第三章 CAN總線

1、2022-2-2第五章第五章 CAN總線總線天津工程師范學(xué)院天津工程師范學(xué)院劉玉亮劉玉亮2022-2-2主要內(nèi)容主要內(nèi)容vCANCAN總線與汽車網(wǎng)絡(luò)總線與汽車網(wǎng)絡(luò)vCANCAN通信技術(shù)通信技術(shù)vCANCAN通信控制器和收發(fā)器通信控制器和收發(fā)器vCANCAN總線收發(fā)器總線收發(fā)器vCANCAN總線應(yīng)用實(shí)例總線應(yīng)用實(shí)例2022-2-25.1 CAN5.1 CAN與汽車網(wǎng)絡(luò)簡介與汽車網(wǎng)絡(luò)簡介vCANCAN（Controller Area NetworkController Area Network）即控制器局）即控制器局域網(wǎng)，最早域網(wǎng)，最早19861986年由德國年由德國BOSCHBOSCH公司推出，

2、目前公司推出，目前已經(jīng)列入已經(jīng)列入ISOISO國際標(biāo)準(zhǔn)，稱為國際標(biāo)準(zhǔn)，稱為ISO 11898 ISO 11898 。v用于汽車內(nèi)部測量與執(zhí)行部件之間的數(shù)據(jù)通信。用于汽車內(nèi)部測量與執(zhí)行部件之間的數(shù)據(jù)通信。它屬于總線式串行通信網(wǎng)絡(luò)。它屬于總線式串行通信網(wǎng)絡(luò)。v通信介質(zhì)可為雙絞線、同軸電纜或光纖，通信介質(zhì)可為雙絞線、同軸電纜或光纖，CANCAN上上的節(jié)點(diǎn)數(shù)主要取決于總線驅(qū)動(dòng)電路，目前可達(dá)的節(jié)點(diǎn)數(shù)主要取決于總線驅(qū)動(dòng)電路，目前可達(dá)110110個(gè)。個(gè)。vCANCAN總線已經(jīng)應(yīng)用到航天、電力、石化、冶金、總線已經(jīng)應(yīng)用到航天、電力、石化、冶金、紡織等領(lǐng)域。紡織等領(lǐng)域。2022-2-25.1.1 CAN5.1.

3、1 CAN總線技術(shù)特點(diǎn)總線技術(shù)特點(diǎn)v多主方式工作，不分主從，方便構(gòu)成多機(jī)備份系統(tǒng)。多主方式工作，不分主從，方便構(gòu)成多機(jī)備份系統(tǒng)。v節(jié)點(diǎn)信息分優(yōu)先級(jí)，滿足不同的實(shí)時(shí)要求，高優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)可在節(jié)點(diǎn)信息分優(yōu)先級(jí)，滿足不同的實(shí)時(shí)要求，高優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)可在134134微秒內(nèi)得到傳輸。微秒內(nèi)得到傳輸。v采用非破壞性仲裁技術(shù)，低優(yōu)先級(jí)及金額點(diǎn)會(huì)主動(dòng)退出發(fā)送，高采用非破壞性仲裁技術(shù)，低優(yōu)先級(jí)及金額點(diǎn)會(huì)主動(dòng)退出發(fā)送，高優(yōu)先級(jí)的則不受影響。優(yōu)先級(jí)的則不受影響。v報(bào)文濾波，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)、廣播方式發(fā)送數(shù)據(jù)。報(bào)文濾波，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)、廣播方式發(fā)送數(shù)據(jù)。v通信距離可達(dá)通信距離可達(dá)10Km10Km（5Kbps5K

4、bps一下），通信速率最高一下），通信速率最高1Mbps(1Mbps(距離距離40m40m以內(nèi)）以內(nèi)）v節(jié)點(diǎn)數(shù)只取決于總線驅(qū)動(dòng)電路。幾乎不受限制。節(jié)點(diǎn)數(shù)只取決于總線驅(qū)動(dòng)電路。幾乎不受限制。v短幀結(jié)構(gòu)，傳輸時(shí)間短，受干擾概率低。短幀結(jié)構(gòu)，傳輸時(shí)間短，受干擾概率低。v節(jié)點(diǎn)均有節(jié)點(diǎn)均有CRCCRC等檢錯(cuò)校驗(yàn)功能，提高正確率。等檢錯(cuò)校驗(yàn)功能，提高正確率。v節(jié)點(diǎn)錯(cuò)誤后自關(guān)閉，不影響其他節(jié)點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)錯(cuò)誤后自關(guān)閉，不影響其他節(jié)點(diǎn)。v可利用睡眠方式降低功耗。可利用睡眠方式降低功耗。v傳輸介質(zhì)靈活，雙絞線、光纖、同軸電纜均可傳輸介質(zhì)靈活，雙絞線、光纖、同軸電纜均可2022-2-2CANCAN總線傳輸系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)總線

5、傳輸系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)vCANCAN數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是：數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是：a a、將傳感器信號(hào)線減至最少，使更多的傳感器信、將傳感器信號(hào)線減至最少，使更多的傳感器信號(hào)進(jìn)行高速數(shù)據(jù)傳遞；號(hào)進(jìn)行高速數(shù)據(jù)傳遞；b b、電控單元和電控單元插腳最小化應(yīng)用，節(jié)省電、電控單元和電控單元插腳最小化應(yīng)用，節(jié)省電控單元的有限空間；控單元的有限空間；c c 、如果系統(tǒng)需要增加新的功能，只需軟件升級(jí)、如果系統(tǒng)需要增加新的功能，只需軟件升級(jí)即可；即可；d d、各電控單元對(duì)所連接的、各電控單元對(duì)所連接的CANCAN總線進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，總線進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，如出現(xiàn)故障該電控單元會(huì)存儲(chǔ)故障碼；如出現(xiàn)故障該電控單元會(huì)存儲(chǔ)故障碼；e e

6、、CANCAN數(shù)據(jù)總線符合國際標(biāo)準(zhǔn)，便于一輛車上不數(shù)據(jù)總線符合國際標(biāo)準(zhǔn)，便于一輛車上不同廠家生產(chǎn)的電控單元進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。同廠家生產(chǎn)的電控單元進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。2022-2-22022-2-2為什么汽車要采用為什么汽車要采用CANCAN總線？總線？ 汽車每個(gè)電腦之間有許多信號(hào)需要傳汽車每個(gè)電腦之間有許多信號(hào)需要傳遞，一個(gè)信號(hào)需要兩條導(dǎo)線構(gòu)成回路，遞，一個(gè)信號(hào)需要兩條導(dǎo)線構(gòu)成回路，雖然所有信號(hào)的對(duì)地端可以采用一條雖然所有信號(hào)的對(duì)地端可以采用一條公共導(dǎo)線，但隨著傳遞信號(hào)的增多會(huì)公共導(dǎo)線，但隨著傳遞信號(hào)的增多會(huì)使兩塊電腦之間連接線的數(shù)量越來越使兩塊電腦之間連接線的數(shù)量越來越多，這樣會(huì)帶來電控單元針腳數(shù)增多

7、、多，這樣會(huì)帶來電控單元針腳數(shù)增多、線路制作復(fù)雜、故障率增加、維修困線路制作復(fù)雜、故障率增加、維修困難。難。 1600m1600m，300300個(gè)接頭。個(gè)接頭。5.1.2 5.1.2 汽車內(nèi)部汽車內(nèi)部CANCAN總線的應(yīng)用總線的應(yīng)用2022-2-2采用采用CANCAN總線的部分大眾汽車總線的部分大眾汽車v 2003 2003年后年后 大眾途安大眾途安(1T (1T 底盤底盤) ) 20042004年后年后 高爾夫高爾夫 (1K (1K 底盤底盤) ) 20042004年后年后 VW Caddy (2K VW Caddy (2K 底盤底盤) ) 20042004年后年后 Seat Altea (

8、5P Seat Altea (5P 底盤底盤) ) 20042004年后年后 斯柯達(dá)斯柯達(dá) 歐雅歐雅(1Z (1Z 底盤底盤) ) 20052005年后年后 Seat Toledo (5P Seat Toledo (5P 底盤底盤) ) 20052005年后年后 高爾夫高爾夫 Plus (5M Plus (5M 底盤底盤) ) 20052005年后年后 Seat Leon (1P Seat Leon (1P 底盤底盤) ) 2005.52005.5年后年后 捷達(dá)捷達(dá) (1K (1K 底盤底盤) ) 20032003年后年后 Audi A8Audi A8、A8L (D3 A8L (D3 平臺(tái)平臺(tái)

9、, 4E , 4E 底盤底盤) ) 20042004年后年后 Audi A3 (8P Audi A3 (8P 底盤底盤) ) 20052005年后年后 Audi A6 (C6Audi A6 (C6平臺(tái)平臺(tái), 4F , 4F 底盤底盤) ) 20052005年后年后 Audi A4 (B7Audi A4 (B7平臺(tái)平臺(tái)) () (一些控制模塊一些控制模塊) ) 20052005年后年后 帕薩特帕薩特 (B6(B6平臺(tái)平臺(tái), 3C , 3C 底盤底盤) ) 2022-2-25.1.2 5.1.2 汽車內(nèi)部汽車內(nèi)部CANCAN總線的應(yīng)用總線的應(yīng)用2022-2-25.2 CAN 5.2 CAN 通信技

10、術(shù)通信技術(shù)2022-2-2vLLCLLC子層子層: :為數(shù)據(jù)傳送和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)請(qǐng)求提供服務(wù)，為數(shù)據(jù)傳送和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)請(qǐng)求提供服務(wù)，確認(rèn)由確認(rèn)由LLCLLC子層接收的報(bào)文已被接收，并為恢復(fù)子層接收的報(bào)文已被接收，并為恢復(fù)管理和通知過載提供信息。管理和通知過載提供信息。vMACMAC子層：主要是傳送規(guī)則，亦即控制幀的結(jié)構(gòu)、子層：主要是傳送規(guī)則，亦即控制幀的結(jié)構(gòu)、執(zhí)行仲裁、錯(cuò)誤檢測、出錯(cuò)標(biāo)定和故障界定。執(zhí)行仲裁、錯(cuò)誤檢測、出錯(cuò)標(biāo)定和故障界定。v物理層：是有關(guān)全部電氣特性在不同節(jié)點(diǎn)間的物理層：是有關(guān)全部電氣特性在不同節(jié)點(diǎn)間的實(shí)際傳送。實(shí)際傳送。2022-2-2v發(fā)送器和接收器發(fā)送器和接收器 發(fā)出報(bào)文的節(jié)點(diǎn)稱為

11、該報(bào)文的發(fā)送器，如果一個(gè)發(fā)出報(bào)文的節(jié)點(diǎn)稱為該報(bào)文的發(fā)送器，如果一個(gè)節(jié)點(diǎn)不是發(fā)送器，且總線不處于空閑狀態(tài)，則該節(jié)點(diǎn)不是發(fā)送器，且總線不處于空閑狀態(tài)，則該節(jié)點(diǎn)為接收器。節(jié)點(diǎn)為接收器。v報(bào)文有效的確認(rèn)報(bào)文有效的確認(rèn) 發(fā)送器：直到幀結(jié)束的最后一位一直未出錯(cuò)，則發(fā)送器：直到幀結(jié)束的最后一位一直未出錯(cuò)，則發(fā)送器認(rèn)為該報(bào)文有效，出錯(cuò)則允許自動(dòng)重傳。發(fā)送器認(rèn)為該報(bào)文有效，出錯(cuò)則允許自動(dòng)重傳。 接收器：直到幀結(jié)束的倒數(shù)第二位一直未出錯(cuò)，接收器：直到幀結(jié)束的倒數(shù)第二位一直未出錯(cuò)，則認(rèn)為該報(bào)文有效。則認(rèn)為該報(bào)文有效。5.2.2 CAN5.2.2 CAN的報(bào)文傳送與幀結(jié)構(gòu)的報(bào)文傳送與幀結(jié)構(gòu)2022-2-2v 幀格式：

12、幀格式： 規(guī)范中有兩種不同的幀格式，不同之處在于每幀的標(biāo)識(shí)規(guī)范中有兩種不同的幀格式，不同之處在于每幀的標(biāo)識(shí)符的長度不同符的長度不同: :標(biāo)準(zhǔn)幀的標(biāo)識(shí)符長度為標(biāo)準(zhǔn)幀的標(biāo)識(shí)符長度為1111位，而擴(kuò)展幀位，而擴(kuò)展幀的長度則為的長度則為2929位。位。v 幀種類：幀種類： 數(shù)據(jù)幀數(shù)據(jù)幀: :數(shù)據(jù)幀將數(shù)據(jù)從發(fā)送器傳送到接收器。數(shù)據(jù)幀將數(shù)據(jù)從發(fā)送器傳送到接收器。 遠(yuǎn)程幀遠(yuǎn)程幀: :總線單元發(fā)出遠(yuǎn)程幀，請(qǐng)求發(fā)送具有相同標(biāo)識(shí)符總線單元發(fā)出遠(yuǎn)程幀，請(qǐng)求發(fā)送具有相同標(biāo)識(shí)符的數(shù)據(jù)幀。的數(shù)據(jù)幀。 錯(cuò)誤幀錯(cuò)誤幀: :任何節(jié)點(diǎn)檢測到總線錯(cuò)誤就發(fā)出錯(cuò)誤幀。任何節(jié)點(diǎn)檢測到總線錯(cuò)誤就發(fā)出錯(cuò)誤幀。 超載幀超載幀: :超載幀用以在

13、先行的和后續(xù)的數(shù)據(jù)幀超載幀用以在先行的和后續(xù)的數(shù)據(jù)幀( (或遠(yuǎn)程幀或遠(yuǎn)程幀) )之間提供一附加的延時(shí)。之間提供一附加的延時(shí)。v 幀編碼：位流按照不歸零（幀編碼：位流按照不歸零（NRZNRZ）碼。）碼。2022-2-2數(shù)據(jù)幀數(shù)據(jù)幀vCAN標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)幀包含44到108位，而CAN擴(kuò)展數(shù)據(jù)幀包含64到128位，另外，多達(dá)23個(gè)填充位可以插入到一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)幀中，多達(dá)28個(gè)填充位可以插入到擴(kuò)展數(shù)據(jù)幀中，這要根據(jù)數(shù)據(jù)流的代碼來定。標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)幀的最大長度為131位，擴(kuò)展數(shù)據(jù)幀的最大長度為156位。2022-2-2數(shù)據(jù)幀數(shù)據(jù)幀2022-2-22022-2-2a. a. 開始域（開始域（1 1位）位）標(biāo)志數(shù)據(jù)傳輸開

14、始，此時(shí)標(biāo)志數(shù)據(jù)傳輸開始，此時(shí)CANCAN高位傳輸線為高位傳輸線為5 5伏伏電壓，低位傳輸線為電壓，低位傳輸線為0 0伏電壓。伏電壓。b. b. 狀態(tài)域（狀態(tài)域（1111位）位）判斷數(shù)據(jù)中的優(yōu)先權(quán)，舉例說明：如果兩個(gè)判斷數(shù)據(jù)中的優(yōu)先權(quán)，舉例說明：如果兩個(gè)控制單元同時(shí)發(fā)送各自的數(shù)據(jù)，接收控制單元對(duì)較高優(yōu)先權(quán)的發(fā)控制單元同時(shí)發(fā)送各自的數(shù)據(jù)，接收控制單元對(duì)較高優(yōu)先權(quán)的發(fā)送控制單元優(yōu)先接收。送控制單元優(yōu)先接收。c. c. 檢查域（檢查域（6 6位）位）顯示數(shù)據(jù)域中所包含的信息項(xiàng)目數(shù)，接收控制顯示數(shù)據(jù)域中所包含的信息項(xiàng)目數(shù)，接收控制單元的接收器依據(jù)此項(xiàng)目數(shù)檢查是否已經(jīng)接收到所有傳遞過來的單元的接收器依據(jù)

15、此項(xiàng)目數(shù)檢查是否已經(jīng)接收到所有傳遞過來的信息。信息。d. d. 數(shù)據(jù)域（最大數(shù)據(jù)域（最大6464位）位）是發(fā)送控制單元傳遞給接收控制單元的是發(fā)送控制單元傳遞給接收控制單元的所有信息。所有信息。e. e. 安全域（安全域（1616位）位）發(fā)送控制單元檢測傳遞數(shù)據(jù)中是否有錯(cuò)誤。發(fā)送控制單元檢測傳遞數(shù)據(jù)中是否有錯(cuò)誤。f. f. 確認(rèn)域（確認(rèn)域（2 2位）位）在確認(rèn)域中，是由發(fā)送控制單元的發(fā)送器發(fā)出在確認(rèn)域中，是由發(fā)送控制單元的發(fā)送器發(fā)出信號(hào)，通知接收控制單元的接收器，告知已經(jīng)正確發(fā)送。如果接信號(hào)，通知接收控制單元的接收器，告知已經(jīng)正確發(fā)送。如果接收器檢查出錯(cuò)誤，則立即通知發(fā)送器，發(fā)送器則再發(fā)送一次數(shù)

16、據(jù)。收器檢查出錯(cuò)誤，則立即通知發(fā)送器，發(fā)送器則再發(fā)送一次數(shù)據(jù)。g. g. 結(jié)束域（結(jié)束域（7 7位）位）標(biāo)志數(shù)據(jù)傳遞結(jié)束，也是發(fā)送器檢查錯(cuò)誤和再標(biāo)志數(shù)據(jù)傳遞結(jié)束，也是發(fā)送器檢查錯(cuò)誤和再次發(fā)送數(shù)據(jù)的最后一次機(jī)會(huì)。次發(fā)送數(shù)據(jù)的最后一次機(jī)會(huì)。2022-2-2遠(yuǎn)程幀遠(yuǎn)程幀作為接收器的節(jié)點(diǎn)可以通過向相應(yīng)的數(shù)據(jù)源節(jié)點(diǎn)發(fā)送一個(gè)作為接收器的節(jié)點(diǎn)可以通過向相應(yīng)的數(shù)據(jù)源節(jié)點(diǎn)發(fā)送一個(gè)遠(yuǎn)程幀用來激活相應(yīng)的源節(jié)點(diǎn)，讓它把該源節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)發(fā)遠(yuǎn)程幀用來激活相應(yīng)的源節(jié)點(diǎn)，讓它把該源節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)發(fā)送給接收器。送給接收器。2022-2-2出錯(cuò)幀出錯(cuò)幀2022-2-2超載幀超載幀2022-2-2幀間空間幀間空間v超載幀與出錯(cuò)幀前面不需

17、要幀間空間超載幀與出錯(cuò)幀前面不需要幀間空間2022-2-2數(shù)據(jù)傳輸方式數(shù)據(jù)傳輸方式v某個(gè)控制單元發(fā)出一條信息后，某個(gè)控制單元發(fā)出一條信息后，CANCAN總線會(huì)將其總線會(huì)將其傳輸給網(wǎng)絡(luò)上的各個(gè)控制單元，而這些控制單傳輸給網(wǎng)絡(luò)上的各個(gè)控制單元，而這些控制單元?jiǎng)t會(huì)有選擇的去接收，對(duì)于無用信息則不接元?jiǎng)t會(huì)有選擇的去接收，對(duì)于無用信息則不接收。收。2022-2-2數(shù)據(jù)發(fā)送與接收過程數(shù)據(jù)發(fā)送與接收過程v發(fā)動(dòng)機(jī)電腦向某電腦發(fā)動(dòng)機(jī)電腦向某電腦CANCAN收發(fā)器發(fā)送收發(fā)器發(fā)送數(shù)據(jù)，某電腦數(shù)據(jù)，某電腦CANCAN收發(fā)器接收到由發(fā)收發(fā)器接收到由發(fā)動(dòng)機(jī)電腦傳來的數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換信號(hào)并發(fā)動(dòng)機(jī)電腦傳來的數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換信號(hào)并發(fā)給本電

18、腦的控制器。給本電腦的控制器。CANCAN數(shù)據(jù)傳輸系數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的其它電腦收發(fā)器均接收到此數(shù)據(jù)，統(tǒng)的其它電腦收發(fā)器均接收到此數(shù)據(jù)，但是要檢查判斷此數(shù)據(jù)是否是所需要但是要檢查判斷此數(shù)據(jù)是否是所需要的數(shù)據(jù)，如果不是將忽略掉。的數(shù)據(jù)，如果不是將忽略掉。2022-2-2CANCAN總線控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)總線控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2022-2-22022-2-2節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)傳感器傳感器/執(zhí)行器接口執(zhí)行器接口總線收發(fā)器總線收發(fā)器總線控制器總線控制器PC/微機(jī)處理器微機(jī)處理器系統(tǒng)系統(tǒng)控制算法控制算法CAN總線總線2022-2-25.3 CAN5.3 CAN通信控制器通信控制器1.CAN1.CAN控制器控制器 CANCA

19、N控制器有兩種類型控制器有兩種類型: :一是獨(dú)立的一是獨(dú)立的CANCAN總線通總線通信控制器（信控制器（SJA1000SJA1000）; ;二是集成了二是集成了CANCAN總線通信總線通信控制器的微處理器（控制器的微處理器（P87C591P87C591）2.CAN2.CAN總線驅(qū)動(dòng)器（收發(fā)器）總線驅(qū)動(dòng)器（收發(fā)器） 它提供了它提供了CANCAN控制器與物理總線之間的接口，提控制器與物理總線之間的接口，提供對(duì)總線的差動(dòng)發(fā)送和接受能力。供對(duì)總線的差動(dòng)發(fā)送和接受能力。2022-2-22022-2-22022-2-2CANCAN收發(fā)器收發(fā)器v TXD TXD 發(fā)送數(shù)據(jù)輸入發(fā)送數(shù)據(jù)輸入v GND GND

20、地地v Vcc Vcc 電源電壓電源電壓v RXD RXD 接收數(shù)據(jù)輸出接收數(shù)據(jù)輸出v Vref Vref 參考電壓輸出參考電壓輸出v RsRs斜率電阻輸入斜率電阻輸入v CANL CANL 低電平低電平CANCAN電電 壓輸入壓輸入/ /輸出端輸出端v CANH CANH 高電平高電平CANCAN電壓電壓輸入輸入/ /輸出端輸出端 2022-2-2總線終端總線終端v分離終端分離終端v多終端多終端v單終端單終端v非匹配終端非匹配終端v非終端支線電纜長度非終端支線電纜長度2022-2-22022-2-22022-2-22022-2-22022-2-22022-2-2CANCAN在汽車工業(yè)的應(yīng)用在汽車工業(yè)的應(yīng)用2022