CAN總線(xiàn)系統在現代汽車(chē)中的應用

　　二、CAN在國外的發(fā)展

　　對機動(dòng)車(chē)輛總線(xiàn)和對現場(chǎng)總線(xiàn)的需求有許多相似之處,即較低的成本、較高的實(shí)時(shí)處理能力和在惡劣的強電磁干擾環(huán)境下可靠的工作。奔馳S型轎車(chē)上采用的就是CAN總線(xiàn)系統;美國商用車(chē)輛制造商們也將注意力轉向CAN總線(xiàn);美國一些企業(yè)已將CAN作為內部總線(xiàn)應用在生產(chǎn)線(xiàn)和機床上。同時(shí),由于CAN總線(xiàn)可以提供較高的安全性,因此在醫療領(lǐng)域、紡織機械和電梯控制中也得到廣泛應用。

　　三、CAN的工作原理

　　當CAN總線(xiàn)上的一個(gè)節點(diǎn)(站)發(fā)送數據時(shí),它以報文形式廣播給網(wǎng)絡(luò )中所有節點(diǎn)。對每個(gè)節點(diǎn)來(lái)說(shuō),無(wú)論數據是否是發(fā)給自己的,都對其進(jìn)行接收。每組報文開(kāi)頭的11位字符為標識符,定義了報文的優(yōu)先級,這種報文格式稱(chēng)為面向內容的編址方案。在同一系統中標識符是唯一的,不可能有兩個(gè)站發(fā)送具有相同標識符的報文。當幾個(gè)站同時(shí)競爭總線(xiàn)讀取時(shí),這種配置十分重要。

　　CAN總線(xiàn)的報文發(fā)送和接收參見(jiàn)圖1。當一個(gè)站要向其它站發(fā)送數據時(shí),該站的CPU將要發(fā)送的數據和自己的標識符傳送給本站的CAN芯片,并處于準備狀態(tài);當它收到總線(xiàn)分配時(shí), 轉為發(fā)送報文狀態(tài)。CAN芯片將數據根據協(xié)議組織成一定的報文格式發(fā)出,這時(shí)網(wǎng)上的其它站處于接收狀態(tài)。每個(gè)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。

　　由于CAN總線(xiàn)是一種面向內容的編址方案,因此很容易建立高水準的控制系統并靈活地進(jìn)行配置。我們可以很容易地在CAN總線(xiàn)中加進(jìn)一些新站而無(wú)需在硬件或軟件上進(jìn)行修改。當所提供的新站是純數據接收設備時(shí),數據傳輸協(xié)議不要求獨立的部分有物理目的地址。它允許分布過(guò)程同步化,即總線(xiàn)上控制器需要測量數據時(shí),可由網(wǎng)上獲得,而無(wú)須每個(gè)控制器都有自己獨立的傳感器。

　　四、位仲裁

　　要對數據進(jìn)行實(shí)時(shí)處理,就必須將數據快速傳送,這就要求數據的物理傳輸通路有較高的速度。在幾個(gè)站同時(shí)需要發(fā)送數據時(shí),要求快速地進(jìn)行總線(xiàn)分配。實(shí)時(shí)處理通過(guò)網(wǎng)絡(luò )交換的緊急數據有較大的不同。一個(gè)快速變化的物理量,如汽車(chē)引擎負載,將比類(lèi)似汽車(chē)引擎溫度這樣相對變化較慢的物理量更頻繁地傳送數據并要求更短的延時(shí)。

　　CAN總線(xiàn)以報文為單位進(jìn)行數據傳送,報文的優(yōu)先級結合在11位標識符中,具有最低二進(jìn)制數的標識符有最高的優(yōu)先級。這種優(yōu)先級一旦在系統設計時(shí)被確立后就不能再被更改?？偩€(xiàn)讀取中的沖突可通過(guò)位仲裁解決。如圖2所示,當幾個(gè)站同時(shí)發(fā)送報文時(shí),站1的報文標識符為011111;站2的報文標識符為0100110;站3的報文標識符為0100111。所有標識符都有相同的兩位01,直到第3位進(jìn)行比較時(shí),站1的報文被丟掉,因為它的第3位為高,而其它兩個(gè)站的報文第3位為低。站2和站3報文的4、5、6位相同,直到第7位時(shí),站3的報文才被丟失。注意,總線(xiàn)中的信號持續跟蹤最后獲得總線(xiàn)讀取權的站的報文。在此例中,站2的報文被跟蹤。這種非破壞性位仲裁方法的優(yōu)點(diǎn)在于,在網(wǎng)絡(luò )最終確定哪一個(gè)站的報文被傳送以前,報文的起始部分已經(jīng)在網(wǎng)絡(luò )上傳送了。所有未獲得總線(xiàn)讀取權的站都成為具有最高優(yōu)先權報文的接收站,并且不會(huì )在總線(xiàn)再次空閑前發(fā)送報文。

　　CAN具有較高的效率是因為總線(xiàn)僅僅被那些請求總線(xiàn)懸而未決的站利用,這些請求是根據報文在整個(gè)系統中的重要性按順序處理的。這種方法在網(wǎng)絡(luò )負載較重時(shí)有很多優(yōu)點(diǎn),因為總線(xiàn)讀取的優(yōu)先級已被按順序放在每個(gè)報文中了,這可以保證在實(shí)時(shí)系統中較低的個(gè)體隱伏時(shí)間。

　　對于主站的可靠性,由于CAN協(xié)議執行非集中化總線(xiàn)控制,所有主要通信,包括總線(xiàn)讀取 (許可)控制,在系統中分幾次完成。這是實(shí)現有較高可靠性的通信系統的唯一方法。
　　五、CAN與其它通信方案的比較

　　在實(shí)踐中,有兩種重要的總線(xiàn)分配方法:按時(shí)間表分配和按需要分配。在第一種方法中 ,不管每個(gè)節點(diǎn)是否申請總線(xiàn),都對每個(gè)節點(diǎn)按最大期間分配。由此,總線(xiàn)可被分配給每個(gè)站并且是唯一的站,而不論其是立即進(jìn)行總線(xiàn)存取或在一特定時(shí)間進(jìn)行總線(xiàn)存取。這將保證在總線(xiàn)存取時(shí)有明確的總線(xiàn)分配。在第二種方法中,總線(xiàn)按傳送數據的基本要求分配給一個(gè)站 ,總線(xiàn)系統按站希望的傳送分配(如:Ethernet CSMA/CD)。因此,當多個(gè)站同時(shí)請求總線(xiàn)存取時(shí),總線(xiàn)將終止所有站的請求,這時(shí)將不會(huì )有任何一個(gè)站獲得總線(xiàn)分配。為了分配總線(xiàn),多于一個(gè)總線(xiàn)存取是必要的。