分別介紹了這種多主網(wǎng)絡(luò)方案。此方 案基JTF破壞性的仲裁機(jī)制，能夠確保高優(yōu)先級(jí)

8、報(bào)文的無延遲傳輸。并且，不盂耍在總線上設(shè)置主控制器。此 外，CAN Z 父 上述幾位扌攵授和 Bosch 公 “J的 Wolfgang Boist、Wolfgang Botzcnliaid、Otto Kail、Helmut Schelling. JanUmuli已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了數(shù)種在CAN屮的錯(cuò)謀檢測(cè)機(jī)制。該錯(cuò)誤檢測(cè)也包括口動(dòng)斷開故障節(jié)點(diǎn)功能， 以確保能繼續(xù)進(jìn)行剩余節(jié)點(diǎn)Z間的通訊。傳輸?shù)膱?bào)文并非根據(jù)報(bào)文發(fā)送器/接收器的節(jié)點(diǎn)地址識(shí)別（兒乎比它 的總線都是如此），而是根據(jù)報(bào)文的內(nèi)容識(shí)別。同時(shí)，用識(shí)別報(bào)文的標(biāo)識(shí)符也規(guī)定了該報(bào)文在系統(tǒng)中的優(yōu)先 級(jí)。肖關(guān)J這種貳新的通訊方案的人部分文字內(nèi)容制泄Z后，1987年

9、中期Intel提詢計(jì)劃2個(gè)丿交付了首枚CAN 控制器：82526,這是CAN方案首次通過駛件實(shí)現(xiàn)。僅僅用了四年的時(shí)間，設(shè)想就變成了現(xiàn)實(shí)。不久Z后， Plulips半導(dǎo)體推出了 82C200o這兩枚最先的CAN控制器在驗(yàn)收濾波和報(bào)文控制方面冇許多不同。一方面， 由Intel主推的FullCAN比由Pluhps主推的BasicCAN占用校少的CPU載荷；另一方而，F(xiàn)ullCAN器件所能 接收的報(bào)文數(shù)H和對(duì)受到限制，BasicCAN控制器僅需較少的硅晶體。今人的CAN控制器屮，“孫了”輩們?cè)?同一模塊屮的驗(yàn)收濾波和報(bào)文控制方1僑仍右相當(dāng)?shù)牟煌圃斐鯞asicCAN和FullCAN兩人陣莒。標(biāo)準(zhǔn)化與

10、一致性在1990年早些時(shí)候，Bosch CAN規(guī)范（CAN 2.0版）被提交給國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織。在數(shù)次行政討論之后，應(yīng)一 些主要的法國(guó)汽車廠商要求,增加了 M Vehicle Area Network （VAN）”內(nèi)容，并J- 1993年11月出版T CAN的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO 11898o除了 CAN協(xié)議外，它也規(guī)定了垠高至1Mbps波特率時(shí)的物理層。同時(shí)，在國(guó) 際標(biāo)準(zhǔn)ISO11519-2中也規(guī)定了 CAN數(shù)據(jù)傳輸中的容錯(cuò)方法。1995年，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO11898進(jìn)行了擴(kuò)展,以附 錄的形式說明了 29位CAN標(biāo)識(shí)符。但令人傷心的是，所仃出版的CAN規(guī)范均包介錯(cuò)謀或者不完整。因此，為避免出現(xiàn)不賺容的

11、CAN應(yīng)用，Bosch 公司一總在進(jìn)彳J*證CAN芯片是否基J; Bosch的CAN參考模型的匸件。此外，兒年來在Lawreiiz教授領(lǐng)導(dǎo) 卜，位德國(guó)Braunschweig/Wolfenbuttel的Applied Science人學(xué)進(jìn)行CAN的一致性測(cè)試，測(cè)試模式基/國(guó)赫 標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試規(guī)范ISO16845。- 1當(dāng)前,修訂的CAN規(guī)范正在標(biāo)準(zhǔn)化中。ISO 11898-1稱為“CAN數(shù)據(jù)鏈路層M, ISO11898-2稱為“ IE容錯(cuò)CAN 物理層”,ISO11898-3稱為“容錯(cuò)CAN物理層”。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO11992 （住車和拖車接口）和ISO11783 （農(nóng)業(yè) 和森林機(jī)械）都在美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)J1

12、939的基礎(chǔ)上定義慕f-CAN應(yīng)用的子協(xié)議，但是它們并不完整。CAN先行者的發(fā)展盡管當(dāng)初研究can的起點(diǎn)是w用r客車系統(tǒng)，mcan的第一個(gè)巾場(chǎng)應(yīng)用卻來自r其他領(lǐng)域。特別是在北歐， CAN早已得到非常普遍的應(yīng)用。在荷蘭，電梯廠商Kom使用CAN總線。瑞士T程辦公Kvaser已建議將 CAN應(yīng)用至一些紡織機(jī)械廠（Lmdauer Dormer和Sulzer）,并由他們提供機(jī)器的通訊協(xié)議。這一領(lǐng)域中，在 Lars-BernoFrediiksson的領(lǐng)導(dǎo)卜，公可建立了 “CAN紡織機(jī)械用戶集團(tuán)”。到1989年，他們（2研究出通訊原 理，并J- 1990年早期幫助建工“CAN Kingdom”開發(fā)壞境，盡

13、管CAN Kingdom并不是一種基J： OSI參考模 糧的應(yīng)用層，但它被認(rèn)為是基J CAN的高層協(xié)議的原熨。在荷蘭，Philips醫(yī)療系統(tǒng)決定使用CAN構(gòu)成X光機(jī)的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，成為CAN的工業(yè)用戶。主耍由Tom Suters 發(fā)農(nóng)的“ Pinlips報(bào)文規(guī)范一PMS ”提出了 CAN網(wǎng)纟各的第個(gè)應(yīng)用層。來I徳國(guó)Weingarten的Applied Science 人學(xué)教授 Komad Etschberger 博匕也持同樣的觀點(diǎn)。他管理 Stembeis Transfer Center for Process Automation（Stzp）公司（現(xiàn)在更名為IXXAT Automation公司）

14、，并開發(fā)出一個(gè)類似的方案。不管如何，第一個(gè)高層協(xié)議正在形成。人多數(shù)CAN的先行者使用單片電路的方法，通訊功能、網(wǎng)絡(luò)管理、應(yīng) 用代碼組合在同一個(gè)軟件Z屮。即使一些用戶仃較多的標(biāo)準(zhǔn)模塊可供和用，但而対所仃的解決方案，他們也- 泄心在看缺陷。必須持續(xù)忌定地發(fā)展CAN的高層協(xié)議一即使在今大，仍然勺部分用戸低佔(zhàn)這個(gè)問題。在1990年的早些時(shí)候，開始籌劃成龍一個(gè)用戶組織，從而將不同的解決方案標(biāo)準(zhǔn)化。在1992年初的兒個(gè)月里， 、齊時(shí)VMEbus雜書的主管（出版社：Franzis） Holger Zelmanger將用戶和丿商集中在一起，討論建立-個(gè)促進(jìn)CAN技術(shù)發(fā)展的中立平臺(tái),同時(shí)也針對(duì)串行總線市場(chǎng)進(jìn)行分

15、析。1992年5月,CiA“CANin Automation”用戸集團(tuán)正式成立。僅在兒個(gè)星期后，C1A即發(fā)表了第-份技術(shù)雜,忐，那是關(guān)J：物理層的。C1A 推薦僅使用遵循ISO11898的CAN收發(fā)器。到現(xiàn)在為止，在當(dāng)時(shí)的CAN網(wǎng)絡(luò)屮使用非常普遍但并不兼容旳 RS-485收發(fā)器己基木消失，盡管它也是廠商提供的。C1A的首批任務(wù)之一是規(guī)定CAN的應(yīng)用層。根據(jù)Philips醫(yī)療系統(tǒng)（PMS）和Stzp所提供的內(nèi)容，依靠英余 C1A會(huì)員的協(xié)助，CAL“CAN應(yīng)用層”也稱為“綠皮書”誕生了。在制定CAN應(yīng)用規(guī)范時(shí)，C1A的一個(gè) 主耍任務(wù)是進(jìn)行CAN專家和其他CAN學(xué)習(xí)者Z間的信息交流。因此，從1994

16、年起，C1A每年仆開一次國(guó)際 CAN 會(huì)議（1CC）.另外一個(gè)理論的方法是借鑒P LAV, 一個(gè)農(nóng)業(yè)的交通丁具協(xié)會(huì)。在1980年晚些時(shí)候開始，一個(gè)慕J： CAN的 農(nóng)業(yè)交通匸幾總線系統(tǒng)（LBS）被制定出。但在工作垠終完成詢，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)決定改向支持US解決方 案J1939。這也是一個(gè)基J-CAN的應(yīng)用子協(xié)議，由SAE的Truck aiid Bus協(xié)會(huì)制泄。J1939是一個(gè)非模塊 化的方案，簡(jiǎn)單易學(xué)，但靈活性很差。從理論到實(shí)踐當(dāng)然，生產(chǎn)CAN模塊集成器件的15家半導(dǎo)體廠商主耍聚焦J汽車工業(yè)。從1990年中期起，Infineon公司和 Motorola公司已向歐洲的客車廠商提供了人晟的CAN控

17、制器。作為卜一波，從1990年后期起，遠(yuǎn)東的半導(dǎo) 體丿商也開始提供CAN控制器。1994年，NEC推出了傳說中的CAN芯片72005,但是，這一步A早了 當(dāng)時(shí)，這個(gè)器件并不能投入使用。從1992年起，Mercedes-Benz （奔馳）開始在他們的高級(jí)客乍屮使用CAN技術(shù)。第一步使用電子控制器通過 CAN對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行管理；第二步使川控制器接收人們的操作信號(hào)。這就使用了 2個(gè)物理上獨(dú)立的CAN總線系 統(tǒng)，它們通過網(wǎng)關(guān)連接。其他的客車廠商也紛紛趕來斯圖加特學(xué)習(xí)，在他們的客車上也使用2套CAN總線系 統(tǒng)?，F(xiàn)在，繼Volvo. Saab、Vblkswagen、BMW之后，Renault和Fiat也開始

18、在他們的汽乍上使用CAN總 線。在1990的早些時(shí)候，美國(guó)俄亥俄州的機(jī)械丁程公司的工程師們與Allen-Bradley公司、Honeywell微熨開關(guān)公 司開始了一個(gè)介資項(xiàng)口，內(nèi)容是基J：CAN的通訊與控制。但是，不久Z后,項(xiàng)口組的重耍成員離開介資項(xiàng)目 終止。但AUen-Biadley公司和Honeyxvell公司各口繼續(xù)從事這項(xiàng)工作。這導(dǎo)致產(chǎn)生了兩個(gè)高層協(xié)議：* DeviceNet"和* Smart Distributed System (SDS)”，Mj 11.這2個(gè)協(xié)議在較低層的通訊層匕非常相似。在 1994 年早E時(shí)候，Allen-Bradlev 將 DeviceNet 規(guī)范

19、移交給專職推丿 DeviceNet 的組織"OpenDeviceNetVdidor Association (ODVA.)Mo而Honeywell則放棄了在SDS方面的霽力，使得SDS更彖Honeywell公司的內(nèi)部解 決方案。DeviceNet特別為匚廠自動(dòng)控制而定制，因此,使其成為類似Profibus-DP和Iiiterbus協(xié)議的有力 競(jìng)爭(zhēng)者。倘若僅從即插即用的功能考世，DeviceNet (2經(jīng)成為美國(guó)特 定應(yīng)用領(lǐng)域中的領(lǐng)導(dǎo)者。在歐洲，一些公司在嘗試使用CAL.盡管CAL在理論上正確，并在工業(yè)上可以投入應(yīng)用，但每個(gè)用戶都必須 設(shè)il一個(gè)新的子協(xié)議，因?yàn)镃AL足一個(gè)真正的應(yīng)用層

20、。CAL可以被看作一個(gè)應(yīng)用CAN方案的必耍理論步驟， 但在這一領(lǐng)域它不會(huì)被推廣。從1993年起，在Espnt project ASPIC范由內(nèi)，由Bosch領(lǐng)導(dǎo)的歐洲協(xié)會(huì)研究出 一個(gè)原型，由此發(fā)展成為CANopen。它是一個(gè)基J： CAL的子協(xié)議，用產(chǎn)品部件的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)控制。在理論方 而，來自徳國(guó) Reutlmgen 的 Applied Science A學(xué)教授 Gerhard Gnihler 博士 和來f| Newcastle (UK)人學(xué)f勺 Mohammed Farsi積極參與，均是JI?"最成功的活躍分了Z。在項(xiàng)口完成Z后,CANopen規(guī)范移交給C1A 組織,由其進(jìn)行維護(hù)與發(fā)

21、展。在1995年,CiA發(fā)表了完整版的CANopen通訊子協(xié)議:僅僅用了 5年的時(shí)間, 它已成為全歐洲最申:耍的I快入式網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。CANopen不僅定義門就用層和通訊子協(xié)議，也為町編程系統(tǒng)、 不同器件、接1丨、應(yīng)用子協(xié)議定義了頁狀態(tài)，這也就是工業(yè)領(lǐng)域(比如：打印機(jī)、海爭(zhēng)應(yīng)用、醫(yī)療系統(tǒng))決定 使用CANopen的一個(gè)重耍原因。DeviceNet和CANopen,兩個(gè)總位J不同山場(chǎng)的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用層協(xié)議(EN 50325)。DeviceNet適合工廠門動(dòng)化 控制；CANopen適合J：所有機(jī)械的嵌入式網(wǎng)絡(luò)。這乂造就了兩個(gè)不同的丿W用范IM, W此，仃必耍定義應(yīng)用 層的規(guī)范歷史(可以將一空特定的大杲嵌入式

22、系統(tǒng)排除農(nóng)外)。CAN前景展望盡竹CAN協(xié)議已經(jīng)仃15年的歷史，但它仍處在改進(jìn)Z中。從2000年開始，-個(gè)山數(shù)家公司組成的ISO任務(wù) 組織定義了 一種時(shí)間觸發(fā)CAN報(bào)文傳輸?shù)膮f(xié)議。Bernd Mueller k、Thomas Fueluer Bosch公司人負(fù)和 半導(dǎo)體業(yè)專家、學(xué)術(shù)研究專家將此協(xié)議定義為“時(shí)間觸發(fā)通訊的CAN (TTCAN)”，計(jì)劃在將來標(biāo)準(zhǔn)化為 ISO118984 這個(gè)CAN的擴(kuò)展已在硅片上實(shí)現(xiàn)，不僅可實(shí)規(guī)閉環(huán)控制卜支持報(bào)文的時(shí)間觸發(fā)傳輸，而且可以 實(shí)現(xiàn)CAN的x-bv-wire應(yīng)用。因?yàn)镃AN協(xié)議并未改變，所以，在同一個(gè)的物理層上，既可以實(shí)現(xiàn)傳輸時(shí)間觸 發(fā)的報(bào)文，也町以實(shí)現(xiàn)

23、傳輸事件觸發(fā)的報(bào)文。TTCAN將為CAN延長(zhǎng)5-10年的生命期?，F(xiàn)在，CAN在全球市場(chǎng)匕仍然處起始點(diǎn)，當(dāng)?shù)玫綆?視時(shí)，誰也 無法預(yù)料CAN總線系統(tǒng)在卜一個(gè)10-15年內(nèi)的發(fā)展趨勢(shì)。這里需要強(qiáng)調(diào)一個(gè)現(xiàn)實(shí)：近兒年內(nèi)，美國(guó)和遠(yuǎn)東 的汽車廠商將會(huì)在他們所生產(chǎn)汽車的串行部件上使用CANc另外，人屆潛在的新應(yīng)用(例如：娛樂)正在呈 現(xiàn)一不僅可用客車,也可用丁家庭消費(fèi)。同時(shí),結(jié)合高層協(xié)議應(yīng)用的特殊保安系統(tǒng)對(duì)CAN的需求也正在 穩(wěn)健増長(zhǎng)。德國(guó)專業(yè)委員會(huì)BIA和徳國(guó)安全標(biāo)準(zhǔn)權(quán)威T 已經(jīng)対一些基J* CAN的保安系統(tǒng)進(jìn)行了認(rèn)證。 CANopen-Safetv是第一個(gè)獲ft! BIA許可的CAN解決方案，Devic

24、eNet-Safety也會(huì)馬匕跟進(jìn)。全球分級(jí)協(xié)會(huì)f勺 領(lǐng)導(dǎo)右Z, Germamscher Lloyd iE在準(zhǔn)備提議將CANopen問件W用J海M運(yùn)輸。在其他出務(wù)屮，規(guī)范定義 可以通過自動(dòng)切換將CANopen網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換為兀余總線系統(tǒng)。CAN歷史事件一覽表1983: Start of the Bosch internal project to develop an 111-vehicle network1986： Official introduction of CAN protocol1987： First CAN controller chips from Intel and Philips

25、Senuconductors1991： Bosch* s CAN specification 2.0 published1991： CAN Kuigdom CAN-based higlier-lavei piotocol mtioduced by Kvaser1992： CAN in Automation mteniational users and manufactuiers group established1992： CAN Application Layer (CAL) protocol published by CiA1992： Fust cars fiom Mercedes-Ben

26、z used CAN uctwoik1993： ISO 11898 standaid published1994： 1st international CAN Confeience (1CC) organized by CiA1994: DeviceNet piotocol mtroduction by Allen-Bradley1995： ISO 11898 amendment (extended flame format) published1995: CANopen piotocol published by CiA2000： Development of the time-trigge

27、red communication piotocol for CAN (TTCAN)CAN基本知識(shí)什么是CAN?CAN,全稱為“ContioUei AieaNenvoLkM,即控制器局域網(wǎng)，是國(guó)際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場(chǎng)總線之一。最初，CAN 被設(shè)計(jì)作為汽車環(huán)境屮的微控制器通訊，在車載各電子控制裝置ECUZ間交換信息，形成汽;車電子控制網(wǎng)絡(luò)。 比如：發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)、變速箱控制器、儀表裝備、電子主卡系統(tǒng)屮，均恢入CAN控制裝置。一個(gè)由CAN總線構(gòu)成的單一網(wǎng)絡(luò)屮，理論上可以掛接無數(shù)個(gè)節(jié)點(diǎn)。實(shí)際川用屮，節(jié)點(diǎn)數(shù)冃受網(wǎng)絡(luò)鎖件的電氣 特性所限制。例如，半使用Plulips P82C250作為CAN收發(fā)器時(shí)，同一

28、網(wǎng)絡(luò)中允許掛接110個(gè)節(jié)點(diǎn)。CAN可 提供高達(dá)IMbK/s的數(shù)據(jù)傳輸速率，這使實(shí)時(shí)控制變得非簾容易。另外，喚件的錯(cuò)謀檢定特性也增強(qiáng)了 CAN 的抗電磁F擾能力。CAN是怎樣發(fā)展起來的？CAN最初出現(xiàn)在80年代末的汽車工業(yè)中,由德國(guó)Bosch公司最先提出。當(dāng)時(shí)，由尸消費(fèi)者對(duì)于汽車功能的要 求越來越多，而這些功能的實(shí)現(xiàn)人多是狂J電了操作的，這就使得電子裝置Z間的通訊越來越復(fù)雜，同時(shí)盤味 著礙耍更多的連接信號(hào)線。提出CAN總線的垠初動(dòng)機(jī)就是為了解決現(xiàn)代汽車屮龐人的電子控制裝置Z間的通 訊，減少不斷增加的信號(hào)線。是，他們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)單一的網(wǎng)絡(luò)總線，所存的外由器件口J以被掛接在該總線上。 1993年,CA

29、N已成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO 11898(高速應(yīng)用)和ISOL1519 (低速應(yīng) 用)。CAN是-種多上方式的串行通訊總線，慕本設(shè)計(jì)規(guī)范耍求燈高的位速率，高抗電滋F擾性，I何且能夠檢測(cè)出 產(chǎn)生的任何錯(cuò)誤。當(dāng)信號(hào)傳輸距離達(dá)到10Km時(shí)，CAN仍町提供寫達(dá)50Kbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率。由J-CAN總線JI#很高的實(shí)時(shí)性能，因此，CAN已經(jīng)在汽乍丁業(yè)、航空丁業(yè)、工業(yè)控制、安全防護(hù)等領(lǐng)域中 得到了廣泛應(yīng)用。CAN是怎樣工作的？CAN通訊協(xié)議主耍描述設(shè)備Z間的信息傳遞方式。CAN層的定義與開放系統(tǒng)互連模型（OSI） 致。每一層 與另一設(shè)備上和同的那層通訊。實(shí)際的通訊發(fā)生在每一設(shè)備上相鄰的兩層，而設(shè)備只通過模

30、型物理層的物理 介質(zhì)互連。CAN的規(guī)范定義了模型的垠卜M兩心：數(shù)據(jù)鏈路層和物理層。卜表中展示了 OSI開放式互連模型 的各層。應(yīng)用層協(xié)議可以rh CAN用戶定義成適介特別匸業(yè)領(lǐng)域的任何方案。已在工業(yè)控制和制造業(yè)領(lǐng)域得到 廣泛應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)是DeviceNet.這是為PLC和智能傳感器設(shè)計(jì)的。在汽乍工業(yè)，許多制造商都應(yīng)用他們門己的 標(biāo)準(zhǔn)。& 1 OSI開放系統(tǒng)互連模型應(yīng)用層最高層。用戶、軟件、網(wǎng)絡(luò)終端等之間用來進(jìn)行信息交換。如：DeviceNet農(nóng)示層將兩個(gè)應(yīng)用不同數(shù)據(jù)格式的系統(tǒng)信息轉(zhuǎn)化為能共同理解的格式會(huì)話層依第低層的通信功能來進(jìn)行數(shù)據(jù)的冇效傳遞.傳輸層兩通訊節(jié)心Z間數(shù)據(jù)傳輸控制。操作如：

31、數(shù)據(jù)晅發(fā)，數(shù)據(jù)錯(cuò)謀修復(fù)網(wǎng)絡(luò)層規(guī)定了網(wǎng)絡(luò)連接的建工、維持和拆除的協(xié)議.如：路由和尋址數(shù)據(jù)鏈路層規(guī)泄了在介質(zhì)上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)位的排列和組織。如：數(shù)據(jù)校驗(yàn)和幀結(jié)構(gòu)物理層規(guī)定通訊介質(zhì)的物理特性。如；電氣特性和信號(hào)交換的解釋CAN能夠使用多種物理介質(zhì)，例如雙絞線、光纖等。最常用的就是雙絞線。信號(hào)使用差分電壓傳送，兩條信 號(hào)線被稱為“CAN_H”和“ CAN_L”，靜態(tài)時(shí)均是2.5V左右，此時(shí)狀態(tài)表示為邏輯 T,也可以叫做“隱性”. 用CAN_H比CAN_L高農(nóng)爪邏侏“0”，稱為“顯形”，此時(shí)，通常電值為：CAN_H = 3.5V和 CAN_L=1.5V。CAN有哪些特性？CAN n/j-十分優(yōu)越的特點(diǎn)，使人

32、們樂選擇。這些特性包括：&# 104869& 低成本&# 1048698;極高的總線利用率1048698;很遠(yuǎn)的數(shù)據(jù)傳輸距離（長(zhǎng)達(dá)10K111）&# 1048698;高速的數(shù)據(jù)傳輸速率（高達(dá)IMbk/s）􀁺 nJ根據(jù)報(bào)文的ID決泄接收或屏蔽該報(bào)文&# 1048698; 靠的錯(cuò)誤處理和檢錯(cuò)機(jī)制&和048698;發(fā)送的信息遭到破壞后，可H動(dòng)匝發(fā)&機(jī)048698；節(jié)點(diǎn)在錯(cuò)課嚴(yán)隨的請(qǐng)況卜典仃|'1動(dòng)退出總線的功能􀁺報(bào)文不包含源地址或忖標(biāo)地址，僅用標(biāo)，忐符來指示功能信息、優(yōu)先級(jí)信息Phil

33、ips制造的CAN芯片仃哪些？2 CAN芯片一覽農(nóng)類別型號(hào)備注P87C591橋代 P87C592CAN微控制器XAC3716 位 MCUCAN獨(dú)芷控制器SJA1000替代82C200PCA82C250高速CAN收發(fā)器PCA82C251高速CAN收發(fā)器PCA82C252容錯(cuò)CAN收發(fā)器TJA1040高速CAN收發(fā)器TJA1041高速CAN收發(fā)器TJA1050高速CAN收發(fā)器TJA1O53容錯(cuò)CAN收發(fā)器CAN收發(fā)器TJA1054容錯(cuò)CAN收發(fā)器LIN收發(fā)器TJA1020LIN收發(fā)器什么是CSMA/CD ?CSMA/CD 是"載.波偵聽多路訪問/沖夫檢測(cè)"（Camer Sens

34、e Multiple Access wirh Collision Detecr）的縮寫。 利用CSMA訪問總線，可對(duì)總線上信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，只有當(dāng)總線處空閑狀態(tài)時(shí)，才允許發(fā)送。利用這種方法， 可以允許多個(gè)節(jié)點(diǎn)掛接到同-網(wǎng)絡(luò)上。當(dāng)檢測(cè)到-個(gè)沖突位時(shí)，所仃節(jié)點(diǎn)巫新回到'監(jiān)聽總線狀態(tài)，直到該 沖窠時(shí)間過后，才開始發(fā)送。在總線超玻的情況卜，這種技術(shù)町能會(huì)造成發(fā)送信號(hào)經(jīng)過許多延遲。為了避免發(fā) 送時(shí)延，町利用CSMACD方式訪問總線。當(dāng)總線上令兩個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)進(jìn)行發(fā)送時(shí)，必須通過“無損的逐位仲裁” 方法來使有最高優(yōu)先權(quán)的的報(bào)文優(yōu)先發(fā)送。在CAN總線上發(fā)送的每一條報(bào)文都具有唯一的一個(gè)11位或29位 數(shù)字的I

35、D。CAN總線狀態(tài)取決二進(jìn)制數(shù)0'而不是'1',所以ID號(hào)越小，則該報(bào)文擁冇越高的優(yōu)先權(quán)。 因此一個(gè)為全o'標(biāo)志符的報(bào)文具有總線上的最高級(jí)優(yōu)先權(quán)?？捎昧硗獾姆椒▉斫忉?在消息沖突的位置, 第一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送o而另外的節(jié)點(diǎn)發(fā)送1,那么發(fā)送o的節(jié)點(diǎn)將取得總線的控制權(quán)，并H能夠成功的發(fā)送出它的 信息。CAN的高層協(xié)議CAN的高層協(xié)議（也可理解為應(yīng)用層協(xié)議）足一種在現(xiàn)仃的底層協(xié)議（物理層和數(shù)據(jù)謎路層）Z上實(shí)現(xiàn)的協(xié) 議。高口協(xié)議是在CAN規(guī)范的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的應(yīng)用層。許多系統(tǒng)（像汽車工業(yè)）中，町以特別制定一個(gè)合 適的W用層，但對(duì)許筋的行業(yè)來說，這種方法是不經(jīng)濟(jì)的。一些組織已經(jīng)

36、研究并開放了應(yīng) 用層標(biāo)準(zhǔn)，以使系統(tǒng)的綜介應(yīng)用變得十分容易。一些可使用的CAN高層協(xié)議仃：制泄組織主耍高層協(xié)議C1ACAL協(xié)議CiA CANOpen 協(xié)議ODVA DeviceNet 協(xié)議Honeywell SDS 協(xié)議Kvasei CANKingdom 協(xié)議什么是標(biāo)準(zhǔn)格式CAN和擴(kuò)展格式CAN?標(biāo)準(zhǔn)CAN的標(biāo)，忐符長(zhǎng)度是11位，而擴(kuò)展格式CAN的標(biāo)憑整長(zhǎng)度可達(dá)29位。CAN協(xié)議的2.0A版木規(guī)定CAN 控制器必須有一個(gè)11位的標(biāo)志符。同時(shí),在2.0B版本中規(guī)定,CAN控制器的標(biāo)志符長(zhǎng)度可以是11位或29 位。遵循CAN2.0B協(xié)議的CAN控制器可以發(fā)送和接收11位標(biāo)識(shí)符的標(biāo)準(zhǔn)格式報(bào)文或29位標(biāo)識(shí)符的擴(kuò)展格 式報(bào)文。如果禁止CAN2.0B,則CAN控制器只能發(fā)送和接收11位標(biāo)識(shí)符的標(biāo)準(zhǔn)格式報(bào)文，而忽略擴(kuò)展格式旳 報(bào)文結(jié)構(gòu)，但不會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤。I前，Philips公司主要推廣的CAN獨(dú)立控制器均支持CAN2.0B協(xié)議，即支持29位標(biāo)貝符的擴(kuò)展格式報(bào)文結(jié) 構(gòu)。CAN總線的特點(diǎn)及J1939協(xié)議通信原理、內(nèi)容和應(yīng)用眾多國(guó)際知名汽乍公司早在20世紀(jì)80年代就積極致力汽乍網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研究及應(yīng)用。迄今已冇多種網(wǎng)絡(luò) 標(biāo)準(zhǔn)，如專門用貨乍和客乍上的SAE的J1939、徳國(guó)人