汽車CAN總線控制課件

1、汽車CAN總線控制12.1 汽車單片機(jī)局域網(wǎng)基礎(chǔ) 12.1.1 汽車電子控制基礎(chǔ)典型自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成汽車電子控制單元 汽車電子控制單元(ECU)是一種電子控制裝置，其基本構(gòu)成如下圖所示。12.1.2 汽車電控單元的連接方式 1主從式多機(jī)通信結(jié)構(gòu)組合開關(guān)TXD89C0512主機(jī)TXD89C0511號(hào)從機(jī)TXD89C0512號(hào)從機(jī)TXD89C0513號(hào)從機(jī)TXD89C0514號(hào)從機(jī)2總線傳輔式多機(jī)通信結(jié)構(gòu) 汽車中的總線傳輸式多機(jī)通信結(jié)構(gòu) 12.1.3 汽車單片機(jī)局域網(wǎng)的基本概念多路傳輸：在同一通道或線路上同時(shí)傳輸多條信息。模塊：一種電子裝置，在這里可以理解成電子控制單元ECU。 數(shù)據(jù)總線(BUS

2、)：模塊間運(yùn)行數(shù)據(jù)的通道，即所謂的信息“高速公路”。如果一個(gè)模塊可以通過總線發(fā)送數(shù)據(jù)，又可以從總線接收數(shù)據(jù)，則這樣的數(shù)據(jù)總線就稱之為雙向數(shù)據(jù)總線。網(wǎng)絡(luò)：為了實(shí)現(xiàn)信息共享而把多條數(shù)據(jù)總線或者把數(shù)據(jù)總線和模塊當(dāng)作一個(gè)系統(tǒng)連在一起。通信協(xié)議：指通信雙方控制信息交換規(guī)則的標(biāo)準(zhǔn)、約定的集合。總線速度：數(shù)據(jù)總線的速度不是以英里表示的，通常用比特率表示數(shù)據(jù)總線的速度。12.1.4 汽車網(wǎng)絡(luò)參考模型 1 .OSI參考模型 表12-1 OSI開放式互聯(lián)模型7應(yīng)用層最高層。用戶、軟件、網(wǎng)絡(luò)終端等之間用來(lái)進(jìn)行信息交換。6表示層將兩個(gè)應(yīng)用不同數(shù)據(jù)格式的系統(tǒng)信息化轉(zhuǎn)化為能共同理解的格式。5會(huì)話層依靠低層的通信功能來(lái)進(jìn)行

3、數(shù)據(jù)的有效傳遞。4傳輸層兩通信節(jié)點(diǎn)之間數(shù)據(jù)傳輸控制，操作如：數(shù)據(jù)重發(fā)，數(shù)據(jù)錯(cuò)誤修復(fù)。3網(wǎng)絡(luò)層規(guī)定了網(wǎng)絡(luò)連接的建立、維持和拆除的協(xié)議，如：路由和尋址。2數(shù)據(jù)鏈路層規(guī)定了在介質(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)1物理層規(guī)定通信介質(zhì)的物理特性，如：電氣特性和信號(hào)交換的解釋。2汽車網(wǎng)絡(luò)參考模型 圖12-8汽車局域網(wǎng)的參考模型應(yīng)用層數(shù)據(jù)鏈路層物理層應(yīng)用層數(shù)據(jù)鏈路層物理層物理介質(zhì)發(fā)送端接收端圖12-8汽車局域網(wǎng)的參考模型應(yīng)用層數(shù)據(jù)鏈路層物理層應(yīng)用層數(shù)據(jù)鏈路層物理層物理介質(zhì)發(fā)送端接收端圖12-8汽車局域網(wǎng)的參考模型應(yīng)用層數(shù)據(jù)鏈路層物理層應(yīng)用層數(shù)據(jù)鏈路層物理層物理介質(zhì)發(fā)送端接收端汽車局域網(wǎng)的參考

4、模型應(yīng)用層數(shù)據(jù)鏈路層物理層應(yīng)用層數(shù)據(jù)鏈路層物理層物理介質(zhì)發(fā)送端接收端12.2 汽車局域網(wǎng)中的現(xiàn)場(chǎng)總線12.2.1 現(xiàn)場(chǎng)總線的基本概念現(xiàn)場(chǎng)總線是應(yīng)用在生產(chǎn)最底層的一種總線型拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)，進(jìn)一步講，這種總線是用作現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)的，直接與所有受控(設(shè)備)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行相連的通信網(wǎng)絡(luò)。現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)既是一個(gè)開放通信網(wǎng)絡(luò)，又是一種全分布控制系統(tǒng)。它作為智能設(shè)備的聯(lián)系紐帶，把掛接在總線上、作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的智能設(shè)備連接為網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，并進(jìn)一步構(gòu)成自動(dòng)化控制系統(tǒng)，使系統(tǒng)成為具有測(cè)量、控制、執(zhí)行和過程診斷等綜合能力的網(wǎng)絡(luò)。自20世紀(jì)80年代末以來(lái)，幾種現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)已經(jīng)逐漸發(fā)展成熟，并在一些特定的應(yīng)用領(lǐng)域顯示出其影響和優(yōu)勢(shì)，如：

5、可尋址遠(yuǎn)程變換器數(shù)據(jù)鏈路HART、控制器局域網(wǎng)CAN(Controller Area Network)、局域網(wǎng)互聯(lián)LIN(LocalInter Connect Network)、過程現(xiàn)場(chǎng)總線PROFIBUS(Process Field bus)和基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線FP(Foundation Field bus)。這些現(xiàn)場(chǎng)總線各具特色，對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的發(fā)展必將繼續(xù)發(fā)揮各自的重要作用。 CAN全稱為“Controller Area Network”即控制器局域網(wǎng)。CAN是國(guó)際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場(chǎng)總線之一。CAN最初出現(xiàn)在20世紀(jì)80年代末的汽車工業(yè)中，由德國(guó)BOSCH公司最先提出。1991年9月PHI

6、HPS Sem-iconductors制定并發(fā)布了CAN技術(shù)規(guī)范(2.0版)。1993年11月國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO頒布了道路交通運(yùn)輸工具數(shù)據(jù)信息交換高速通信局域網(wǎng)(CAN)IS011898，為控制器局域網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化鋪平了道路。美國(guó)汽車工程學(xué)會(huì)(SAE)2000年提出的J1939，成為貨車和客車中控制器局域網(wǎng)的通用標(biāo)準(zhǔn)。12.2.2 CAN總線的特點(diǎn)及組成 CAN總線的特點(diǎn)可歸納為：(1)CAN是到目前為止惟一具有國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)且成本較低的現(xiàn)場(chǎng)總線。(2)CAN為多主方式工作。(3)在報(bào)文標(biāo)識(shí)符上，CAN上的節(jié)點(diǎn)分成不同的優(yōu)先級(jí)，可滿足不同的實(shí)時(shí)要求，優(yōu)先級(jí)高的數(shù)據(jù)最多可在134s內(nèi)得到傳輸。(

7、4)CAN采用非破壞總線仲裁技術(shù)。(5)CAN節(jié)點(diǎn)只需通過報(bào)文的標(biāo)識(shí)符濾波即可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)及全局廣播等幾種方式傳送接收數(shù)據(jù)。(6)CAN的直接通信距離最遠(yuǎn)可達(dá)10km(速率5kbs以下)；通信速率最高可達(dá)1Mbs（此時(shí)通信距離最長(zhǎng)為40m)。(7)CAN上的節(jié)點(diǎn)數(shù)主要取決于總線驅(qū)動(dòng)電路，目前可達(dá)110個(gè)。(8)報(bào)文采用短幀結(jié)構(gòu)，傳輸時(shí)間短，受干擾概率低，使數(shù)據(jù)的出錯(cuò)率降低。(9)CAN的每幀信息都有CRC校驗(yàn)及其他檢錯(cuò)措施，具有極好的檢錯(cuò)效果。(10)CAN的通信介質(zhì)可選擇雙絞線、同軸電纜或光纖。選擇十分靈活。CAN數(shù)據(jù)總線由一個(gè)控制器、一個(gè)收發(fā)器、兩個(gè)數(shù)據(jù)傳輸終端以及兩條數(shù)據(jù)傳輸線

8、組成。除數(shù)據(jù)傳輸線外，其他元件都置于控制單元內(nèi)部。控制單元功能不變，如下圖所示。12.2.3 CAN數(shù)據(jù)總線的傳輸原理與過程 電動(dòng)汽車總線原理框圖 數(shù)據(jù)的具體傳輸過程 連接在CAN總線上的ECU的工作狀態(tài)很大程度上決定了CAN總線的使用情況，并且ECU工作狀態(tài)之間的切換涉及到信息列表中各信息的優(yōu)先級(jí)設(shè)置、總線的喚醒策略和故障排除與自修復(fù)等問題。該系統(tǒng)中ECU的工作狀態(tài)分為上電診斷狀態(tài)、正常工作狀態(tài)、休眠狀態(tài)、總線關(guān)閉狀態(tài)、掉電狀態(tài)、調(diào)試及編程狀態(tài)等六類。 12.2.4 汽車網(wǎng)絡(luò)可用的傳輸介質(zhì) 1 . 雙絞線圖1214雙絞線）結(jié)構(gòu)示意圖；）非屏蔽雙絞線）屏蔽雙絞線2 . 光纖光纖）單芯光纜結(jié)構(gòu)式意圖 ）光纖12.2.5 CAN雙線式總線系統(tǒng)的檢測(cè)方法 CAN雙線式數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)是個(gè)由兩條線組成的總線系統(tǒng)，通過這兩條數(shù)據(jù)總線，數(shù)據(jù)便可按順序傳到與系統(tǒng)相連的控制單元。這些控制單元就是通過CAN總線彼此相通的(即通過CAN總線傳遞數(shù)據(jù))。 兩個(gè)控制單元組成的雙線式數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)的檢測(cè)： 檢測(cè)時(shí)，關(guān)閉點(diǎn)火開關(guān)，斷開兩個(gè)控