CAN總線介紹最終版

1、CAN總線介紹最終版主要內(nèi)容概述CAN根本原理CAN總線的國(guó)內(nèi)外開(kāi)展現(xiàn)狀CAN總線電磁兼容設(shè)計(jì)概述CAN的起源CANController Area Network是20世紀(jì)80年代初德國(guó)Bosch公司為解決現(xiàn)代汽車(chē)中眾多控制單元、測(cè)試儀器之間的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換而開(kāi)發(fā)的一種串行通信協(xié)議概述CAN的起源傳統(tǒng)的汽車(chē)線束連接概述CAN的起源汽車(chē)的CAN網(wǎng)絡(luò)概述CAN的歷史1983年，Bosch開(kāi)場(chǎng)研究車(chē)上網(wǎng)絡(luò)技術(shù)1986年，Bosch在SAE大會(huì)公布CAN協(xié)議1987年，Intel和Philips先后推出CAN控制器芯片1991年，CAN總線最先在Benz S系列轎車(chē)上實(shí)現(xiàn)概述CAN的歷史1993年，IS

2、O公布CAN國(guó)際標(biāo)準(zhǔn) ISO-118981994年，SAE公布基于CAN的J1939標(biāo)準(zhǔn) 2003年，Maybach發(fā)布帶76個(gè)ECU的新車(chē)型CAN，LIN，MOST2003年，VW發(fā)布帶35個(gè)ECU的新型Golf未來(lái)，CAN總線將局部被FlexRay所取代，但CAN總線將仍會(huì)被持續(xù)應(yīng)用相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間概述CAN的特性采用雙線差分信號(hào)協(xié)議本身對(duì)節(jié)點(diǎn)的數(shù)量沒(méi)有限制，總線上節(jié)點(diǎn)的數(shù)量可以動(dòng)態(tài)改變播送發(fā)送報(bào)文，報(bào)文可以被所有節(jié)點(diǎn)同時(shí)接收概述CAN的特性采用雙線差分信號(hào)0.5V4.5VCan Htt4.5V0.5VCan L2.5V2.5V 兩根線構(gòu)成總線，CAN High與CAN Low。這兩根線之間的

3、電位差可以對(duì)應(yīng)兩個(gè)不同的邏輯狀態(tài)進(jìn)行編碼。 如果CAN H CAN L 2那么比特為 0 如果CAN H CAN L = 0那么比特為 1概述CAN的特性CAN HCAN L+-SCAN Ht4.5V0.5V2.5VtCAN L4.5V0.5V2.5V限制傳輸輻射， 補(bǔ)償接地差， 能夠很好地抗干擾。概述CAN的特性多主站構(gòu)造每個(gè)報(bào)文的內(nèi)容通過(guò)標(biāo)識(shí)符識(shí)別，標(biāo)識(shí)符在網(wǎng)絡(luò)中是唯一的標(biāo)識(shí)符描述了數(shù)據(jù)的含義某些特定的應(yīng)用對(duì)標(biāo)識(shí)符的分配進(jìn)展了標(biāo)準(zhǔn)化根據(jù)需要可進(jìn)展相關(guān)性報(bào)文過(guò)濾概述CAN的特性保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)一致性CAN提供了一套復(fù)雜的錯(cuò)誤檢測(cè)與錯(cuò)誤處理機(jī)制，比方CRC檢測(cè)、接口的抗電磁干擾能力、錯(cuò)誤報(bào)文的自動(dòng)

4、重發(fā)、臨時(shí)錯(cuò)誤的恢復(fù)以及永久錯(cuò)誤的關(guān)閉錯(cuò)誤檢測(cè)錯(cuò)誤處理概述CAN的特性使用雙絞線作為總線介質(zhì)時(shí)，總線長(zhǎng)度=40米, 傳輸速率可達(dá)1Mbps采用NRZ和位填充的位編碼方式位速率與總線長(zhǎng)度的關(guān)系NRZ和位填充概述CAN的特性總線訪問(wèn)非破壞性仲裁的載波偵聽(tīng)多路訪問(wèn)/沖突檢測(cè)CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection)載波偵聽(tīng)，網(wǎng)絡(luò)上各個(gè)節(jié)點(diǎn)在發(fā)送數(shù)據(jù)前都要檢測(cè)總線上是否有數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)上有數(shù)據(jù)不發(fā)送數(shù)據(jù)，等待網(wǎng)絡(luò)空閑網(wǎng)絡(luò)上無(wú)數(shù)據(jù)立即發(fā)送已經(jīng)準(zhǔn)備好的數(shù)據(jù)多路訪問(wèn)，網(wǎng)絡(luò)上所有節(jié)點(diǎn)收發(fā)數(shù)據(jù)共同使用同一條總線，且發(fā)送數(shù)據(jù)是播送式的沖突檢

5、測(cè)，節(jié)點(diǎn)在發(fā)送數(shù)據(jù)過(guò)程中要不停地檢測(cè)發(fā)送的數(shù)據(jù)，確定是否與其它節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)發(fā)生沖突CAN根本原理汽車(chē)總線汽車(chē)總線的分類類別位速率/kbps應(yīng)用場(chǎng)合應(yīng)用范圍協(xié)議A10車(chē)身系統(tǒng)電動(dòng)門(mén)窗、座椅調(diào)節(jié)、燈光照明控制等LINCANB10125狀態(tài)系統(tǒng)電子儀表、駕駛信息、故障診斷、安全氣囊、自動(dòng)空調(diào)等J1850VANCANC1251000實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)控制、變速控制、ABS、懸架控制、轉(zhuǎn)向控制等CAND1000多媒體系統(tǒng)MOSTFlexRayD2BIEEE1394CAN根本原理汽車(chē)總線汽車(chē)總線的應(yīng)用CAN根本原理CAN標(biāo)準(zhǔn)CAN與OSI參考模型 LLC, Logical Link Control邏輯鏈路控制

6、 MAC, Medium Access Control媒介訪問(wèn)控制 PLS, Physical Signaling Sublayer物理信令子層 PMA, Physical Medium Attachment物理介質(zhì)連接 MDI, Medium Dependent Interface介質(zhì)相關(guān)接口CAL, CANopen (CiA)DeviceNet (ODVA) SDS (Honeywell)NMEA-2000(NMEA)J1939(SAE)汽車(chē)和工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域廣泛應(yīng)用CAN根本原理CAN標(biāo)準(zhǔn)2.0A將29位ID視為錯(cuò)誤2.0B被動(dòng)忽略29位ID的報(bào)文2.0B主動(dòng)可處理11位和29位兩種ID的

7、報(bào)文CAN根本原理CAN標(biāo)準(zhǔn)ISO11898ISO 11898-1：2003Road vehicles - Controller area network (CAN) - Part 1: Data link layer and physical signallingISO 11898-2：2003Road vehicles - Controller area network (CAN) - Part 2:High-speed medium access unitISO 11898-3：2006Road vehicles - Controller area network (CAN) - Par

8、t 3: Low-speed, fault-tolerant, medium-dependent interfaceISO 11898-4：2004Road vehicles - Controller area network (CAN) - Part 4: Time-triggered communicationISO 11898-5Road vehicles - Controller area network (CAN) - Part 5: High-speed medium access unit with low-power modeCAN根本原理CAN標(biāo)準(zhǔn)拓?fù)錁?gòu)造CAN根本原理CAN

9、節(jié)點(diǎn)硬件電路框圖微控制器、CAN控制器、CAN收發(fā)器CAN根本原理CAN標(biāo)準(zhǔn)拓?fù)錁?gòu)造終端電阻的替代形式高速CAN低速、容錯(cuò)CANCAN根本原理CAN標(biāo)準(zhǔn)總線電平差分電壓CAN根本原理CAN標(biāo)準(zhǔn)總線電平低速、容錯(cuò)CAN電平單線CAN電平高速CAN電平CAN邏輯表示差分電壓隱性表示1，顯性表示0CAN根本原理CAN的總線訪問(wèn)“線與機(jī)制“顯性位可以覆蓋“隱性位；只有所有節(jié)點(diǎn)都發(fā)送“隱性位，總線才處于“隱性狀態(tài)節(jié)點(diǎn)在發(fā)送報(bào)文時(shí)進(jìn)展回讀通過(guò)ID仲裁，ID數(shù)值越小，報(bào)文優(yōu)先級(jí)越高，占有總線優(yōu)先級(jí)最高CAN根本原理CAN的總線訪問(wèn)非破壞性仲裁任何節(jié)點(diǎn)在總線空閑時(shí)都能發(fā)送報(bào)文發(fā)送低優(yōu)先級(jí)報(bào)文的節(jié)點(diǎn)退出仲裁后，

10、在下次總線空閑時(shí)重發(fā)報(bào)文CSMA/DACAN根本原理CAN的幀格式數(shù)據(jù)幀攜帶從發(fā)送節(jié)點(diǎn)至接收節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程幀向其他節(jié)點(diǎn)請(qǐng)求發(fā)送具有同一標(biāo)識(shí)符的數(shù)據(jù)幀錯(cuò)誤幀節(jié)點(diǎn)檢測(cè)到錯(cuò)誤后發(fā)送錯(cuò)誤幀超載幀在先行的和后續(xù)的數(shù)據(jù)幀或遠(yuǎn)程幀之間附加一段延時(shí)通常不用幀間空間數(shù)據(jù)幀或遠(yuǎn)程幀通過(guò)幀間空間與前述的各幀分開(kāi)CAN根本原理CAN錯(cuò)誤檢測(cè) 1循環(huán)冗余檢查(CRC)2幀檢查(格式檢查)3應(yīng)答錯(cuò)誤4總線檢測(cè) (位檢測(cè))5位填充 CAN根本原理錯(cuò)誤檢測(cè)CRC檢測(cè)CRC錯(cuò)誤節(jié)點(diǎn)計(jì)算的CRC序列與接收到的CRC序列不同格式檢測(cè)格式錯(cuò)誤固定格式位場(chǎng)如CRC界定符、ACK界定符、幀完畢等含有一個(gè)或更多非法位ACK檢測(cè)ACK錯(cuò)誤

11、發(fā)送節(jié)點(diǎn)在ACK位期間未檢測(cè)到“顯性位CRC檢測(cè)位檢測(cè)填充檢測(cè)格式檢測(cè)ACK檢測(cè)CAN根本原理錯(cuò)誤檢測(cè)位檢測(cè)位錯(cuò)誤節(jié)點(diǎn)檢測(cè)到的位與自身送出的位數(shù)值不同仲裁或ACK位期間送出“隱性位，而檢測(cè)到“顯性位不導(dǎo)致位錯(cuò)誤填充檢測(cè)填充錯(cuò)誤在使用位填充編碼的幀場(chǎng)幀起始至CRC序列中，不允許出現(xiàn)六個(gè)連續(xù)一樣的電平位填充檢測(cè)位檢測(cè)CAN總線的國(guó)內(nèi)外開(kāi)展現(xiàn)狀國(guó)外開(kāi)展現(xiàn)狀：在歐美， CAN總線技術(shù)開(kāi)展應(yīng)用已十分成熟，大局部汽車(chē)制造商，如寶馬、保時(shí)捷、勞斯萊斯、群眾、沃爾沃、雷諾等都已經(jīng)使用了CAN總線。 支持CAN協(xié)議的有英特爾、摩托羅拉、惠普、西門(mén)子、M I CROCH IP、NEC、SI L I ON I等著名

12、公司 ，硬件、軟件配套十分完善。CAN總線的國(guó)內(nèi)外開(kāi)展現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)開(kāi)展現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)較早研究 CAN總線的有北京航空航天大學(xué)、清華大學(xué)、中國(guó)汽車(chē)技術(shù)研究中心等單位，不過(guò)目前的研究還處于不完善階段。 研制生產(chǎn)CAN元器件的廠家很少，具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的專用芯片更少。 CAN總線的國(guó)內(nèi)外開(kāi)展現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)主要CAN總線研發(fā)生產(chǎn)的企業(yè)概況：廈門(mén)漢納森：“一線模塊“配裝陜汽失敗，核心技術(shù)人員流失；哈爾濱威帝：研發(fā)能力較強(qiáng)，三級(jí)CAN總線系統(tǒng)既全車(chē)總線系統(tǒng)獲得國(guó)科技部專項(xiàng)資金支持北京公交在客車(chē)市場(chǎng)占有一定份額，但競(jìng)爭(zhēng)劇烈，產(chǎn)品并不能很好的實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)；CAN總線的國(guó)內(nèi)外開(kāi)展現(xiàn)狀浙江中科正方：研發(fā)實(shí)力雄厚，產(chǎn)品配套于北京奧運(yùn)會(huì)

13、純電動(dòng)車(chē)，北京公交雙源無(wú)軌電動(dòng)車(chē)，清華大學(xué)“清能1號(hào)混合動(dòng)力客車(chē)。但可靠性是其瓶頸，企業(yè)現(xiàn)已經(jīng)向汽車(chē)儀表生產(chǎn)過(guò)渡；北京恒潤(rùn)：CAN/LIN總線技術(shù)在國(guó)內(nèi)較領(lǐng)先，培訓(xùn)業(yè)務(wù)開(kāi)展迅速，但是生產(chǎn)研發(fā)現(xiàn)境窘迫；濟(jì)南優(yōu)耐特：國(guó)內(nèi)第一家自主研發(fā)、生產(chǎn)，并完成大批量產(chǎn)業(yè)化裝車(chē)的智能汽車(chē)車(chē)身電子控制/數(shù)字化儀表系統(tǒng)的供給商。產(chǎn)品應(yīng)用于中國(guó)重汽：斯太爾王和HOWO蘇州金龍。最大問(wèn)題是產(chǎn)品不良率太高，企業(yè)遭受重創(chuàng)。車(chē)輛CAN總線關(guān)鍵技術(shù)及開(kāi)展現(xiàn)狀 CAN總線關(guān)鍵技術(shù)主要包含兩方面：硬件和軟件。硬件:微控制器、CAN控制器和CAN收發(fā)器。軟件:節(jié)點(diǎn)控制程序和CAN總線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層協(xié)議。 微控制器:4位、8位、16位、3

14、2位和64位 CAN控制器和收發(fā)器:20多家生產(chǎn)商，110多種產(chǎn)品 車(chē)輛CAN總線關(guān)鍵技術(shù)及開(kāi)展現(xiàn)狀 CAN控制器主要有四類：獨(dú)立CAN控制器飛利浦公司的SJA1000獨(dú)立CAN控制器單片機(jī)集成CAN控制器NXP公司的單片機(jī)P87C591集成CAN控制器DSP集成CAN控制器TI公司集成CAN控制器功能的TMS320C28X系列DSPARM集成CAN控制器TI公司S2000系列的集成CAN控制器功能的ARM芯片。 車(chē)輛CAN總線關(guān)鍵技術(shù)及開(kāi)展現(xiàn)狀 CAN應(yīng)用層協(xié)議： 1CiACAL、 2CiACANOpen、 3ODVA DeviceNet、 4Honeywell SDS、 5Kvaser CANKingdom， 6SAE J1939。 車(chē)輛CAN總線關(guān)鍵技術(shù)及開(kāi)展現(xiàn)狀 汽車(chē)CAN總線的研究重點(diǎn)： 針對(duì)具體的車(chē)型開(kāi)發(fā)ECU的硬件和應(yīng)用層的軟件，并構(gòu)建車(chē)內(nèi)網(wǎng)絡(luò)，需要解決的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題有： 1、總線傳輸信息的速率、容量、優(yōu)先等級(jí)、 節(jié)點(diǎn)容量等技術(shù)問(wèn)題； 2、 高電磁干擾環(huán)境下的可靠數(shù)據(jù)傳輸； 3、