汽車(chē)CAN總線(xiàn)基礎-CAN總線(xiàn)簡(jiǎn)介

1.1 CAN是什么

CAN是Controller Area Network的縮寫(xiě)（以下稱(chēng)為CAN），是ISO國際標準化的串行通信協(xié)議。

1.2 CAN的起源

汽車(chē)CAN總線(xiàn)是20世紀80年代初德國B(niǎo)osch公司為解決現代汽車(chē)中眾多控制單元、測試儀器之間的實(shí)時(shí)數據交換而開(kāi)發(fā)的一種串行通信協(xié)議。

傳統汽車(chē)線(xiàn)束連接如圖1.21。

在當前的汽車(chē)產(chǎn)業(yè)中，出于對安全性、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被開(kāi)發(fā)了出來(lái)。由于這些系統之間通信所用的數據類(lèi)型及對可靠性的要求不盡相同，由多條總線(xiàn)構成的情況很多，線(xiàn)束的數量也隨之增加。為適應“減少線(xiàn)束的數量”，“通過(guò)多哥LAN，進(jìn)行大量數據的高速通信”的需要，1986年德國電氣商博世公司開(kāi)發(fā)出面向汽車(chē)的CAN通信協(xié)議。此后，CAN通過(guò)ISO11898及ISO11519進(jìn)行了標準化，現在在歐洲已是汽車(chē)網(wǎng)絡(luò )的標準協(xié)議。

現在，CAN總線(xiàn)的高性能和可靠性已被認同，并被廣泛地應用于工業(yè)自動(dòng)化、船舶、醫療設備、工業(yè)設備等方面。

在汽車(chē)上的應用，CAN節點(diǎn)已經(jīng)達到最多90個(gè)電子控制節點(diǎn)了。

1.1 CAN的發(fā)展史

※1983年，Bosch開(kāi)始研究車(chē)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)規范，CAN2.0包括A和B兩個(gè)部分；

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

※1993年，ISO頒布CAN國際標準ISO-11898；

※1994年，SAE頒布基于CAN的J1939標準；

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

※2003年，VW頒布了帶35ECU的新車(chē)型Golf；

……

※未來(lái)，CAN總線(xiàn)將部分被FlexRay所取代，但是CAN總線(xiàn)將會(huì )被持續應用相當長(cháng)的時(shí)間。

1.2 CAN的特性

※多主結構依據優(yōu)先權進(jìn)行總線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)；

※無(wú)破壞性的基于優(yōu)先權的逐位仲裁；

※借助驗收濾波器的多地址幀傳遞；

※遠程數據請求；

※全系統數據相容性；

※錯誤檢測與出錯信令；

※很遠的輸出傳輸距離（長(cháng)達10Km）；

※高速的數據傳輸速率（高達1Mbps）；

※高度實(shí)時(shí)性，每幀報文允許傳輸最多8個(gè)字節的數據；

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

※暫時(shí)錯誤和永久性故障節點(diǎn)的判別以及故障節點(diǎn)的自動(dòng)脫離；

※脫離總線(xiàn)的節點(diǎn)不影響總線(xiàn)的正常工作。

1. 多主控制

在總線(xiàn)空閑時(shí)，所有的單元都可開(kāi)始發(fā)送消息，最先訪(fǎng)問(wèn)總線(xiàn)的單元可獲得發(fā)送權，多個(gè)單元同時(shí)開(kāi)始發(fā)送時(shí)，發(fā)送高優(yōu)先級ID消息的單元可獲得發(fā)送權。

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?？偩€(xiàn)空閑時(shí)，所有與總線(xiàn)相連接的單元都可以開(kāi)始發(fā)送新消息。兩個(gè)以上的單元同時(shí)開(kāi)始發(fā)送消息時(shí)，根據標識符ID決定優(yōu)先級。ID并不是表示發(fā)送的目的地址，而是表示訪(fǎng)問(wèn)總線(xiàn)的消息的優(yōu)先級。兩個(gè)以上的單元同時(shí)開(kāi)發(fā)發(fā)送消息時(shí)，對各消息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)先級最高）的單元可繼續發(fā)送消息，仲裁失利的單元則立刻停止發(fā)送而進(jìn)行接收工作。

3. 系統的柔軟性

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

4. 通信速度

根據整個(gè)網(wǎng)絡(luò )的規模，可設定適合的通信速度。在同一網(wǎng)絡(luò )中，所有單元必須設定成統一的通信速度，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 )輸出錯誤信號，妨礙整個(gè)網(wǎng)絡(luò )的通信。

5. 遠程數據請求

可通過(guò)發(fā)送“遠程幀”請求其他單元發(fā)送數據。

6. 錯誤檢測功能、錯誤通知功能、錯誤恢復功能

所有的單元都可以檢測錯誤及錯誤檢測功能。檢測出錯誤的單元會(huì )立即同時(shí)通知其他所有單元及錯誤通知功能。正在發(fā)送消息的單元一旦檢測出錯誤，會(huì )強制結束當前的發(fā)送，強制結束發(fā)送的單元會(huì )不斷反復地重新發(fā)送此消息直到成功發(fā)送為止及錯誤恢復功能。

7. 故障封閉

CAN可以判斷出錯誤的類(lèi)型是總線(xiàn)上暫時(shí)的數據錯誤（如外部噪聲等）還是持續的數據錯誤（如單元內部故障、驅動(dòng)器故障、斷線(xiàn)等）。由此功能，當總線(xiàn)上發(fā)生持續數據錯誤時(shí)，可將引起此故障單元從總線(xiàn)上隔離出去。

8. 連接

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