汽车CAN总线技术

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汽车CAN总线技术

本文围绕“汽车为什么选择了CAN总线技术？汽车CAN总线技术到底是怎么一回事？采用汽车CAN总线技术有哪些优点？汽车总线的发展趋势”等问题作了一个浅短的介绍：
1. 汽车为什么选择了CAN总线技术？
现在总线技术有很多种。从成本上讲，RS-232/485的成本都比CAN低；速度上讲，工业以太网等也都不错。为什么唯独CAN在汽车电子中得到亲睐？
从成本上来说，CAN比UART、RS-232/485高，但比以太网低；从实时性来说：CAN的实时性比UART和以太网高，为了保证安全，车用通信协议都是按周期性主动发送，不论是CAN还是LIN，对实时性要求高的消息其发送周期都小于10ms（每辆车都有好几条这样的消息），发动机、ABS和变速器都有几条这样的消息；从可靠性来说，CAN有一系列事故安全措施，这是UART和以太网都不具备的，多点冗余也是UART（点对点传输）和工业以太网（数据传输距离短）难于实现的，所以CAN出现后，由于价格的原因，最初应用得最多的地方并不是汽车，而是对成本不敏感的工业控制和医疗设备，如：工业上的DEVICENET、SDS、CANOPEN，医疗上MRI等。至于工业以太网的产生，其背景与个人PC的普及是分不开的，现在工业控制中的PCBASED就是一个例子，但汽车控制是不能用一台ＰＣ的，要达到汽车控制的要求，成本上也不容许。而LIN的传输过程只有20Kbps,显然不能作为独立的汽车总线控制要求，一般它只配合CAN在汽车上做辅助之用。
其次总线是一个系统，总线上的速度仅仅是系统中的一个因素，ElexRay虽然只有２０ＭＢＰＳ但它在一个１６ＢＩＴ的ＭＣＵ上都能跑起来，１００ＭＨＺ以太网虽快，但一个３２ＢＩＴ的ＭＣＵ很难达到２０ＭＢＰＳ．况且还要涉及到系统的安全性，类似冗余，ＢＵＳ安全等。所以综合考虑，汽车选择了CAN总线技术。
2. 汽车CAN总线技术到底是怎么一回事？
Can-Bus总线技术是“控制器局域网总线技术（Controller Area Network-BUS）”的简称，它具有极强的抗干扰和纠错能力，最早被用于飞机、坦克等武器电子系统的通讯联络上。
通过遍布车身的传感器，汽车的各种行驶数据会被发送到“总线”上，这些数据不会指定唯一的接收者，凡是需要这些数据的接收端都可以从“总线”上读取需要的信息。Can总线的传输数据非常快，可以达到每秒传输32bytes有效数据，这样可以有效保证数据的实效性和准确性。传统的轿车在机舱和车身内需要埋设大量线束以传递传感器采集的信号，而Can-Bus总线技术的应用可以大量减少车体内线束的数量，线束的减少则降低了故障发生的可能性。
　　Can-Bus技术在汽车的应用，可以减少了汽车车体内线束和控制器的接口数量，避免了过多线束存在的互相干涉、磨损等隐患，降低了汽车电气系统的故障发生率。各种传感器的信息可以实现共享。另外，在Can-Bus技术的帮助下，汽车的防盗性、安全性都得到了较大幅度提升。例如：在启动车辆时，确认钥匙合法性的信息会通过Can-Bus总线进行传递，其校验的信息比以往的防盗系统更为丰富。车钥匙、发动机控制器和防盗控制器互相存储对方信息，校验码中还掺杂了随即码，从而大幅提高防盗能力。校验信息通过Can-Bus传递大幅提高了信息传递的可靠性，使防盗系统的工作稳定可靠。就目前而言，Can-Bus总线技术一般使用在科技含量较高的中、高档轿车上。
3. 采用汽车CAN总线技术有哪些优点？
现代汽车中所使用的电子控制系统和通讯系统越来越多，如发动机电控系统、 自动变速器控制系统、防抱死制动系统（ABS）、自动巡航系统（ACC）和车载多媒体系统等；这些系统之间、系统和汽车的显示仪表之间、系统和汽车故障诊断系统之间均需要进行数据交换，如此巨大的数据交换量，如仍然采用传统数据交换的方法，即用导线进行点对点的连接的传输方式将是难以想象的，据粗略估计，如采用普通线索，一个中级轿车就需要线索插头300个左右，插针总数将达到2000个左右，线索总长超过1. 6Km，不但装配复杂而且故障率会很高。因此，用串行数据传输系统取而代之就成为必然的选择。
     数据在串联总线上可以一个接一个的传送，所有参加CAN总线的分系统都可以通过其控制单元上的CAN总线接口进行数据的发送和接收，CAN总线是一个多路传输系统，当某一单元出现故障时不会影响其他单元的工作，CAN总线对不同数据的传输速率不一样，对发动机电控系统和ABS等实时控制用数据实施高速传输，对车身调节系统（如空调）的数据实施低速传输，其他如多媒体系统和诊断系统则为中速传输，速率在两者之间，这样的区分提高了总线的传输效率。
    数据总线如何能实现多路传输的呢？原来数据总线有三部分组成：1）数据传输线，2）地址传输线，3）发送单元和接收单元之间的传送控制线。数据按CPU的指令以一定的模式传输到指定的地址，而传输模式则由软件控制的。这样，汽车总线与计算机中的“BUS”就很类似了，不难理解。
4. 汽车CAN总线的发展趋势
传统的CAN是基于事件触发的，信息传输时间的不确定性和优先级反转是它固有的缺点。为了满足汽车控制对实时性和传输消息密度不断增长的需要，改善CAN总线的实时性能非常必要。于是，传统CAN与时间触发机制相结合产生了TTCAN(Time-Triggered     CAN)。
      TTCAN总线和传统CAN总线系统的区别是：总线上不同的信息定义了不同的时间槽(Timer Slot)。在同一时间槽内，总线上只能有一条信息传输，这样避免了总线仲裁，也保证了信息的实时性。TTCAN系统需要全局时间同步，但采用传统CAN控制器很难实现TTCAN，因此新推出的CAN控制器如Microchip的MCP2515就增加了与TTCAN相关的硬件资源，它们在软件配合下就能实现TTCAN。

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随着汽车电子技术的不断发展，汽车上各种电子控制单元的数目不断增加，连接导线显著增加，因而提高控制单元间通讯可靠性和降低导线成本已成为迫切需要解决的问题。为此以研发和生产汽车电子产品著称的德国BOSCH公司开发了CAN总线协议，并使其成为国际标准(ISO11898)。1989年，Intel公司率先开发出CAN总线协议控制器芯片，到目前为止，世界上已经拥有20多家CAN总线控制器芯片生产商，110多种CAN总线协议控制器芯片和集成CAN总线协议控制器的微处理器芯片。在北美和西欧，CAN总线协议已经成为汽车计算机控制系统和嵌入式工业控制局域网的标准总线，并且拥有以CAN为底层协议专为大型货车和重工机械车辆设计的J1939协议。我国的汽车CAN总线技术起步较晚，但随着现代汽车电子的不断进步发展，其研究和应用正如火如荼的进行中。CAN总线是一种串行多主站控制器局域网总线，是一种有效支持分布式控制或实时控制的串性通讯网络。CAN总线的通信介质可以是双绞线，同轴电缆或光导纤维，通信速率可达1Mbps/40m，通信距离可达10km/40Kbps。由于其通信速率高，可靠性好以及价格低廉等特点，使其特别适合中小规模的工业过程监控设备的互连和交通运载工具电气系统中。

　　CAN总线有如下基本特点:

　　废除传统的站地址编码，代之以对通信数据块进行编码，可以多主方式工作;

　　采用非破坏性仲裁技术，当两个节点同时向网络上传送数据时，优先级低的节点主动停止数据发送，而优先级高的节点可不受影响继续传输数据，有效避免了总线冲突;

　　采用短帧结构，每一帧的有效字节数为8个，数据传输时间短，受干扰的概率低，重新发送的时间短;

　　每帧数据都有CRC校验及其他检错措施，保证了数据传输的高可靠性，适于在高干扰环境下使用;

　　节点在错误严重的情况下，具有自动关闭总线的功能，切断它与总线的联系，以使总线上其他操作不受影响;

　　可以点对点，一对多及广播集中方式传送和接受数据。

　　

　　图1 汽车CAN总线系统架构

　　现代汽车典型的控制单元有电控燃油喷射系统，电控传动系统，防抱死制动系统(ABS)，防滑控制系统(ASR)，废气再循环系统，巡航系统和空调系统，车身电子控制系统(包括照明指示和车窗，刮雨器等)。完善的汽车CAN总线网络系统架构如图1所示。

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CAN总线是一种串行数据通讯协议，在CAN总线通讯协议中集中了CAN协议的物理层和数据链路层功能，可完成对通讯数据的成帧处理，它的最大特点是废除了传统的站地址编码，而以对通讯数据块进行编码。CAN总线于1991年9月形成技术规范2.0版本。该版本包括2.0A和2.0B两个部分。其中2.0A给出了报文标准格式，2.0B给出了报文的标准和扩展两种格式。
CAN作为一种多主总线，支持分布式实时控制的通信网络，具有以下主要特点：
（1）通信方式灵活。CAN为多主工作方式，网络上任何一个节点均可以在任意时刻主动地向网络上其它节点发送信息。利用这一特点可以方便地构成多机备份系统。
(2) CAN网络上的节点信息根据其报文ID号的不同分成不同的优先级，满足不同的实时要求。
(3)  CAN采用非破坏性具有优先级控制的载波监听及碰撞检测机制(CSMA/CD)总线仲裁技术，信道中传输的是基带信号，并规定0为显性位，1为隐性位，前者能覆盖后者。所以当几个节点同时发送消息时，最先发出显性位的节点继续保持发送，而其它节点变为接收方式，从而大大节省了总线冲突仲裁时间。尤其是在网络负载很重的情况下也不会出现网络瘫痪的情况。这些措施在保证了信道利用率的同时也提高了整个系统的实时性。
(4) CAN只需通过报文滤波即可以实现一对一、一对多及全局广播等几种方式传送接收数据，无需专门的“调度”。
(5) CAN上的节点数目主要取决于总线驱动电路，口前，可以达110个，报文标识符可达2032种(CAN2.OA )，而扩展标准(CAN2.OB)的报文标识符更多。
（6）CAN的直接通信距离最远可达lOkm(速率5Kbps以下)，通信速率最高可达1Mbps(通信距离最长为40m), CAN系统内部两节点之间的最大传输距离与位速率有关。
(7)采用短帧结构，其中数据一次最多传输8个字节的数据，传输时间短，受干扰概率低，具有极好的检错效果。
(8) CAN的每帧信息都有CRC校验及其它检错措施，保证了数据出错率极低。
(9) CAN的通信介质，可为双绞线、同轴电缆或光纤，通过设计适当的接口电路，也可以实现电力载波或无线电通信方式，因此选择较为灵活。CAN节点在错误严重的情况下具有自动关闭输出的功能，以使总线上其它节点不受影响。发送期间若丢失仲裁或由于出错而遭破坏的帧可以自动重发。

106010159

hao !!!!!!!!!!

106010159

http://www.cartech8.com/?fromuid=273941

quanshui191

很全面啊,学习了

严明

好！好！好！