車輛CAN總線概述(完整版)

1、專業(yè)學(xué)習(xí)資料一CAN總線簡介1.CAN總線的發(fā)展歷史20世紀(jì)80年代初期，歐洲汽車工業(yè)的蓬勃發(fā)展，車輛電子信息化程度的也不斷提高。當(dāng)時，由于消費者對于汽車功能的要求越來越多，而這些功能的實現(xiàn)大多是基于電子操作的，這就使得電子裝置之間的通訊越來越復(fù)雜，同時意味著需要更多的連接信號線，但是傳統(tǒng)的線束式汽車電子系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足車輛電子信息功能發(fā)展的需求。為了解決這一制約現(xiàn)代汽車電子信息化發(fā)展的瓶頸，德國Bosch公司設(shè)計了一個單一的網(wǎng)絡(luò)總線，所有的外圍器件可以被掛接在該總線上，經(jīng)過試驗，這一總線能夠有效解決現(xiàn)代汽車中龐大的電子控制裝置之間的通訊,并且能夠減少不斷增加的信號線。所以在1986年Bosc

2、h公司正式公布了這一總線，且命名為CAN總線。CAN控制器局部網(wǎng)（CANControllerAreaNetwork）屬于現(xiàn)場總線的范疇，它是一種有效支持分布式控制或?qū)崟r控制的串行通訊網(wǎng)絡(luò)，它具有很高的網(wǎng)絡(luò)安全性、通信可靠性和實時性，簡單實用，網(wǎng)絡(luò)成本低，特別適用于汽車計算機控制系統(tǒng)和環(huán)境惡劣、電磁輻射強和振動大的工業(yè)環(huán)境，因此CAN總線在諸多現(xiàn)場總線中獨占鰲頭，成為汽車總線的代名詞，CAN總線開始進(jìn)入快速發(fā)展時期：1987年Intel公司生產(chǎn)出了首枚CAN控制器（82526）。不久，Philips公司也推出了CAN控制器82C200；1991年,Bosch頒布CAN2.0技術(shù)規(guī)范,CAN2.0

3、包括A和B兩個部分為促進(jìn)CAN以及CAN協(xié)議的發(fā)展,1992在歐洲成立了國際用戶和廠商協(xié)會（CANinAutomation，簡稱CiA），在德國Erlangen注冊，CiA總部位于Erlangen。CiA提供服務(wù)包括：發(fā)布CAN的各類技術(shù)規(guī)范,免費下載CAN文獻(xiàn)資料，提供CANopen規(guī)范DeviceNet規(guī)范；發(fā)布CAN產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫，CANopen產(chǎn)品指南；提供CANopen驗證工具執(zhí)行CANopen認(rèn)證測試；開發(fā)CAN規(guī)范并發(fā)布為CiA標(biāo)準(zhǔn)。1993年CAN成為國際標(biāo)準(zhǔn)ISO11898(高速應(yīng)用)和ISO11519(低速應(yīng)用)；1993年，ISO頒布CAN國際標(biāo)準(zhǔn)ISO-11898；1994

4、年,SAE頒布基于CAN的J1939標(biāo)準(zhǔn)；2003年,Maybach發(fā)布帶76個ECU的新車型(CAN,LIN,MOST);2003年,VW發(fā)布帶35個ECU的新型Golf。根據(jù)CiA組織統(tǒng)計,截止到2002年底,約有500多家公司加入了這個協(xié)會，協(xié)作開發(fā)和支持各類CAN高層協(xié)議；生產(chǎn)CAN控制器(獨立或內(nèi)嵌)廠家，包括世界上主要半導(dǎo)體生產(chǎn)廠家在內(nèi)，已有20多家，CAN控制器產(chǎn)品的品種已達(dá)110多種,CAN控制器的數(shù)量已達(dá)210,000,000枚。CAN接口已經(jīng)被公認(rèn)為微控制器(Microcontroller)的標(biāo)準(zhǔn)串行接口，應(yīng)用在各種分布式內(nèi)嵌系統(tǒng)。該協(xié)會已經(jīng)為全球應(yīng)用CAN技術(shù)的權(quán)威。2.

5、CAN總線的特點CAN總線與一般的通信總線相比,它的數(shù)據(jù)通信具有突出的可靠性、實時性和靈活性。其主要特性如下:具有較高的性價比。它結(jié)構(gòu)簡單,器件容易購置,每個節(jié)點的價格較低,而且開發(fā)過程中能充分利用現(xiàn)在的單片機開發(fā)工具;是目前為止唯一有國際標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場總線;為多主方式工作,網(wǎng)絡(luò)上任一節(jié)點均可在任意時刻主動向網(wǎng)絡(luò)上其他節(jié)點發(fā)送信息而不分主從,通信方式靈活,且無需站地址等節(jié)點信息網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點信息分成不同的優(yōu)先級,可滿足不同的實時要求,高優(yōu)先級的數(shù)據(jù)最多可在134ps內(nèi)得到傳輸；采用非破壞性總線仲裁技術(shù),當(dāng)多個節(jié)點同時向總線發(fā)送信息時,優(yōu)先級較低的節(jié)點會主動地退出發(fā)送,而最高優(yōu)先級的節(jié)點不受影響地繼續(xù)

6、傳輸數(shù)據(jù),從而大大節(jié)省了總線沖突仲裁時間。尤其是在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載很重的情況下也不會出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)癱瘓情況;只需通過報文濾波即可實現(xiàn)點對點、一點對多點及全局廣播等幾種方式傳送接收數(shù)據(jù),無需專門的“調(diào)度”；直接通信距離最遠(yuǎn)可達(dá)10km(速率5kb/s以下)，通信速率最高可達(dá)1Mkb/s(此時通信距離最長為40m);節(jié)點數(shù)主要取決于總線驅(qū)動電路,目前可達(dá)成110個;采用短幀結(jié)構(gòu),傳輸時間短,受干擾概率低,具有極好的檢錯效果;每幀信息都有CRC校驗及其他檢錯措施，保證了數(shù)據(jù)出錯率低；通信介質(zhì)可為雙絞線、同軸電纜或光纖,選擇靈活;節(jié)點在錯誤嚴(yán)重的情況下具有自動關(guān)閉輸出功能,以使總線上其他節(jié)點的操作不受影響。自CAN

7、總線問世以來,為滿足CAN總線協(xié)議的多種應(yīng)用需求,相繼出現(xiàn)了幾種高層協(xié)議。目前大多數(shù)基于CAN總線的網(wǎng)絡(luò)都采用CAN總線的高層協(xié)議。CANopen、DeviceNet和SDS是通常采用的高層協(xié)議，適用于任何類型的工業(yè)控制局域網(wǎng)應(yīng)用場合,而CAL則應(yīng)用于基于標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用層通信協(xié)議的優(yōu)化控制場合,SAEJ1939則應(yīng)用于卡車和重型汽車計算機控制系統(tǒng)。其總線規(guī)范已被ISO國際標(biāo)準(zhǔn)化組織制定為國際標(biāo)準(zhǔn)，并被公認(rèn)為是最有前途的現(xiàn)場總線之一。CAN總線的應(yīng)用范圍遍及從高速網(wǎng)絡(luò)到低成本的多線路網(wǎng)絡(luò)，廣泛應(yīng)用于控制系統(tǒng)中的各檢測和執(zhí)行機構(gòu)之間的數(shù)據(jù)通信。隨著控制、計算機、通信、網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)的發(fā)展，信息交換溝通的領(lǐng)域

8、正在迅速覆蓋從現(xiàn)場設(shè)備到控制、管理的各個層次。信息技術(shù)的發(fā)展引起自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的變革，逐步形成以網(wǎng)絡(luò)集成自動化系統(tǒng)為基礎(chǔ)的企業(yè)信息系統(tǒng)?，F(xiàn)場總線(Fieldbus)就是順應(yīng)這一形勢發(fā)展起來的新技術(shù)，成為當(dāng)今自動化領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的熱點，被譽為自動化領(lǐng)域的計算機局域網(wǎng)。它的出現(xiàn)，標(biāo)志著自動化領(lǐng)域的又一個新時代的開始，并對該領(lǐng)域的發(fā)展產(chǎn)生重要影響。二、CAN總線基本原理1、CAN標(biāo)準(zhǔn)1)CAN總線的分層結(jié)構(gòu)OSI(OpenSystemInterconnection)開放系統(tǒng)互連參考模型將網(wǎng)絡(luò)協(xié)議分為7層，由上至下分別為：應(yīng)用層、表示層、會話層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層、鏈路層和物理層。國際電工技術(shù)委員會定義現(xiàn)場

9、總線模型分為三層：應(yīng)用層、鏈路層和物理層。CAN的分層定義與OSI模型一致,使用了七層模型中的應(yīng)用層、鏈路層和物理層。CAN技術(shù)規(guī)范定義了模型最下面的兩層：數(shù)據(jù)鏈路層和物理層，如圖1所示。ISO/OSI參考模型CAN分層結(jié)構(gòu)數(shù)抓鏈路層邏仙:璉路控制了層過載通知恢復(fù)管理媒彳本1方問控:刖-J：丿#數(shù)抑封裝/僻包鉗誤檢測、標(biāo)定串并轉(zhuǎn)換應(yīng)用層表示層會話層傳輸層網(wǎng)纟各層數(shù)據(jù)鏈路層物理層物些.層位編碼/解碼位定時同步驅(qū)動器/扌妾收器犢件圖1CAN總線分層結(jié)構(gòu)2）CAN協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)CAN總線協(xié)議現(xiàn)有CAN1.0、CAN1.2、CAN2.0A和CAN2.0B四個版本。CAN2.0A以及以下版本使用標(biāo)準(zhǔn)格式信息幀

10、（11位），CAN2.0B使用擴展格式信息幀（29位）。CAN2.0A及以下版本在接收到擴展幀信息格式時認(rèn)為出錯;CAN2.0B被動版本接收時忽略29位擴展信息幀,不認(rèn)為出錯；CAN2.0B主動版本能夠接收和發(fā)送標(biāo)準(zhǔn)格式信息幀和擴展格式信息幀。3）CAN總線網(wǎng)絡(luò)基本結(jié)構(gòu)一般而言,CAN總線網(wǎng)絡(luò)由若干個具有CAN通信功能的控制單元（又稱節(jié)點）通過CAN_H和CAN_L兩條數(shù)據(jù)線并聯(lián)組成,CAN_H和CAN_L兩條數(shù)據(jù)線的兩端各安裝一個120Q電阻構(gòu)成數(shù)據(jù)保護器,避免數(shù)據(jù)傳輸?shù)浇K端被反射回來而產(chǎn)生反射波,影響數(shù)據(jù)的傳送,如圖2所示。汽車CAN總線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。ECUECUECU幽端電阻

11、終端電阻圖2CAN網(wǎng)絡(luò)基本結(jié)構(gòu)圖3汽車CAN總線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖4)CAN總線節(jié)點硬件電路框圖一個完整的CAN總線節(jié)點應(yīng)該包含微控制器、CAN控制器和CAN收發(fā)器三部分。其中微控制器負(fù)責(zé)完成CAN控制器的初始化,與CAN控制器的進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞；CAN控制器負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)以CAN報文的形式傳遞,實現(xiàn)CAN協(xié)議數(shù)據(jù)鏈路層的功能；CAN收發(fā)器是CAN控制器與CAN物理總線的接口,為總線提供差動發(fā)送功能，也為控制器提供差動接收功能。CAN節(jié)點的基本結(jié)構(gòu)框圖如圖4所示。部分微控制器集成有CAN控制器,因此,節(jié)點方案有兩種。圖4CAN節(jié)點基本結(jié)構(gòu)框圖5)CAN差分通信CAN總線的信號傳輸采用差分通信信號，差分通信

12、具有較強的抗干擾能力。CAN收發(fā)器的差動信號放大器在處理信號時,會用CAN_H數(shù)據(jù)線的電壓減去CAN_L數(shù)據(jù)上的電壓，這兩個數(shù)據(jù)線的電位差可對應(yīng)兩種不同邏輯狀態(tài)進(jìn)行編碼。在靜止?fàn)顟B(tài)時，這兩條導(dǎo)線上作用有相同預(yù)先設(shè)定值，該值稱為靜電平。對于CAN驅(qū)動數(shù)據(jù)總線來說,這個值大約為2.5V。靜電平也稱為隱性狀態(tài),因為連接的所有控制單元均可修改它。在顯性狀態(tài)時，CAN_H線上的電壓值會升高一個預(yù)定值(對CAN驅(qū)動數(shù)據(jù)總線來說,這個值至少為1V)。而CAN_L線上的電壓值會降低一個同樣值(對CAN驅(qū)動數(shù)據(jù)總線來說，這個值至少為1V)。于是在CAN驅(qū)動數(shù)據(jù)總線上，CAN_H線就處于激活狀態(tài)，其電壓不低于3.

13、5V(2.5V+1V=3.5V)，而CAN_L線上的電壓值最多可降至1.5V(2.5V-1V=1.5V)。因此在隱性狀態(tài)時,CAN_H線與CAN_L線上的電壓差為0V,在顯性狀態(tài)時該差值最低為2V,如圖5所示。如果CAN_H-CAN_L2,那么比特為0,為顯性；如果CAN_H-CAN_L=0,那么比特為1,為隱性。圖5CAN數(shù)據(jù)線的電平2、CAN總線通信原理當(dāng)CAN總線上的一個節(jié)點（站）發(fā)送數(shù)據(jù)時，它以報文形式廣播給網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點。對每個節(jié)點來說,無論數(shù)據(jù)是否是發(fā)給自己的，都對其進(jìn)行接收。每組報文開頭的11位字符為標(biāo)識符，定義了報文的優(yōu)先級,這種報文格式稱為面向內(nèi)容的編址方案。在同一系統(tǒng)中標(biāo)識

14、符是唯一的，不可能有兩個站發(fā)送具有相同標(biāo)識符的報文。當(dāng)一個站要向其它站發(fā)送數(shù)據(jù)時，該站CPU將要發(fā)送的數(shù)據(jù)和自己的標(biāo)識符傳送給本站的CAN控制器芯片，并處于準(zhǔn)備狀態(tài)；當(dāng)它收到總線分配時，轉(zhuǎn)為發(fā)送報文狀態(tài)。CAN控制器芯片將數(shù)據(jù)根據(jù)協(xié)議組織成一定的報文格式發(fā)出，這時網(wǎng)上的其它站處于接收狀態(tài)。每個處于接收狀態(tài)的站對接收到的報文進(jìn)行檢測，判斷這些報文是否是發(fā)給自己的，以確定是否接收它。當(dāng)多個站點同時發(fā)送消息時，需要進(jìn)行總線仲裁，每個控制單元在發(fā)送信息時通過發(fā)送發(fā)送標(biāo)識符來識別。所有的控制單元都是通過各自的RX線來跟蹤總線上的一舉一動并獲知總線的狀態(tài)。每個發(fā)射器將TX線和RX線的狀態(tài)一位一位地進(jìn)行比較

15、，采用“線與”機制，“顯性”位可以覆蓋“隱性”位；只有所有節(jié)點都發(fā)送“隱性”位,總線才處于“隱性”狀態(tài)。CAN是這樣來進(jìn)行調(diào)整的：TX信號上加有一個“0”的控制單元的控制單元必須退出總線。用標(biāo)識符中位于前部的“0”的個數(shù)就可調(diào)整信息的重要程度，從而就可保證按重要程度的順序來發(fā)送信息。標(biāo)識符中的號碼越小，表示該信息越重要，優(yōu)先級越高。發(fā)送低優(yōu)先級報文的節(jié)點退出仲裁后，在下次總線空閑時重發(fā)報文。三個節(jié)點總線仲裁示意圖如圖6所示。圖6總線仲裁示意圖3、CAN報文幀結(jié)構(gòu)CAN總線報文傳輸由以下4個不同的幀類型所表示和控制：數(shù)據(jù)幀：數(shù)據(jù)幀攜帶數(shù)據(jù)從發(fā)送器至接收器。遠(yuǎn)程幀：總線單元發(fā)出遠(yuǎn)程幀，請求發(fā)送具有

16、同一識別符的數(shù)據(jù)幀。錯誤幀：任何單元檢測到一總線錯誤就發(fā)出錯誤幀。過載幀：過載幀用以在先行的和后續(xù)的數(shù)據(jù)幀（或遠(yuǎn)程幀）之間提供一附加的延時。數(shù)據(jù)幀（或遠(yuǎn)程幀）通過幀間空間與前述的各幀分開。1)數(shù)據(jù)幀由7個不同的位場組成：幀起始、仲裁場、控制場、數(shù)據(jù)場、CRC場、應(yīng)答場、幀結(jié)尾。數(shù)據(jù)場的長度可以為0。2)遠(yuǎn)程幀由6個不同的位場組成：幀起始、仲裁場、控制場、CRC場、應(yīng)答場、幀末尾。通過發(fā)送遠(yuǎn)程幀，作為某數(shù)據(jù)接收器的站通過其資源節(jié)點對不同的數(shù)據(jù)傳送進(jìn)行初始化設(shè)置。與數(shù)據(jù)幀相反，遠(yuǎn)程幀的RTR位是“隱性”的。它沒有數(shù)據(jù)場，數(shù)據(jù)長度代碼的數(shù)值是不受制約的(可以標(biāo)注為容許范圍里0.8的任何數(shù)值)。此數(shù)值

17、是相應(yīng)于數(shù)據(jù)幀的數(shù)據(jù)長度代碼。錯誤幀由兩個不同的場組成。第一個場用作為不同站提供的錯誤標(biāo)志(ERRORFLAG)的疊加。第二個場是錯誤界定符。過載幀包括兩個位場：過載標(biāo)志和過載界定符。4、錯誤檢測不同于其它總線,CAN協(xié)議不能使用應(yīng)答信息。事實上,它可以將發(fā)生的任何錯誤用信號發(fā)出。CAN協(xié)議可使用五種檢查錯誤的方法，其中前三種為基于報文內(nèi)容檢查。1)循環(huán)冗余檢查(CRC)CR序列包括發(fā)送器的CRC計算結(jié)果。接收器計算CRC的方法與發(fā)送器相同。如果計算結(jié)果與接收到CRC序列的結(jié)果不相符,則檢測到一個CRC錯誤。幀檢查這種方法通過位場檢查幀的格式和大小來確定報文的正確性，用于檢查格式上的錯誤。應(yīng)答

18、錯誤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)幀中有錯誤,也就是說,ACK場已損壞或網(wǎng)絡(luò)中的報文無站接收。4)總線檢測CAN中的一個節(jié)點可監(jiān)測自己發(fā)出的信號。因此，發(fā)送報文的站可以觀測總線電平并探測發(fā)送位和接收位的差異5)位填充一幀報文中的每一位都由不歸零碼表示，可保證位編碼的最大效率。然而，如果在一幀報文中有太多相同電平的位，就有可能失去同步。為保證同步，在五個連續(xù)相等位后，發(fā)送站自動插入一個與之互補的補碼位。接收時，這個填充位被自動丟掉。例如，五個連續(xù)的低電平位后，CAN自動插入一個高電平位。CAN通過這種編碼規(guī)則檢查錯誤,如果在一幀報文中有6個相同

19、位,CAN就知道發(fā)生了錯誤。三.車輛CAN總線及關(guān)鍵技術(shù)國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀1.車輛CAN總線國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀如今,CAN總線現(xiàn)已成為汽車電子控制裝置之間通信的標(biāo)準(zhǔn)總線，在汽車分布式控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。同時,CAN總線得到Motorola、Intel、Philips等著名半導(dǎo)體器件生產(chǎn)廠家的廣泛支持，他們紛紛推出了CAN接口芯片與直接帶有CAN接口的微控制器(MCU)芯片，如Intel公司的82527,Philips公司的SJA1000、82C250等。因此在接口芯片技術(shù)方面,CAN已遙遙領(lǐng)先于其他的現(xiàn)場總線，正逐步形成系列。到目前為至,世界上已擁有20多家CAN總線控制器芯片生產(chǎn)商,110多

20、種CAN總線協(xié)議控制器芯片和集成CAN總線協(xié)議控制器的微控制器芯片?？偩€系統(tǒng)對于汽車行業(yè)，特別是對于我國的汽車行業(yè)來說還是一項新生事物，總線系統(tǒng)和傳統(tǒng)汽車電器有著本質(zhì)的不同。從研發(fā)、應(yīng)用和維護出發(fā)，為整車提供一個安全可靠的總線系統(tǒng),以達(dá)到以“XBYWIRE”的目標(biāo)還需要業(yè)界付出長期的努力。為了加速我國汽車總線技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程,在“十五”期間,科技部連續(xù)五年支持電動汽車總線通信協(xié)議方面的研究工作,國家汽車標(biāo)準(zhǔn)化組織也成立了商用車控制系統(tǒng)局域網(wǎng)絡(luò)（CAN總線）通訊協(xié)議起草小組。其中電動汽車總線通信協(xié)議以J1939為基礎(chǔ)，并針對電動汽車的特點進(jìn)行了補充。根據(jù)目前得到的信息，商用車控制系統(tǒng)局域網(wǎng)絡(luò)（C

21、AN總線）通訊協(xié)議是完全基于J1939的,同時國內(nèi)一些單位也研發(fā)出符合J1939的汽車智能零部件。2002年中國首輛CAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)混合動力轎車（HEV）在奇瑞公司試裝成功,并進(jìn)行了初步試運行，這標(biāo)志著中國在混合動力轎車項目上取得突破性進(jìn)展；2008年深圳航盛公司去年推出了第一款帶CAN總線的車載CD/MP3播放器，該產(chǎn)品具有AM/FM收音功能、CD/MP3播放功能，帶CANBUS總線、藍(lán)牙免提接口、中文顯示及數(shù)字信號處理芯片，音質(zhì)優(yōu)美動聽。該產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計獨特，獲得國家發(fā)明專利。我國的CAN總線時代也正在來臨。目前，支持CAN協(xié)議的有英特爾、摩托羅拉、惠普、西門子、MICROCHIPNEC、SI

22、LION等著名公司。歐洲大部分汽車制造商，如寶馬、保時捷、勞斯萊斯、大眾、沃爾沃、雷諾等都已經(jīng)使用了CAN總線。奔馳公司生產(chǎn)的大部分轎車和載貨汽車都使用基CAN的發(fā)動機管理系統(tǒng)，它的傳送速度為500kb/s。國產(chǎn)的很多汽車上也引入了CAN總線技術(shù)，如大眾途安、帕薩特、東風(fēng)雪鐵龍賽納、東風(fēng)標(biāo)致307、蘇州金龍、一汽大眾寶來、斯太爾王系列等車型。國內(nèi)較早研究CAN總線的有北京航空航天大學(xué)、清華大學(xué)、中國汽車技術(shù)研究中心等單位,不過目前的研究還處于起步階段。研制生產(chǎn)CAN元器件的廠家很少，具有自主知識產(chǎn)權(quán)的專用芯片更少。目前國內(nèi)主要主要從事CAN總線部分研發(fā)生產(chǎn)的企業(yè)見下表：企業(yè)名稱企業(yè)特點產(chǎn)品應(yīng)用

23、現(xiàn)狀廈門漢納森一線模塊配裝陜汽失敗核心技術(shù)人貝流失哈爾濱威帝研發(fā)能力較強在客車市場占有一定三級CAN總線份額，但競爭激烈,系統(tǒng)（既全車北京公交產(chǎn)品并不能很好的實總線系統(tǒng)）獲現(xiàn)量產(chǎn)得國科技部專項資金支持浙江中科正方研發(fā)實力雄厚北京奧運會純電動可靠性是其瓶頸,企車，北京公交雙源業(yè)現(xiàn)已經(jīng)向汽車儀表無軌電動車,清華生產(chǎn)過渡大學(xué)清能1號混合動力客車。北京恒潤CAN/LIN總線技培訓(xùn)業(yè)務(wù)發(fā)展迅速術(shù)在國內(nèi)較領(lǐng)先生產(chǎn)研發(fā)現(xiàn)境窘迫濟南優(yōu)耐特國內(nèi)第一家自主中國重汽：斯太爾產(chǎn)品不良率太高,企研發(fā)、生產(chǎn),并王和HOWO業(yè)遭受重創(chuàng)元成大批量產(chǎn)業(yè)蘇州金龍化裝車的智能汽車車身電子控制/數(shù)字化儀表系統(tǒng)的供應(yīng)商O2.車輛CAN

24、總線關(guān)鍵技術(shù)及發(fā)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。硬件主要為微控制器、CAN控制器和CAN收發(fā)器。軟件主要是節(jié)點控制程序和CAN總線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層協(xié)議。微控制器依功能性能分為4位、8位、16位、32位和64位。然而，目前主力的市場集中在8位、16位和32位，這三種等級正好適用低、中、高端三種車用電子應(yīng)用。CAN控制器分為獨立的CAN控制器和集成CAN控制器,它能夠?qū)崿F(xiàn)協(xié)議中的實體層及數(shù)據(jù)鏈接層的功能，達(dá)成位同步、優(yōu)先權(quán)仲裁和故障診斷等要求。CAN收發(fā)器是CAN協(xié)議控制器與物理總線之間的接口。它可以為總線提供差動的發(fā)送功能，為控制器提供差動的接收功能，是CAN系統(tǒng)中的必須設(shè)備。到目

25、前為至，微控制器技術(shù)比較成熟，可供選擇的種類也較多。而對于CAN控制器和收發(fā)器,世界上已擁有20多家CAN總線控制器芯片生產(chǎn)商,110多種CAN總線協(xié)議控制器芯片和集成CAN總線協(xié)議控制器的微控制器芯片。主要生產(chǎn)廠家有英特爾、摩托羅拉、惠普、西門子、飛利浦、MICROCHIP、NEC、SLICON、飛思卡爾、英飛凌（西門子）、瑞薩、ST、TI、安森美、科動、富士通、Atmel、Altera、CAST等。CAN控制器主要有四類：獨立CAN控制器、單片機集成CAN控制器、DSP集成CAN控制器和ARM集成CAN控制器，如飛利浦公司的SJA1000獨立CAN控制器、NXP公司的單片機P87C591集

26、成CAN控制器、TI公司S2000系列的集成CAN控制器功能的TMS320C28X系列DSP和TI公司S2000系列的集成CAN控制器功能的ARM芯片等。所以,CAN總線系統(tǒng)硬件設(shè)計主要是根據(jù)節(jié)點功能需求，選擇合適的控制芯片。CAN總線軟件設(shè)計除了節(jié)點控制程序設(shè)計之外，更主要的是應(yīng)用層協(xié)議開發(fā)。許多系統(tǒng)中，可以特別制定一個適合的應(yīng)用層，但對于許多的行業(yè)來說，這種方法是不經(jīng)濟的。一些組織已經(jīng)研究并開放了應(yīng)用層標(biāo)準(zhǔn)，一些可以使用的CAN應(yīng)用層協(xié)議有：CiACAL、CiACANOpen、ODVADeviceNet、HoneywellSDS、KvaserCANKingdom，SAEJ1939。因此，汽

27、車CAN總線的研究重點是：針對具體的車型開發(fā)ECU的硬件和應(yīng)用層的軟件，并構(gòu)建車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)。利用CAN總線構(gòu)建一個車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)，需要解決的關(guān)鍵技術(shù)問題有：總線傳輸信息的速率、容量、優(yōu)先等級、節(jié)點容量等技術(shù)問題；高電磁干擾環(huán)境下的可靠數(shù)據(jù)傳輸；確定最大傳輸時的延時大?。痪W(wǎng)絡(luò)的容錯技術(shù)；網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)控和故障診斷功能；實時控制網(wǎng)絡(luò)的時間特性；安裝與維護中的布線；網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的增加與軟硬件更新(可擴展性)。3.CAN總線在車輛上應(yīng)用的前景展望盡管CAN協(xié)議已有近15年的歷史，但它一直處在改進(jìn)中。從2000年開始,一個由數(shù)家公司組成的ISO任務(wù)組織定義了一種時間觸發(fā)CAN報文傳輸?shù)膮f(xié)議。BerndMueller博士、T

28、homasFuehrer、Bosch公司人員和半導(dǎo)體工業(yè)專家、學(xué)術(shù)研究專家將此定義為“時間觸發(fā)通信的CAN(TTCAN)”，計劃在將來標(biāo)準(zhǔn)化為ISO11898-4。這個CAN的擴展已在硅片上實現(xiàn),不僅可實現(xiàn)閉環(huán)控制下支持報文的時間觸發(fā)傳輸,而且可以實現(xiàn)CAN的Xbywire應(yīng)用。因為CAN協(xié)議并未改變。所以，在同一個的物理層上，既可以實現(xiàn)傳輸時間觸發(fā)的報文，也可以傳輸事件觸發(fā)的報文。TTCAN將為CAN延長5-10年的生命期?，F(xiàn)在，CAN在全球市場上仍然處于起始點,當(dāng)?shù)玫街匾?誰也無法預(yù)料CAN總線系統(tǒng)下一個10-15年內(nèi)的發(fā)展趨勢?，F(xiàn)如今在車內(nèi)，還有許多ECU的控制并不需要CAN這樣高速率和

29、高安全的通信，本地互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)(LIN)就是為適應(yīng)這類應(yīng)用而設(shè)計的低成本解決方案。LIN是一個公開的協(xié)議，它基于SCI(UART)串行通信的格式，結(jié)合了汽車應(yīng)用的特點。LIN是單一主機系統(tǒng)，不但降低了硬件成本，而且在軟件和系統(tǒng)設(shè)計上也能更容易地兼容其它網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，比如CAN。LIN的傳輸速率最高可到20Kbps，主要是受到EMI和時鐘同步的限制。由于LIN器件易容得道，幾乎所有的IC都帶有SCI(UART)接口，LIN很快就在車內(nèi)低端控制器領(lǐng)域取得領(lǐng)先地位。典型的LIN應(yīng)用有車門、后視鏡、導(dǎo)向輪、馬達(dá)、照明以及其它智能傳感器。LIN不但定義了物理層和數(shù)據(jù)層，還定義了相關(guān)的應(yīng)用軟件層。這些都為LIN方

30、案提供商解決了設(shè)備兼容的問題,并且很好的解決了CAN總線在中低檔車輛上使用陳本過高的問題,很有利于汽車工業(yè)的規(guī)模生產(chǎn)和中低檔車輛的電子化，信息化。相信LIN協(xié)議會是汽車低端控制網(wǎng)絡(luò)的未來標(biāo)準(zhǔn)。車內(nèi)除了嵌入式控制系統(tǒng)以外，還有諸如媒體播放器、導(dǎo)航系統(tǒng)、無線通信系統(tǒng)以及其他多種信息娛樂設(shè)備，這些設(shè)備之間的互連需要更高速的通信協(xié)議。媒體導(dǎo)向系統(tǒng)傳輸協(xié)議（MOST）是目前車載信息娛樂系統(tǒng)普遍接受的高速通信協(xié)議。MOST網(wǎng)絡(luò)是由德國OasisSiliconSystem公司開發(fā)的。MOST技術(shù)針對塑料光纖媒體而優(yōu)化，采用環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在器件層提供高度可靠性和可擴展性。它可以傳送同步數(shù)據(jù)（音頻信號、視頻信號

31、等流動型數(shù)據(jù)）、非同步數(shù)據(jù)（訪問網(wǎng)絡(luò)及訪問數(shù)據(jù)庫等的數(shù)據(jù)包）和控制數(shù)據(jù)（控制報文及控制整個網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)）。MOST基于ISO/OSI七層網(wǎng)絡(luò)模型設(shè)計，物理層由光纖通信組件構(gòu)成，具有很好的抗干擾性，設(shè)計傳輸速率可達(dá)150Mbps（目前產(chǎn)品可達(dá)25Mbps）。除了控制數(shù)據(jù)外，MOST數(shù)據(jù)可分為同步傳輸數(shù)據(jù)和異步傳輸數(shù)據(jù)，具有很大的靈活性。同步數(shù)據(jù)可直接用于音視頻設(shè)備，異步數(shù)據(jù)可用于傳輸其它數(shù)據(jù)塊,如導(dǎo)航地圖數(shù)據(jù)等,甚至也可用于支持TCP/IP數(shù)據(jù)包的傳輸。MOST還定義了應(yīng)用層,包括MOST設(shè)備、功能塊、功能函數(shù)以及參數(shù)格式等等，這些協(xié)議可以確保各個廠家生產(chǎn)的設(shè)備具有MOST互聯(lián)性，也有利于車內(nèi)信息

32、娛樂設(shè)備的及時更新?lián)Q代。MOST得到包括BMW、DaimlerChrysler、Harman/Becker和Oasis公司的支持,已應(yīng)用在多款車型上,如BMW7系列、AudiA8、MercedesE系列等。FlexRay是BMW、DaimlerChrysler、Motorola和Philips等公司制定的功能強大的通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。它是基于FTDMA的確定性訪問方式,具有容錯功能及確定的通信消息傳輸時間，同時支持事件觸發(fā)與時間觸發(fā)通信，具備高速率通信能力。FlexRay采用冗余備份的辦法，對高速設(shè)備可以采用點對點方式與FlexRay總線控制器連接，構(gòu)成星型結(jié)構(gòu)，對低速網(wǎng)絡(luò)可以采用類似CAN總線的方式連接。終上所述，車輛總線未來的發(fā)展會是以CAN總線為主，在低速網(wǎng)絡(luò)中有LIN在網(wǎng)絡(luò)支持，在高速車載多媒體系統(tǒng)中，有MOST的精彩表現(xiàn)。甚至在將來形成更為先進(jìn)的以FlexRay為主的車輛總線系統(tǒng)。走一條多種總線總和集成的道路，這不僅可以解決使用單一的高端總線帶來的高成本，高門