汽車CAN總線技術(shù)講解課件

1、 汽車CAN總線技術(shù)南京理工大學(xué)徐照平二零零六年八月一.什么是CAN總線 CAN 全稱為Controller Area Network, 即控制器局域網(wǎng)，德國Bosch公司從20世紀(jì)初為解決現(xiàn)代汽車中眾多的控制與測試儀器之間的數(shù)據(jù)交換而開發(fā)的一種串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議，1993年11月國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO正式頒布了關(guān)于CAN總線的ISO11898標(biāo)準(zhǔn)，目前CAN得到了Motorola、Intel、Philips、Siemens、NEC等公司的支持。除汽車以外，也廣泛應(yīng)用在現(xiàn)場控制領(lǐng)域簡單的CAN總線結(jié)構(gòu)復(fù)雜的CAN總線結(jié)構(gòu)比較我們可以把CAN總線結(jié)構(gòu)和簡單的電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行一個(gè)簡單的比較CAN節(jié)點(diǎn)組

2、成框圖二.CAN總線的主要特點(diǎn) 低成本 極高的總線利用率 很遠(yuǎn)的數(shù)據(jù)傳輸距離(長達(dá)10Km) 高速的數(shù)據(jù)傳輸速率（高達(dá)1Mbit/s） 可根據(jù)報(bào)文的ID決定接收或屏蔽該報(bào)文 可靠的錯(cuò)誤處理和檢錯(cuò)機(jī)制 發(fā)送的信息遭到破壞后，可自動(dòng)重發(fā) 節(jié)點(diǎn)在錯(cuò)誤嚴(yán)重的情況下具有自動(dòng)退出總線的功能 報(bào)文不包含源地址或目標(biāo)地址，僅用標(biāo)志符來指示功能信息、優(yōu)先級信息三.CAN總線的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 CAN總線也是建立在ISO參考模型基礎(chǔ)上的，不過只采用了其中最關(guān)鍵的兩層，即物理層和數(shù)據(jù)鏈路層物理層 物理層的主要內(nèi)容是規(guī)定通信介質(zhì)的機(jī)械、電氣、功能和規(guī)程特性數(shù)據(jù)鏈路層 數(shù)據(jù)鏈路層的主要功能是將要發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行包裝，即加上差錯(cuò)校

3、驗(yàn)位、數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議的控制信息、頭尾標(biāo)記等附加信息組成數(shù)據(jù)幀，從物理信道上發(fā)送出去，在接收道數(shù)據(jù)幀后，再把附加信息去掉，得到通信數(shù)據(jù)CAN協(xié)議實(shí)現(xiàn) CAN總線的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的功能在CAN控制器中實(shí)現(xiàn)，即由芯片完成處理。 所以，對于CAN總線開發(fā)人員無需深入學(xué)習(xí)CAN協(xié)議，只要了解一些基礎(chǔ)概念即可完全掌握CAN總線的使用。四.CAN總線基礎(chǔ)概念希望通過CAN總線基礎(chǔ)概念的講解，讓大家對CAN總線有一個(gè)深入的了解。報(bào)文（Messages）總線上的信息以不同的固定報(bào)文格式發(fā)送。當(dāng)總線空閑時(shí)任何連接的單元都可以開始發(fā)送新的報(bào)文。信息路由（Information Routing）在CAN 系統(tǒng)里，節(jié)

4、點(diǎn)不使用任何關(guān)于系統(tǒng)配置的信息（比如，站地址）。不需要改變?nèi)魏喂?jié)點(diǎn)的應(yīng)用層及相關(guān)的軟件或硬件，就可以在CAN 網(wǎng)絡(luò)中直接添加節(jié)點(diǎn)。識別符報(bào)文的內(nèi)容由識別符命名。識別符不指出報(bào)文的目的地，但解釋數(shù)據(jù)的含義。因此，網(wǎng)絡(luò)上所有的節(jié)點(diǎn)可以通過報(bào)文濾波確定是否應(yīng)對該數(shù)據(jù)做出反應(yīng)。標(biāo)準(zhǔn)格式CAN和擴(kuò)展格式CAN 標(biāo)準(zhǔn)CAN的標(biāo)志符長度是11位，而擴(kuò)展格式CAN的標(biāo)志符長度可達(dá)29位。CAN 協(xié)議的2.0A版本規(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)識符的標(biāo)準(zhǔn)格式報(bào)文或29位

5、標(biāo)識符的擴(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)識符的標(biāo)準(zhǔn)格式報(bào)文，而忽略擴(kuò)展格式的報(bào)文結(jié)構(gòu)，但不會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤。 廣播方式傳播 由于引入了報(bào)文濾波的概念，任何數(shù)目的節(jié)點(diǎn)都可以接收報(bào)文，并同時(shí)對此報(bào)文做出反應(yīng)在CAN 網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，可以確保報(bào)文同時(shí)被所有的節(jié)點(diǎn)接收（或同時(shí)不被接收）。因此，系統(tǒng)的數(shù)據(jù)連貫性是通過多播和錯(cuò)誤處理的原理實(shí)現(xiàn)的。位速率（Bit rate）不同的系統(tǒng)，CAN 的速度不同?？墒牵谝唤o定的系統(tǒng)里，位速率是唯一的，并且是固定的優(yōu)先權(quán)（Priorities）在總線訪問期間，識別符定義一靜態(tài)的報(bào)文優(yōu)先權(quán)。遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)請求（Remote Data Reque

6、st）通過發(fā)送遠(yuǎn)程幀，需要數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)可以請求另一節(jié)點(diǎn)發(fā)送相應(yīng)的數(shù)據(jù)幀。數(shù)據(jù)幀和相應(yīng)的遠(yuǎn)程幀是由相同的識別符（IDENTIFIER）命名的。多主機(jī)（Multimaster）總線空閑時(shí)，任何單元都可以開始傳送報(bào)文。具有較高優(yōu)先權(quán)報(bào)文的單元可以獲得總線訪問權(quán)。仲裁（Arbitration）只要總線空閑，任何單元都可以開始發(fā)送報(bào)文。如果2 個(gè)或2 個(gè)以上的單元同時(shí)開始傳送報(bào)文，那么就會(huì)有總線訪問沖突。通過使用識別符的位形式仲裁可以解決這個(gè)沖突。仲裁的機(jī)制確保信息和時(shí)間均不會(huì)損失。當(dāng)具有相同識別符的數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀同時(shí)初始化時(shí)，數(shù)據(jù)幀優(yōu)先于遠(yuǎn)程幀。仲裁期間，每一個(gè)發(fā)送器都對發(fā)送位的電平與被監(jiān)控的總線電平進(jìn)

7、行比較。如果電平相同，則這個(gè)單元可以繼續(xù)發(fā)送。如果發(fā)送的是一“隱性”電平而監(jiān)控視到一“顯性”電平（見總線值），那么該單元就失去了仲裁，必須退出發(fā)送狀態(tài)。錯(cuò)誤檢測（Error Detection） 為了獲得最安全的數(shù)據(jù)發(fā)送，CAN 的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)均采取了強(qiáng)有力的措施以進(jìn)行錯(cuò)誤檢測、錯(cuò)誤標(biāo)定及錯(cuò)誤自檢。為了檢測錯(cuò)誤，必須采取以下措施：1：監(jiān)視（發(fā)送器對發(fā)送位的電平與被監(jiān)控的總線電平進(jìn)行比較）2：循環(huán)冗余檢查3：位填充4： 報(bào)文格式檢查故障界定（Fault Confinement）CAN 節(jié)點(diǎn)能夠把永久故障和短暫擾動(dòng)區(qū)分開來。永久故障的節(jié)點(diǎn)會(huì)被關(guān)閉。連接（Connections）CAN 串行通訊鏈路是

8、可以連接許多單元的總線。理論上，可連接無數(shù)多的單元。但由于實(shí)際上受延遲時(shí)間以及/或者總線線路上電氣負(fù)載的影響，連接單元的數(shù)量是有限的?？偩€值（Bus value）總線可以具有兩種互補(bǔ)的邏輯值之一：“顯性”或“隱性”。 “顯性”位和“隱性”位同時(shí)傳送時(shí)，總線的結(jié)果值為“顯性”。比如，在執(zhí)行總線的“線與”時(shí)，邏輯0 代表“顯性”等級，邏輯1 代表“隱性”等級。本技術(shù)規(guī)范不給出表示這些邏輯電平的物理狀態(tài)（比如，電壓、光）。應(yīng)答（Acknowledgment）所有的接收器檢查報(bào)文的連貫性。對于連貫的報(bào)文，接收器應(yīng)答；對于不連貫的報(bào)文，接收器不應(yīng)答。五.CAN 控制器SJA1000SJA1000 獨(dú)立CAN 控制器是PHILIPS 公司的產(chǎn)品， 符合CAN 2.0B 協(xié)議，并完全兼容CAN2.0A。SJA1000 提供2 種封裝：SO28 和DIP28電路圖SJA1000基本操作原理SJA1000的基本功能按照CAN2.0B協(xié)議向總線發(fā)送數(shù)據(jù)監(jiān)控總線SJA1000初始化五. CAN-BUS 教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置：汽車電控舒適系統(tǒng) 系統(tǒng)介紹本舒適系統(tǒng)為德國ELWE公司研發(fā)的一套CAN-BUS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，完全仿照大眾公司生產(chǎn)汽車上的舒適系統(tǒng)制作系統(tǒng)組成系統(tǒng)由五個(gè)控制單元組成1