汽車(chē)CAN總線(xiàn)基礎(chǔ)知識(shí)培訓(xùn)資料

1、車(chē) CAN 總 線(xiàn) 基 礎(chǔ)知識(shí)CAN 總線(xiàn)協(xié)議控制器局域網(wǎng)總線(xiàn)(CAN , Controller Area Network )是一種用于實(shí)時(shí)應(yīng)用的串行通訊協(xié)議總線(xiàn)，它可以使用雙絞線(xiàn)來(lái)傳輸信號(hào)，是世界上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn) 場(chǎng)總線(xiàn)之一。 CAN 協(xié)議用于汽車(chē)中各種不同元件之間的通信，以此取代昂貴而 笨重的配電線(xiàn)束。該協(xié)議的健壯性使其用途延伸到其他自動(dòng)化和工業(yè)應(yīng)用。CAN 協(xié)議的特性包括完整性的串行數(shù)據(jù)通訊、提供實(shí)時(shí)支持、傳輸速率高達(dá)1Mb/s 、同時(shí)具有11 位的尋址以及檢錯(cuò)能力。CAN 總線(xiàn)發(fā)展控制器局域網(wǎng)CAN( Controller Area Network) 屬于現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的范疇，是一種有效支持

2、分布式控制系統(tǒng)的串行通信網(wǎng)絡(luò)。是由德國(guó)博世公司在 20 世紀(jì) 80 年代專(zhuān)門(mén)為汽車(chē)行業(yè)開(kāi)發(fā)的一種串行通信總線(xiàn)。而且能夠檢測(cè)出產(chǎn)生的任何錯(cuò)誤。當(dāng)信號(hào)傳輸距離達(dá)到 10km 時(shí)， CAN 仍可提供高達(dá)50kbit/s 的數(shù)據(jù)傳輸速率。CAN 總線(xiàn)的工作原理CAN 總線(xiàn)使用串行數(shù)據(jù)傳輸方式，可以 1Mb/s 的速率在 40m 的雙絞線(xiàn)上運(yùn)行，也可以使用光纜連接，而且在這種總線(xiàn)上總線(xiàn)協(xié)議支持多主控制器。1CAN 與 I2C總線(xiàn)的許多細(xì)節(jié)很類(lèi)似，但也有一些明顯的區(qū)別。當(dāng)CAN 總線(xiàn)上的一個(gè)節(jié)點(diǎn) ( 站 )發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，它以報(bào)文形式廣播給網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)。對(duì)每個(gè) 節(jié)點(diǎn)來(lái)說(shuō)，無(wú)論數(shù)據(jù)是否是發(fā)給自己的，都對(duì)其進(jìn)行

3、接收。每組報(bào)文開(kāi)頭的 11位字符為標(biāo)識(shí)符，定義了報(bào)文的優(yōu)先級(jí)，這種報(bào)文格式稱(chēng)為面向內(nèi)容的編址方 案。在同一系統(tǒng)中標(biāo)識(shí)符是唯一的，不可能有兩個(gè)站發(fā)送具有相同標(biāo)識(shí)符的報(bào)文。當(dāng)幾個(gè)站同時(shí)競(jìng)爭(zhēng)總線(xiàn)讀取時(shí)，這種配置十分重要。當(dāng)一個(gè)站要向其它站發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，該站的 CPU 將要發(fā)送的數(shù)據(jù)和自己的標(biāo)識(shí)符傳送給本站的 CAN 芯片，并處于準(zhǔn)備狀態(tài)；當(dāng)它收到總線(xiàn)分配時(shí)，轉(zhuǎn)為發(fā) 送報(bào)文狀態(tài)。 CAN 芯片將數(shù)據(jù)根據(jù)協(xié)議組織成一定的報(bào)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(duì)接收到的報(bào)文進(jìn)行檢測(cè)，判 斷這些報(bào)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(nèi)容的編址方案，因此

4、很容易建立高水準(zhǔn)的控制系統(tǒng)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(dāng) 所提供的新站是純數(shù)據(jù)接收設(shè)備時(shí)，數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議不要求獨(dú)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(cè)量數(shù)據(jù)時(shí)，可由網(wǎng)上 獲得，而無(wú)須每個(gè)控制器都有自己獨(dú)立的傳感器。CAN 總線(xiàn)在空閑（沒(méi)有節(jié)點(diǎn)傳輸報(bào)文）時(shí)是一直處于隱性狀態(tài)。當(dāng)有節(jié)點(diǎn)傳輸報(bào)文時(shí)顯性覆蓋隱性，由于 CAN 總線(xiàn)是一種串行總線(xiàn)，也就是說(shuō)報(bào)文是一位 一位的傳輸?shù)?，而且是?shù)字信號(hào)（ 0 和 1 ） , 1 代表隱性， 0 代表顯性。在傳送報(bào)文的過(guò)程中是顯隱交替的，就像二進(jìn)制數(shù)字 0101001

5、 等，這樣就能把信息發(fā) 送出去，而總線(xiàn)空閑的時(shí)候是一直處于隱性的。CAN 總線(xiàn)特征報(bào)文 （ Message 總線(xiàn)上的數(shù)據(jù)以不同報(bào)文格式發(fā)送，但長(zhǎng)度受到限制。當(dāng)總 線(xiàn) 空閑時(shí)，任何一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)都可以發(fā)送報(bào)文。（ 2 ） 信息路由 （ Information Routing ） 在 CAN 中，節(jié)點(diǎn)不使用任何關(guān)于系統(tǒng)配置因此系的報(bào)文，比如站地址，由接收節(jié)點(diǎn)根據(jù)報(bào)文本身特征判斷是否接收這幀信息統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)，不用對(duì)應(yīng)用層以及任何節(jié)點(diǎn)的軟件和硬件作改變，可以直接在 CAN 中增加節(jié)點(diǎn)(3) 標(biāo)識(shí)符 ( Identifier) 要傳送的報(bào)文有特征標(biāo)識(shí)符(是數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀的一個(gè)域)，它給出的不是目標(biāo)節(jié)點(diǎn)地址

6、，而是這個(gè)報(bào)文本身的特征。信息以廣播方式 在網(wǎng)絡(luò)上發(fā)送，所有節(jié)點(diǎn)都可以接收到。節(jié)點(diǎn)通過(guò)標(biāo)識(shí)符判定是否接收這幀信息。(4) 數(shù)據(jù)一致性應(yīng)確保報(bào)文在CAN 里同時(shí)被所有節(jié)點(diǎn)接收或同時(shí)不接收， 這是配合錯(cuò)誤處理和再同步功能實(shí)現(xiàn)的。(5) 位傳輸速率不同的 CAN 系統(tǒng)速度不同，但在一個(gè)給定的系統(tǒng)里，位傳輸速率是唯一的，并且是固定的。(6) 優(yōu)先權(quán)由發(fā)送數(shù)據(jù)的報(bào)文中的標(biāo)識(shí)符決定報(bào)文占用總線(xiàn)的優(yōu)先權(quán)。 標(biāo)識(shí)符 越小，優(yōu)先權(quán)越高。(7) 遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)請(qǐng)求( Remote Data Request 通過(guò)發(fā)送遠(yuǎn)程幀，需要數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn) 請(qǐng)求另一節(jié)點(diǎn)發(fā)送相應(yīng)的數(shù)據(jù)。 回應(yīng)節(jié)點(diǎn)傳送的數(shù)據(jù)幀與請(qǐng)求數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程幀由 相同的標(biāo)識(shí)

7、符命名。(8) 仲裁 (Arbitratio n) 只要總線(xiàn)空閑，任何節(jié)點(diǎn)都可以向總線(xiàn)發(fā)送報(bào)文。如果有兩個(gè)或兩個(gè)以上的節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)送報(bào)文，就會(huì)引起總線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)碰撞。通過(guò)使用標(biāo)識(shí) 符的逐位仲裁可以解決這個(gè)碰撞。仲裁的機(jī)制確保了報(bào)文和時(shí)間均不損失。當(dāng) 具有相同標(biāo)識(shí)符的數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀同時(shí)發(fā)送時(shí)，數(shù)據(jù)幀優(yōu)先于遠(yuǎn)程幀。在仲裁期間，每一個(gè)發(fā)送器都對(duì)發(fā)送位的電平與被監(jiān)控的總線(xiàn)電平進(jìn)行比較。如果電 平相同，則這個(gè)單元可以繼續(xù)發(fā)送，如果發(fā)送的是 隱性”電平而監(jiān)視到的是顯性”電平，那么這個(gè)單元就失去了仲裁，必須退出發(fā)送狀態(tài)。(9) 總線(xiàn)狀態(tài) 總線(xiàn)有 顯性”和 隱性”兩個(gè)狀態(tài)， 顯性”對(duì)應(yīng)邏輯“ 0 ”隱性”對(duì)應(yīng)邏輯“

8、1 。顯性”狀態(tài)和 隱性”狀態(tài)與為 顯性”狀態(tài)，所以?xún)蓚€(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)分別發(fā)送“0”“1時(shí)，總線(xiàn)上呈現(xiàn)“ 0” CAN總線(xiàn)采用二進(jìn)制不歸零(NRZ)編碼方式，所以總線(xiàn)上不是“ 0 ”就是“ 1 ”但是 CAN 協(xié)議并沒(méi)有具體定義這兩種狀態(tài) 的具體實(shí)現(xiàn)方式。(10) 故障界定 (Confinement) CAN 節(jié)點(diǎn)能區(qū)分瞬時(shí)擾動(dòng)引起的故障和永久性故障。故障節(jié)點(diǎn)會(huì)被關(guān)閉。(11) 應(yīng)答接收節(jié)點(diǎn)對(duì)正確接收的報(bào)文給出應(yīng)答，對(duì)不一致報(bào)文進(jìn)行標(biāo)記。(12) CAN通訊距離最大是10公里(設(shè)速率為5Kbps),或最大通信速率為1Mbps(設(shè)通信距離為 40 米 ) 。(13) CAN 總線(xiàn)上的節(jié)點(diǎn)數(shù)可達(dá)110 個(gè)。通信介質(zhì)可在雙絞線(xiàn)，同軸電纜， 光纖中選擇。(14) 報(bào)文是短幀結(jié)構(gòu)，短的傳送時(shí)間使其受干擾概率低， CAN 有很好的校驗(yàn)機(jī)制，這些都保證了 CAN 通信的可靠性。CAN 總線(xiàn)的特點(diǎn)(1) 具有實(shí)時(shí)性強(qiáng)、傳輸距離較遠(yuǎn)、抗電磁干擾能力強(qiáng)、成本低等優(yōu)點(diǎn)；(2) 采用雙線(xiàn)串行通信方式，檢錯(cuò)能力強(qiáng)，可在高噪聲干擾環(huán)境中工作；(3) 具有優(yōu)先權(quán)和仲裁功能，多個(gè)控制模塊通過(guò)CAN 控制器掛到 CAN-bus 上，