汽車CAN總線基礎(chǔ)-CAN總線簡(jiǎn)介

1.1 CAN是什么

CAN是Controller Area Network的縮寫（以下稱為CAN），是ISO國際標(biāo)準(zhǔn)化的串行通信協(xié)議。

1.2 CAN的起源

汽車CAN總線是20世紀(jì)80年代初德國Bosch公司為解決現(xiàn)代汽車中眾多控制單元、測(cè)試儀器之間的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換而開發(fā)的一種串行通信協(xié)議。

傳統(tǒng)汽車線束連接如圖1.21。

在當(dāng)前的汽車產(chǎn)業(yè)中，出于對(duì)安全性、舒適性、方便性、低公害、低成本的要求，各種各樣的電子控制系統(tǒng)被開發(fā)了出來。由于這些系統(tǒng)之間通信所用的數(shù)據(jù)類型及對(duì)可靠性的要求不盡相同，由多條總線構(gòu)成的情況很多，線束的數(shù)量也隨之增加。為適應(yīng)“減少線束的數(shù)量”，“通過多哥LAN，進(jìn)行大量數(shù)據(jù)的高速通信”的需要，1986年德國電氣商博世公司開發(fā)出面向汽車的CAN通信協(xié)議。此后，CAN通過ISO11898及ISO11519進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化，現(xiàn)在在歐洲已是汽車網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。

現(xiàn)在，CAN總線的高性能和可靠性已被認(rèn)同，并被廣泛地應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化、船舶、醫(yī)療設(shè)備、工業(yè)設(shè)備等方面。

在汽車上的應(yīng)用，CAN節(jié)點(diǎn)已經(jīng)達(dá)到最多90個(gè)電子控制節(jié)點(diǎn)了。

1.1 CAN的發(fā)展史

※1983年，Bosch開始研究車上的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)；

※1986年，Bosch在SAE大會(huì)公布CAN協(xié)議；

※1987年，Intel與Philips先后推出CAN控制器芯片；

※1991年，Bosch頒布CAN2.0技術(shù)規(guī)范，CAN2.0包括A和B兩個(gè)部分；

※1991年，CAN總線最先在Benz S系列轎車上實(shí)現(xiàn)；

※1993年，ISO頒布CAN國際標(biāo)準(zhǔn)ISO-11898；

※1994年，SAE頒布基于CAN的J1939標(biāo)準(zhǔn)；

※2003年，Maybach頒布帶76個(gè)ECU的新車型（CAN、LIN、MOST）；

※2003年，VW頒布了帶35ECU的新車型Golf；

……

※未來，CAN總線將部分被FlexRay所取代，但是CAN總線將會(huì)被持續(xù)應(yīng)用相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間。

1.2 CAN的特性

※多主結(jié)構(gòu)依據(jù)優(yōu)先權(quán)進(jìn)行總線訪問；

※無破壞性的基于優(yōu)先權(quán)的逐位仲裁；

※借助驗(yàn)收濾波器的多地址幀傳遞；

※遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)請(qǐng)求；

※全系統(tǒng)數(shù)據(jù)相容性；

※錯(cuò)誤檢測(cè)與出錯(cuò)信令；

※很遠(yuǎn)的輸出傳輸距離（長(zhǎng)達(dá)10Km）；

※高速的數(shù)據(jù)傳輸速率（高達(dá)1Mbps）；

※高度實(shí)時(shí)性，每幀報(bào)文允許傳輸最多8個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)；

※發(fā)送期間丟失仲裁或出錯(cuò)而遭到破壞的幀可自動(dòng)重發(fā)；

※暫時(shí)錯(cuò)誤和永久性故障節(jié)點(diǎn)的判別以及故障節(jié)點(diǎn)的自動(dòng)脫離；

※脫離總線的節(jié)點(diǎn)不影響總線的正常工作。

1. 多主控制

在總線空閑時(shí)，所有的單元都可開始發(fā)送消息，最先訪問總線的單元可獲得發(fā)送權(quán)，多個(gè)單元同時(shí)開始發(fā)送時(shí)，發(fā)送高優(yōu)先級(jí)ID消息的單元可獲得發(fā)送權(quán)。

2. 消息的發(fā)送

在CAN協(xié)議中，所有的消息都以固定的格式發(fā)送。總線空閑時(shí)，所有與總線相連接的單元都可以開始發(fā)送新消息。兩個(gè)以上的單元同時(shí)開始發(fā)送消息時(shí)，根據(jù)標(biāo)識(shí)符ID決定優(yōu)先級(jí)。ID并不是表示發(fā)送的目的地址，而是表示訪問總線的消息的優(yōu)先級(jí)。兩個(gè)以上的單元同時(shí)開發(fā)發(fā)送消息時(shí)，對(duì)各消息ID的每個(gè)位進(jìn)行逐個(gè)仲裁比較。仲裁獲勝（被判定為優(yōu)先級(jí)最高）的單元可繼續(xù)發(fā)送消息，仲裁失利的單元?jiǎng)t立刻停止發(fā)送而進(jìn)行接收工作。

3. 系統(tǒng)的柔軟性

與總線相連接的單元沒有類似于“地址”的信息，因此在總線傷增加單元時(shí)，連接在總線上的其他單元的軟硬件及應(yīng)用層都不需要改變。

4. 通信速度

根據(jù)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模，可設(shè)定適合的通信速度。在同一網(wǎng)絡(luò)中，所有單元必須設(shè)定成統(tǒng)一的通信速度，即使有一個(gè)單元的通信速度與其他的不一樣，此單元也會(huì)輸出錯(cuò)誤信號(hào)，妨礙整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的通信。

5. 遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)請(qǐng)求

可通過發(fā)送“遠(yuǎn)程幀”請(qǐng)求其他單元發(fā)送數(shù)據(jù)。

6. 錯(cuò)誤檢測(cè)功能、錯(cuò)誤通知功能、錯(cuò)誤恢復(fù)功能

所有的單元都可以檢測(cè)錯(cuò)誤及錯(cuò)誤檢測(cè)功能。檢測(cè)出錯(cuò)誤的單元會(huì)立即同時(shí)通知其他所有單元及錯(cuò)誤通知功能。正在發(fā)送消息的單元一旦檢測(cè)出錯(cuò)誤，會(huì)強(qiáng)制結(jié)束當(dāng)前的發(fā)送，強(qiáng)制結(jié)束發(fā)送的單元會(huì)不斷反復(fù)地重新發(fā)送此消息直到成功發(fā)送為止及錯(cuò)誤恢復(fù)功能。

7. 故障封閉

CAN可以判斷出錯(cuò)誤的類型是總線上暫時(shí)的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤（如外部噪聲等）還是持續(xù)的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤（如單元內(nèi)部故障、驅(qū)動(dòng)器故障、斷線等）。由此功能，當(dāng)總線上發(fā)生持續(xù)數(shù)據(jù)錯(cuò)誤時(shí)，可將引起此故障單元從總線上隔離出去。

8. 連接

CAN總線是可同時(shí)連接多個(gè)單元的總線，可連接的單元總數(shù)理論上是沒有限制的，但實(shí)際上可連接的單元數(shù)受總線上的時(shí)間延遲及電氣負(fù)載的限制。降低通信速度，可連接的單元數(shù)增加；提高通信速度，則可連接的單元數(shù)減少。