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淺析汽車(chē)總線(xiàn)技術(shù)
作者：
時(shí)間：2013-02-17
來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )
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CAN總線(xiàn)是控制策略驅動(dòng)的總線(xiàn)，主要實(shí)現對車(chē)輛本身的控制，而IDB總線(xiàn)則以信息交互、共享為目的。為實(shí)現CAN總線(xiàn)和IDB總線(xiàn)間的信息流動(dòng)以及防止后者對前者產(chǎn)生影響，在兩總線(xiàn)間增加網(wǎng)關(guān)已經(jīng)成為共識。圖4為一典型的雙總線(xiàn)結構示意圖。 
早在80年代，眾多國際知名的汽車(chē)公司就積極致力于汽車(chē)總線(xiàn)技術(shù)的研究及應用，如博世的CAN、SAE的J1850、馬自達的PALMNET、德國大眾的ABUS、美國商用機器的AUTOCAN、ISO的VAN等。目前，國外的汽車(chē)總線(xiàn)技術(shù)已經(jīng)成熟，采用總線(xiàn)系統的車(chē)輛有BENZ、BMW、RORSCHE、ROLLSROYCE、JAGUAR、VOLVO等。國內完全引進(jìn)技術(shù)生產(chǎn)的奧迪A6車(chē)型已于2000年起采用總線(xiàn)替代原有線(xiàn)束，帕薩特B5、BORA、POLO、FIAT PALIO和SIENA等車(chē)型也都不同程度地使用了總線(xiàn)技術(shù)。此外，部分高檔客車(chē)、工程機械也都開(kāi)始應用總線(xiàn)技術(shù)。
2．汽車(chē)總線(xiàn)技術(shù)的特征
2.1設計目標
汽車(chē)總線(xiàn)傳輸必須確保以下幾點(diǎn)：傳輸信息的安全；信號的邏輯“1”明顯區別于邏輯“0”；異步總線(xiàn)隨機地傳送數據；根據預先確定的優(yōu)先權進(jìn)行總線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)；競爭解決后獲勝站點(diǎn)能夠訪(fǎng)問(wèn)總線(xiàn)且繼續傳輸信息；具有根據信息內容解決總線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)競爭的能力；總線(xiàn)的功能尋址和點(diǎn)到點(diǎn)尋址能力；節點(diǎn)在盡量小的時(shí)間內成功訪(fǎng)問(wèn)總線(xiàn)；最優(yōu)化的傳輸速率（波特率）；節點(diǎn)的故障診斷能力；總線(xiàn)具有一定的可擴充性等等。
2.2數字信號的編碼
為了保證信息傳輸的可靠性，對數字信號正確編碼非常重要。汽車(chē)局域網(wǎng)數據信號多采用脈寬調制（PWM）和不歸零制（NRZ）。PWM作為編碼方案時(shí)，波特率上界為3×105kb/s，用于傳輸速率較低的場(chǎng)合。采用NRZ進(jìn)行信息傳輸，可以達到1Mb/s，用于傳輸速率較高的場(chǎng)合。
2.3網(wǎng)絡(luò )拓撲結構
實(shí)用的汽車(chē)局域網(wǎng)是總線(xiàn)拓撲結構，如CAN、SAEJ1850、ADVANCED PALMNET等。其優(yōu)點(diǎn)是：電纜短，布線(xiàn)容易；總線(xiàn)結構簡(jiǎn)單，又是無(wú)源元件，可靠性高；易于擴充，增加新節點(diǎn)只需在總線(xiàn)的某點(diǎn)將其接入，如需增加長(cháng)度可通過(guò)中繼器加入一個(gè)附加段。
2.4總線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)協(xié)議
汽車(chē)總線(xiàn)的訪(fǎng)問(wèn)協(xié)議一般為爭用協(xié)議，每個(gè)節點(diǎn)都能獨立決定信息幀的發(fā)送。如果同時(shí)有兩個(gè)或兩個(gè)以上的節點(diǎn)發(fā)送信息，就會(huì )出錯，這就要求每個(gè)節點(diǎn)有能力判斷沖突是否發(fā)生，發(fā)生沖突時(shí)按某個(gè)規律等待隨機時(shí)間間隔后重發(fā)，以避免再發(fā)生沖突。網(wǎng)絡(luò )協(xié)議所使用的防沖突監聽(tīng)措施多為載波監聽(tīng)多路訪(fǎng)問(wèn)，如CAN、SAEJ1850、ADVANCED、PALMNET等都采用的是：載波監聽(tīng)多路訪(fǎng)問(wèn)/沖突檢測+無(wú)損仲裁（CSMA/CD+NDA）。
二、 汽車(chē)CAN總線(xiàn)
CAN總線(xiàn)是德國B(niǎo)OSCH公司在20世紀80年代初，為了解決現代汽車(chē)中眾多的控制與測試儀器之間的數據交換而開(kāi)發(fā)的一種串行數據通訊協(xié)議。它的短幀數據結構、非破壞性總線(xiàn)性仲裁技術(shù)以及靈活的通訊方式適應了汽車(chē)的實(shí)時(shí)性和可靠性要求。
汽車(chē)CAN總線(xiàn)的技術(shù)背景來(lái)源于工業(yè)現場(chǎng)總線(xiàn)和計算機局域網(wǎng)這樣非常成熟的技術(shù)，因此具有很高的可靠性，抗干擾性。
1．CAN總線(xiàn)的特點(diǎn)
CAN作為一種多主總線(xiàn)，支持分布式實(shí)時(shí)控制的通訊網(wǎng)絡(luò )。其通訊介質(zhì)可以是雙絞線(xiàn)、同軸電纜或光纖。在汽車(chē)發(fā)動(dòng)機控制部件、傳感器、抗滑系統等應用中，總線(xiàn)的位速率最大可達1Mbit/s。CAN總線(xiàn)屬于總線(xiàn)式串行通訊網(wǎng)絡(luò )，由于其采用了許多新技術(shù)及獨特的設計，與一般的通訊總線(xiàn)相比，CAN總線(xiàn)的數據通訊具有突出的可靠性、實(shí)時(shí)性和靈活性。其特點(diǎn)可以概括如下：
1) CAN為多主方式工作，網(wǎng)絡(luò )上任一節點(diǎn)均可在任意時(shí)刻主動(dòng)地向網(wǎng)絡(luò )上其他節點(diǎn)發(fā)送信息，而不分主從，通信方式靈活，且無(wú)需站地址等節點(diǎn)信息。利用這一點(diǎn)可方便地構成多機備份系統。
2) CAN網(wǎng)絡(luò )上的節點(diǎn)信息分成不同的優(yōu)先級，可滿(mǎn)足不同的實(shí)時(shí)要求，高優(yōu)先級的數據最多可在134us內得到傳輸。
3) CAN采用非破壞性總線(xiàn)性仲裁技術(shù)，當多個(gè)節點(diǎn)同時(shí)向總線(xiàn)發(fā)送信息時(shí)，優(yōu)先級較低的節點(diǎn)會(huì )主動(dòng)地退出發(fā)送，而最高優(yōu)先級的節點(diǎn)可不受影響地繼續傳輸數據，從而大大節省了總線(xiàn)沖突仲裁時(shí)間。尤其是在網(wǎng)絡(luò )負載很重的情況下也不會(huì )出現網(wǎng)絡(luò )癱瘓情況（以太網(wǎng)則可能）。
4) CAN只需通過(guò)幀濾波即可實(shí)現點(diǎn)對點(diǎn)、一點(diǎn)對多點(diǎn)及全局廣播等幾種方式傳送接受數據，無(wú)需專(zhuān)門(mén)的“調度”。
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