車輛CAN總線概述(完整版)

1、一 CAN 總線簡介1. CAN 總線的發(fā)展歷史20 世紀(jì) 80 年代初期，歐洲汽車工業(yè)的蓬勃發(fā)展，車輛電子信息化程度的也不斷提高。當(dāng)時(shí)，由于消費(fèi)者對(duì)于汽車功能的要求越來越多，而這些功能的實(shí)現(xiàn)大多是基于電子操作的， 這就使得電子裝置之間的通訊越來越復(fù)雜，同時(shí)意味著需要更多的連接信號(hào)線， 但是傳統(tǒng)的線束式汽車電子系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足車輛電子信息功能發(fā)展的需求。 為了解決這一制約現(xiàn)代汽車電子信息化發(fā)展的瓶頸，德國Bosch 公司設(shè)計(jì)了一個(gè)單一的網(wǎng)絡(luò)總線，所有的外圍器件可以被掛接在該總線上，經(jīng)過試驗(yàn)，這一總線能夠有效解決現(xiàn)代汽車中龐大的電子控制裝置之間的通訊，并且能夠減少不斷增加的信號(hào)線。所以在 198

2、6 年 Bosch 公司正式公布了這一總線，且命名為 CAN 總線。CAN 控制器局部網(wǎng)（CAN Controller Area Network ）屬于現(xiàn)場總線的范疇，它是一種有效支持分布式控制或?qū)崟r(shí)控制的串行通訊網(wǎng)絡(luò)， 它具有很高的網(wǎng)絡(luò)安全性、通信可靠性和實(shí)時(shí)性，簡單實(shí)用，網(wǎng)絡(luò)成本低，特別適用于汽車計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)和環(huán)境惡劣、電磁輻射強(qiáng)和振動(dòng)大的工業(yè)環(huán)境，因此CAN 總線在諸多現(xiàn)場總線中獨(dú)占鰲頭， 成為汽車總線的代名詞， CAN 總線開始進(jìn)入快速發(fā)展時(shí)期：1987 年 Intel 公司生產(chǎn)出了首枚CAN 控制器（ 82526）。不久， Philips 公司也推出了 CAN 控制器 82C200

3、；1991 年， Bosch 頒布 CAN 2.0 技術(shù)規(guī)范， CAN2.0 包括 A 和 B 兩個(gè)部分為促進(jìn) CAN 以及 CAN 協(xié)議的發(fā)展， 1992 在歐洲成立了國際用戶和廠商協(xié)會(huì)（CAN in Automation ，簡稱 CiA ），在德國 Erlangen 注冊(cè)，CiA 總部位于 Erlangen。CiA 提供服務(wù)包括： 發(fā)布 CAN 的各類技術(shù)規(guī)范，免費(fèi)下載 CAN 文獻(xiàn)資料， 提供 CANopen 規(guī)范 DeviceNet 規(guī)范；發(fā)布 CAN 產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫， CANopen 產(chǎn)品指南；提供 CANopen 驗(yàn)證工具執(zhí)行 CANopen 認(rèn)證測試；開發(fā) CAN 規(guī)范并發(fā)布為 Ci

4、A標(biāo)準(zhǔn)。1993 年 CAN 成為國際標(biāo)準(zhǔn) ISO11898（高速應(yīng)用）和 ISO11519（低速應(yīng)用）；1993 年， ISO 頒布 CAN 國際標(biāo)準(zhǔn)ISO-11898；1994 年， SAE 頒布基于 CAN 的 J1939 標(biāo)準(zhǔn)；2003 年， Maybach 發(fā)布帶 76 個(gè) ECU 的新車型（ CAN ，LIN ，MOST ）；2003 年， VW 發(fā)布帶 35 個(gè) ECU 的新型 Golf 。根據(jù) CiA 組織統(tǒng)計(jì)，截止到 2002 年底，約有 500 多家公司加入了這個(gè)協(xié)會(huì)，協(xié)作開發(fā)和支持各類CAN 高層協(xié)議；生產(chǎn) CAN 控制器 （獨(dú)立或內(nèi)嵌）廠家，包括世界上主要半導(dǎo)體生產(chǎn)廠家

5、在內(nèi)，已有 20 多家， CAN 控制器產(chǎn)品的品種已達(dá) 110 多種， CAN 控制器的數(shù)量已達(dá)210,000,000 枚。 CAN 接口已經(jīng)被公認(rèn)為微控制器（ Microcontroller ）的標(biāo)準(zhǔn)串行接口，應(yīng)用在各種分布式內(nèi)嵌系統(tǒng)。該協(xié)會(huì)已經(jīng)為全球應(yīng)用 CAN 技術(shù)的權(quán)威。2. CAN 總線的特點(diǎn)CAN 總線與一般的通信總線相比,它的數(shù)據(jù)通信具有突出的可靠性、實(shí)時(shí)性和靈活性。其主要特性如下:1) 具有較高的性價(jià)比。它結(jié)構(gòu)簡單 ,器件容易購置 ,每個(gè)節(jié)點(diǎn)的價(jià)格較低 ,而且開發(fā)過程中能充分利用現(xiàn)在的單片機(jī)開發(fā)工具 ;2) 是目前為止唯一有國際標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場總線 ;3) 為多主方式工作 ,網(wǎng)絡(luò)上任

6、一節(jié)點(diǎn)均可在任意時(shí)刻主動(dòng)向網(wǎng)絡(luò)上其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息而不分主從 ,通信方式靈活 ,且無需站地址等節(jié)點(diǎn)信息4) 網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)信息分成不同的優(yōu)先級(jí),可滿足不同的實(shí)時(shí)要求 ,高優(yōu)先級(jí)的數(shù)據(jù)最多可在 134s內(nèi)得到傳輸 ;5) 采用非破壞性總線仲裁技術(shù) ,當(dāng)多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)向總線發(fā)送信息時(shí) ,優(yōu)先級(jí)較低的節(jié)點(diǎn)會(huì)主動(dòng)地退出發(fā)送,而最高優(yōu)先級(jí)的節(jié)點(diǎn)不受影響地繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù),從而大大節(jié)省了總線沖突仲裁時(shí)間。尤其是在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載很重的情況下也不會(huì)出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)癱瘓情況 ;6) 只需通過報(bào)文濾波即可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)及全局廣播等幾種方式傳送接收數(shù)據(jù) ,無需專門的“調(diào)度” ；7) 直接通信距離最遠(yuǎn)可達(dá)10 km (速率 5 kb

7、/s 以下 ) ,通信速率最高可達(dá)1 Mkb / s(此時(shí)通信距離最長為40 m) ;8) 節(jié)點(diǎn)數(shù)主要取決于總線驅(qū)動(dòng)電路 ,目前可達(dá)成 110 個(gè);9) 采用短幀結(jié)構(gòu) ,傳輸時(shí)間短 ,受干擾概率低 ,具有極好的檢錯(cuò)效果 ;10) 每幀信息都有 CRC 校驗(yàn)及其他檢錯(cuò)措施 ,保證了數(shù)據(jù)出錯(cuò)率低 ;11) 通信介質(zhì)可為雙絞線、同軸電纜或光纖 ,選擇靈活 ;12) 節(jié)點(diǎn)在錯(cuò)誤嚴(yán)重的情況下具有自動(dòng)關(guān)閉輸出功能 ,以使總線上其他節(jié)點(diǎn)的操作不受影響。自 CAN 總線問世以來，為滿足 CAN 總線協(xié)議的多種應(yīng)用需求，相繼出現(xiàn)了幾種高層協(xié)議。目前大多數(shù)基于 CAN 總線的網(wǎng)絡(luò)都采用 CAN 總線的高層協(xié)議。C

8、ANopen、DeviceNet 和 SDS 是通常采用的高層協(xié)議，適用于任何類型的工業(yè)控制局域網(wǎng)應(yīng)用場合，而CAL 則應(yīng)用于基于標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用層通信協(xié)議的優(yōu)化控制場合，SAEJ1939 則應(yīng)用于卡車和重型汽車計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。 其總線規(guī)范已被 ISO 國際標(biāo)準(zhǔn)化組織制定為國際標(biāo)準(zhǔn)， 并被公認(rèn)為是最有前途的現(xiàn)場總線之一。 CAN 總線的應(yīng)用范圍遍及從高速網(wǎng)絡(luò)到低成本的多線路網(wǎng)絡(luò)， 廣泛應(yīng)用于控制系統(tǒng)中的各檢測和執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間的數(shù)據(jù)通信。隨著控制 、計(jì)算機(jī)、通信、網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)的發(fā)展，信息交換溝通的領(lǐng)域正在迅速覆蓋從現(xiàn)場設(shè)備到控制、 管理的各個(gè)層次。信息技術(shù)的發(fā)展引起自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的變革， 逐步形成以網(wǎng)絡(luò)集成

9、自動(dòng)化系統(tǒng)為基礎(chǔ)的企業(yè)信息系統(tǒng)。 現(xiàn)場總線 ( Fieldbus) 就是順應(yīng)這一形勢發(fā)展起來的新技術(shù)，成為當(dāng)今自動(dòng)化領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)， 被譽(yù)為自動(dòng)化領(lǐng)域的計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)。 它的出現(xiàn)，標(biāo)志著自動(dòng)化領(lǐng)域的又一個(gè)新時(shí)代的開始， 并對(duì)該領(lǐng)域的發(fā)展產(chǎn)生重要影響。二、 CAN 總線基本原理1、CAN 標(biāo)準(zhǔn)1）CAN 總線的分層結(jié)構(gòu)OSI（ Open System Interconnection）開放系統(tǒng)互連參考模型將網(wǎng)絡(luò)協(xié)議分為7層，由上至下分別為：應(yīng)用層、表示層、會(huì)話層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層、鏈路層和物理層。國際電工技術(shù)委員會(huì)定義現(xiàn)場總線模型分為三層：應(yīng)用層、鏈路層和物理層。 CAN 的分層定義與 OSI 模

10、型一致，使用了七層模型中的應(yīng)用層、鏈路層和物理層。 CAN 技術(shù)規(guī)范定義了模型最下面的兩層：數(shù)據(jù)鏈路層和物理層，如圖1 所示。圖 1 CAN 總線分層結(jié)構(gòu)2）CAN 協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)CAN 總線協(xié)議現(xiàn)有 CAN1.0 、CAN1.2 、 CAN2.0A 和 CAN2.0B 四個(gè)版本。 CAN2.0A 以及以下版本使用標(biāo)準(zhǔn)格式信息幀（ 11 位），CAN2.0B 使用擴(kuò)展格式信息幀（ 29 位）。CAN2.0A 及以下版本在接收到擴(kuò)展幀信息格式時(shí)認(rèn)為出錯(cuò)；CAN2.0B 被動(dòng)版本接收時(shí)忽略29 位擴(kuò)展信息幀， 不認(rèn)為出錯(cuò)； CAN2.0B 主動(dòng)版本能夠接收和發(fā)送標(biāo)準(zhǔn)格式信息幀和擴(kuò)展格式信息幀。3）CAN

11、 總線網(wǎng)絡(luò)基本結(jié)構(gòu)一般而言， CAN 總線網(wǎng)絡(luò)由若干個(gè)具有 CAN 通信功能的控制單元（又稱節(jié)點(diǎn)）通過 CAN_H 和 CAN_L 兩條數(shù)據(jù)線并聯(lián)組成， CAN_H 和 CAN_L 兩條數(shù)據(jù)線的兩端各安裝一個(gè) 120 電阻構(gòu)成數(shù)據(jù)保護(hù)器， 避免數(shù)據(jù)傳輸?shù)浇K端被反射回來而產(chǎn)生反射波，影響數(shù)據(jù)的傳送，如圖2 所示。汽車 CAN 總線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖如圖 3 所示。圖 2 CAN 網(wǎng)絡(luò)基本結(jié)構(gòu)圖 3 汽車 CAN 總線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖4）CAN 總線節(jié)點(diǎn)硬件電路框圖一個(gè)完整的 CAN 總線節(jié)點(diǎn)應(yīng)該包含微控制器、 CAN 控制器和 CAN 收發(fā)器三部分。其中微控制器負(fù)責(zé)完成 CAN 控制器的初始化，與 C

12、AN 控制器的進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞； CAN 控制器負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)以 CAN 報(bào)文的形式傳遞，實(shí)現(xiàn) CAN 協(xié)議數(shù)據(jù)鏈路層的功能； CAN 收發(fā)器是 CAN 控制器與 CAN 物理總線的接口，為總線提供差動(dòng)發(fā)送功能，也為控制器提供差動(dòng)接收功能。 CAN 節(jié)點(diǎn)的基本結(jié)構(gòu)框圖如圖 4 所示。部分微控制器集成有CAN 控制器，因此，節(jié)點(diǎn)方案有兩種。圖 4 CAN 節(jié)點(diǎn)基本結(jié)構(gòu)框圖5）CAN 差分通信CAN 總線的信號(hào)傳輸采用差分通信信號(hào)，差分通信具有較強(qiáng)的抗干擾能力。CAN 收發(fā)器的差動(dòng)信號(hào)放大器在處理信號(hào)時(shí)，會(huì)用CAN_H 數(shù)據(jù)線的電壓減去CAN_L 數(shù)據(jù)上的電壓，這兩個(gè)數(shù)據(jù)線的電位差可對(duì)應(yīng)兩種不同邏輯狀態(tài)進(jìn)

13、行編碼。在靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，這兩條導(dǎo)線上作用有相同預(yù)先設(shè)定值，該值稱為靜電平。對(duì)于 CAN 驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)總線來說，這個(gè)值大約為 2.5V。靜電平也稱為隱性狀態(tài)，因?yàn)檫B接的所有控制單元均可修改它。在顯性狀態(tài)時(shí)， CAN_H 線上的電壓值會(huì)升高一個(gè)預(yù)定值（對(duì)CAN 驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)總線來說，這個(gè)值至少為1V ）。而 CAN_L 線上的電壓值會(huì)降低一個(gè)同樣值（對(duì)CAN驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)總線來說，這個(gè)值至少為1V ）。于是在CAN驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)總線上，CAN_H線就處于激活狀態(tài)，其電壓不低于3.5V（ 2.5V+1V=3.5V) ，而CAN_L線上的電壓值最多可降至1.5V(2.5V-1V=1.5V) 。因此在隱性狀態(tài)時(shí)， CAN_H

14、 線與 CAN_L 線上的電壓差為0V，在顯性狀態(tài)時(shí)該差值最低為 2V ，如圖 5 所示。如果 CAN_H CAN_L > 2 ，那么比特為0，為顯性；如果 CAN_H CAN_L = 0 ，那么比特為1，為隱性。圖 5 CAN 數(shù)據(jù)線的電平2、CAN 總線通信原理當(dāng) CAN 總線上的一個(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)來說 ,無論數(shù)據(jù)是否是發(fā)給自己的，都對(duì)其進(jìn)行接收。每組報(bào)文開頭的 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)一個(gè)站要向其它站

15、發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，該站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 控制器芯片，并處于準(zhǔn)備狀態(tài)；當(dāng)它收到總線分配時(shí)，轉(zhuǎn)為發(fā)送報(bào)文狀態(tài)。 CAN 控制器芯片將數(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，判斷這些報(bào)文是否是發(fā)給自己的，以確定是否接收它。當(dāng)多個(gè)站點(diǎn)同時(shí)發(fā)送消息時(shí)，需要進(jìn)行總線仲裁，每個(gè)控制單元在發(fā)送信息時(shí)通過發(fā)送發(fā)送標(biāo)識(shí)符來識(shí)別。 所有的控制單元都是通過各自的RX 線來跟蹤總線上的一舉一動(dòng)并獲知總線的狀態(tài)。每個(gè)發(fā)射器將 TX 線和 RX 線的狀態(tài)一位一位地進(jìn)行比較，采用“線與”機(jī)制， “顯性”位可以覆蓋“隱性

16、”位；只有所有節(jié)點(diǎn)都發(fā)送“隱性”位，總線才處于“隱性”狀態(tài)。 CAN 是這樣來進(jìn)行調(diào)整的： TX 信號(hào)上加有一個(gè) “ 0”的控制單元的控制單元必須退出總線。 用標(biāo)識(shí)符中位于前部的“ 0”的個(gè)數(shù)就可調(diào)整信息的重要程度，從而就可保證按重要程度的順序來發(fā)送信息。標(biāo)識(shí)符中的號(hào)碼越小，表示該信息越重要，優(yōu)先級(jí)越高。發(fā)送低優(yōu)先級(jí)報(bào)文的節(jié)點(diǎn)退出仲裁后， 在下次總線空閑時(shí)重發(fā)報(bào)文。 三個(gè)節(jié)點(diǎn)總線仲裁示意圖如圖 6 所示。圖 6 總線仲裁示意圖3、CAN 報(bào)文幀結(jié)構(gòu)CAN 總線報(bào)文傳輸由以下4 個(gè)不同的幀類型所表示和控制：數(shù)據(jù)幀：數(shù)據(jù)幀攜帶數(shù)據(jù)從發(fā)送器至接收器。遠(yuǎn)程幀：總線單元發(fā)出遠(yuǎn)程幀，請(qǐng)求發(fā)送具有同一識(shí)別符

17、的數(shù)據(jù)幀。錯(cuò)誤幀：任何單元檢測到一總線錯(cuò)誤就發(fā)出錯(cuò)誤幀。過載幀：過載幀用以在先行的和后續(xù)的數(shù)據(jù)幀（或遠(yuǎn)程幀）之間提供一附加的延時(shí)。數(shù)據(jù)幀（或遠(yuǎn)程幀）通過幀間空間與前述的各幀分開。1）數(shù)據(jù)幀由7 個(gè)不同的位場組成： 幀起始、仲裁場、控制場、數(shù)據(jù)場、 CRC場、應(yīng)答場、幀結(jié)尾。數(shù)據(jù)場的長度可以為0。2）遠(yuǎn)程幀由6 個(gè)不同的位場組成：幀起始、仲裁場、控制場、CRC 場、應(yīng)答場、幀末尾。通過發(fā)送遠(yuǎn)程幀， 作為某數(shù)據(jù)接收器的站通過其資源節(jié)點(diǎn)對(duì)不同的數(shù)據(jù)傳送進(jìn)行初始化設(shè)置。 與數(shù)據(jù)幀相反， 遠(yuǎn)程幀的 RTR 位是“隱性” 的。它沒有數(shù)據(jù)場，數(shù)據(jù)長度代碼的數(shù)值是不受制約的 （可以標(biāo)注為容許范圍里 0.8 的

18、任何數(shù)值）。此數(shù)值是相應(yīng)于數(shù)據(jù)幀的數(shù)據(jù)長度代碼。3）錯(cuò)誤幀由兩個(gè)不同的場組成。第一個(gè)場用作為不同站提供的錯(cuò)誤標(biāo)志（ ERROR FLAG ）的疊加。第二個(gè)場是錯(cuò)誤界定符。4）過載幀包括兩個(gè)位場：過載標(biāo)志和過載界定符。4、錯(cuò)誤檢測不同于其它總線， CAN 協(xié)議不能使用應(yīng)答信息。事實(shí)上，它可以將發(fā)生的任何錯(cuò)誤用信號(hào)發(fā)出。 CAN 協(xié)議可使用五種檢查錯(cuò)誤的方法，其中前三種為基于報(bào)文內(nèi)容檢查。1）循環(huán)冗余檢查 (CRC)CR 序列包括發(fā)送器的CRC 計(jì)算結(jié)果。接收器計(jì)算 CRC 的方法與發(fā)送器相同。如果計(jì)算結(jié)果與接收到CRC 序列的結(jié)果不相符，則檢測到一個(gè)CRC 錯(cuò)誤。2）幀檢查這種方法通過位場檢查幀

19、的格式和大小來確定報(bào)文的正確性，用于檢查格式上的錯(cuò)誤。3）應(yīng)答錯(cuò)誤被接收到的幀由接收站通過明確的應(yīng)答來確認(rèn)。如果發(fā)送站未收到應(yīng)答，那么表明接收站發(fā)現(xiàn)幀中有錯(cuò)誤，也就是說，ACK場已損壞或網(wǎng)絡(luò)中的報(bào)文無站接收。4）總線檢測CAN 中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)可監(jiān)測自己發(fā)出的信號(hào)。因此，發(fā)送報(bào)文的站可以觀測總線電平并探測發(fā)送位和接收位的差異。5）位填充一幀報(bào)文中的每一位都由不歸零碼表示，可保證位編碼的最大效率。然而，如果在一幀報(bào)文中有太多相同電平的位，就有可能失去同步。 為保證同步， 在五個(gè)連續(xù)相等位后， 發(fā)送站自動(dòng)插入一個(gè)與之互補(bǔ)的補(bǔ)碼位。接收時(shí)，這個(gè)填充位被自動(dòng)丟掉。例如，五個(gè)連續(xù)的低電平位后， CAN 自動(dòng)

20、插入一個(gè)高電平位。 CAN通過這種編碼規(guī)則檢查錯(cuò)誤，如果在一幀報(bào)文中有 6 個(gè)相同位， CAN 就知道發(fā)生了錯(cuò)誤。三 車輛 CAN 總線及關(guān)鍵技術(shù)國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀1. 車輛 CAN 總線國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀如今 ,CAN 總線現(xiàn)已成為汽車電子控制裝置之間通信的標(biāo)準(zhǔn)總線,在汽車分布式控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。同時(shí) ,CAN 總線得到 Motorola、Intel、Philips等著名半導(dǎo)體器件生產(chǎn)廠家的廣泛支持,他們紛紛推出了CAN 接口芯片與直接帶有 CAN 接口的微控制器 (MCU) 芯片 , 如 Intel 公司的 82527,Philips 公司的SJA1000、82C250 等。因此在接口芯

21、片技術(shù)方面 ,CAN 已遙遙領(lǐng)先于其他的現(xiàn)場總線 ,正逐步形成系列。 到目前為至， 世界上已擁有 20 多家 CAN 總線控制器芯片生產(chǎn)商，110 多種 CAN 總線協(xié)議控制器芯片和集成 CAN 總線協(xié)議控制器的微控制器芯片?？偩€系統(tǒng)對(duì)于汽車行業(yè)，特別是對(duì)于我國的汽車行業(yè)來說還是一項(xiàng)新生事物，總線系統(tǒng)和傳統(tǒng)汽車電器有著本質(zhì)的不同。 從研發(fā)、 應(yīng)用和維護(hù)出發(fā)，為整車提供一個(gè)安全可靠的總線系統(tǒng)，以達(dá)到以“ X BY WIRE ”的目標(biāo)還需要業(yè)界付出長期的努力。為了加速我國汽車總線技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程,在 “十五”期間 ,科技部連續(xù)五年支持電動(dòng)汽車總線通信協(xié)議方面的研究工作,國家汽車標(biāo)準(zhǔn)化組織也成立了

22、商用車控制系統(tǒng)局域網(wǎng)絡(luò) (CAN 總線 )通訊協(xié)議 起草小組。其中電動(dòng)汽車總線通信協(xié)議以 J1939 為基礎(chǔ)，并針對(duì)電動(dòng)汽車的特點(diǎn)進(jìn)行了補(bǔ)充。 根據(jù)目前得到的信息，商用車控制系統(tǒng)局域網(wǎng)絡(luò) (CAN 總線 )通訊協(xié)議是完全基于 J1939 的，同時(shí)國內(nèi)一些單位也研發(fā)出符合 J1939 的汽車智能零部件。 2002 年中國首輛 CAN 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)混合動(dòng)力轎車 (HEV) 在奇瑞公司試裝成功， 并進(jìn)行了初步試運(yùn)行，這標(biāo)志著中國在混合動(dòng)力轎車項(xiàng)目上取得突破性進(jìn)展； 2008 年深圳航盛公司去年推出了第一款帶CAN 總線的車載 CD/MP3 播放器，該產(chǎn)品具有AM/FM 收音功能、 CD/MP3 播放功能

23、，帶 CAN BUS 總線、藍(lán)牙免提接口、中文顯示及數(shù)字信號(hào)處理芯片， 音質(zhì)優(yōu)美動(dòng)聽。 該產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)獨(dú)特， 獲得國家發(fā)明專利。我國的 CAN 總線時(shí)代也正在來臨。目前，支持 CAN 協(xié)議的有英特爾、摩托羅拉、惠普、西門子、 M I CROCH IP 、NEC、SI L I ON I 等著名公司。歐洲大部分汽車制造商，如寶馬、保時(shí)捷、勞斯萊斯、大眾、沃爾沃、雷諾等都已經(jīng)使用了 CAN 總線。奔馳公司生產(chǎn)的大部分轎車和載貨汽車都使用基CAN 的發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)，它的傳送速度為500 kb / s。國產(chǎn)的很多汽車上也引入了CAN總線技術(shù)，如大眾途安、帕薩特、東風(fēng)雪鐵龍賽納、東風(fēng)標(biāo)致307、蘇州金龍、

24、一汽大眾寶來、斯太爾王系列等車型。國內(nèi)較早研究CAN 總線的有北京航空航天大學(xué)、清華大學(xué)、 中國汽車技術(shù)研究中心等單位，不過目前的研究還處于起步階段。研制生產(chǎn)CAN 元器件的廠家很少，具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的專用芯片更少。目前國內(nèi)主要主要從事CAN 總線部分研發(fā)生產(chǎn)的企業(yè)見下表：企業(yè)名稱企業(yè)特點(diǎn)產(chǎn)品應(yīng)用現(xiàn)狀廈門漢納森一線模塊配裝陜汽失敗核心技術(shù)人員流失哈爾濱威帝研發(fā)能力較強(qiáng)在客車市場占有一定三級(jí) CAN 總線份額，但競爭激烈，系統(tǒng)（既全 車總北京公交產(chǎn)品并不能很好的實(shí)線系統(tǒng)）獲得國現(xiàn)量產(chǎn)科技部專項(xiàng)資金支 持浙江中科正方研發(fā)實(shí)力雄厚北京奧運(yùn)會(huì)純電動(dòng)可靠性是其瓶頸，企車，北京公交雙源業(yè)現(xiàn)已經(jīng)向汽車儀表無

25、軌電動(dòng)車，清華生產(chǎn)過渡大學(xué)"清能 1 號(hào)"混合動(dòng)力客車。北京恒潤C(jī)AN/LIN 總線技培訓(xùn)業(yè)務(wù)發(fā)展迅速術(shù)在國內(nèi)較領(lǐng)先生產(chǎn)研發(fā)現(xiàn)境窘迫濟(jì)南優(yōu)耐特國內(nèi)第一家自主中國重汽 ： 斯太爾產(chǎn)品不良率太高，企研發(fā)、生產(chǎn)，并王和 HOWO業(yè)遭受重創(chuàng)完成大批量產(chǎn)業(yè)蘇州金龍化裝車的智能汽車車身電子控制 /數(shù)字化儀表系統(tǒng)的供應(yīng)商 。2. 車輛 CAN 總線關(guān)鍵技術(shù)及發(fā)展現(xiàn)狀CAN 總線關(guān)鍵技術(shù)主要包含兩方面：硬件和軟件。硬件主要為微控制器、CAN 控制器和 CAN 收發(fā)器。軟件主要是節(jié)點(diǎn)控制程序和CAN 總線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層協(xié)議。微控制器依功能性能分為4 位、 8 位、 16 位、 32 位和 64

26、位。然而，目前主力的市場集中在 8 位、16 位和 32 位，這三種等級(jí)正好適用低、中、高端三種車用電子應(yīng)用。 CAN 控制器分為獨(dú)立的 CAN 控制器和集成 CAN 控制器，它能夠?qū)崿F(xiàn)協(xié)議中的實(shí)體層及數(shù)據(jù)鏈接層的功能， 達(dá)成位同步、優(yōu)先權(quán)仲裁和故障診斷等要求。CAN 收發(fā)器是 CAN 協(xié)議控制器與物理總線之間的接口。 它可以為總線提供差動(dòng)的發(fā)送功能，為控制器提供差動(dòng)的接收功能，是 CAN 系統(tǒng)中的必須設(shè)備。到目前為至，微控制器技術(shù)比較成熟， 可供選擇的種類也較多。 而對(duì)于 CAN 控制器和收發(fā)器，世界上已擁有 20 多家 CAN 總線控制器芯片生產(chǎn)商， 110 多種 CAN 總線協(xié)議控制器芯

27、片和集成 CAN 總線協(xié)議控制器的微控制器芯片。 主要生產(chǎn)廠家有英特爾、摩托羅拉、惠普、西門子、飛利浦、MICROCHIP 、NEC 、SLICON 、飛思卡爾、英飛凌（西門子） 、瑞薩、 ST、 TI 、安森美、科動(dòng)、富士通、 Atmel 、Altera、CAST 等。CAN 控制器主要有四類： 獨(dú)立 CAN 控制器、單片機(jī)集成 CAN 控制器、 DSP 集成 CAN 控制器和 ARM 集成 CAN 控制器，如飛利浦公司的 SJA1000 獨(dú)立 CAN 控制器、 NXP 公司的單片機(jī) P87C591 集成 CAN 控制器、 TI 公司 S2000 系列的集成 CAN 控制器功能的 TMS32

28、0C28X 系列 DSP 和 TI 公司 S2000 系列的集成 CAN 控制器功能的 ARM 芯片等。所以， CAN 總線系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)主要是根據(jù)節(jié)點(diǎn)功能需求，選擇合適的控制芯片。CAN 總線軟件設(shè)計(jì)除了節(jié)點(diǎn)控制程序設(shè)計(jì)之外，更主要的是應(yīng)用層協(xié)議開發(fā)。許多系統(tǒng)中，可以特別制定一個(gè)適合的應(yīng)用層，但對(duì)于許多的行業(yè)來說，這種方法是不經(jīng)濟(jì)的。一些組織已經(jīng)研究并開放了應(yīng)用層標(biāo)準(zhǔn)，一些可以使用的CAN 應(yīng)用層協(xié)議有： CiACAL 、CiACANOpen 、ODVA DeviceNet、Honeywell SDS、 Kvaser CANKingdom ，SAE J1939。因此，汽車 CAN 總線的研究重

29、點(diǎn)是： 針對(duì)具體的車型開發(fā) ECU 的硬件和應(yīng)用層的軟件，并構(gòu)建車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)。利用 CAN 總線構(gòu)建一個(gè)車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)，需要解決的關(guān)鍵技術(shù)問題有：(1) 總線傳輸信息的速率、容量、優(yōu)先等級(jí)、節(jié)點(diǎn)容量等技術(shù)問題；(2) 高電磁干擾環(huán)境下的可靠數(shù)據(jù)傳輸；(3) 確定最大傳輸時(shí)的延時(shí)大?。?4) 網(wǎng)絡(luò)的容錯(cuò)技術(shù)；(5) 網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)控和故障診斷功能；(6) 實(shí)時(shí)控制網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間特性；(7) 安裝與維護(hù)中的布線；(8) 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的增加與軟硬件更新 (可擴(kuò)展性 ) 。3. CAN 總線在車輛上應(yīng)用的前景展望盡管 CAN 協(xié)議已有近 15 年的歷史，但它一直處在改進(jìn)中。 從 2000 年開始，一個(gè)由數(shù)家公司組成的 ISO

30、 任務(wù)組織定義了一種時(shí)間觸發(fā) CAN 報(bào)文傳輸?shù)膮f(xié)議。 Bernd Mueller 博士、 Thomas Fuehrer、Bosch 公司人員和半導(dǎo)體工業(yè)專家、學(xué)術(shù)研究專家將此定義為“時(shí)間觸發(fā)通信的CAN（ TTCAN ）”，計(jì)劃在將來標(biāo)準(zhǔn)化為 ISO11898-4。這個(gè) CAN 的擴(kuò)展已在硅片上實(shí)現(xiàn)，不僅可實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制下支持報(bào)文的時(shí)間觸發(fā)傳輸，而且可以實(shí)現(xiàn)CAN 的 X bywire 應(yīng)用。因?yàn)镃AN協(xié)議并未改變。所以，在同一個(gè)的物理層上，既可以實(shí)現(xiàn)傳輸時(shí)間觸發(fā)的報(bào)文，也可以傳輸事件觸發(fā)的報(bào)文。TTCAN 將為 CAN 延長 5-10 年的生命期?，F(xiàn)在， CAN 在全球市場上仍然處于起始點(diǎn)，

31、當(dāng)?shù)玫街匾?，誰也無法預(yù)料CAN 總線系統(tǒng)下一個(gè)10-15 年內(nèi)的發(fā)展趨勢。現(xiàn)如今在車內(nèi)，還有許多ECU 的控制并不需要CAN 這樣高速率和高安全的通信，本地互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)（LIN ）就是為適應(yīng)這類應(yīng)用而設(shè)計(jì)的低成本解決方案。LIN 是一個(gè)公開的協(xié)議，它基于SCI（UART ）串行通信的格式，結(jié)合了汽車應(yīng)用的特點(diǎn)。 LIN 是單一主機(jī)系統(tǒng)，不但降低了硬件成本，而且在軟件和系統(tǒng)設(shè)計(jì)上也能更容易地兼容其它網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，比如CAN 。 LIN 的傳輸速率最高可到20Kbps，主要是受到 EMI 和時(shí)鐘同步的限制。由于 LIN 器件易容得道，幾乎所有的IC 都帶有 SCI（UART ）接口，LIN 很快就在車內(nèi)低

32、端控制器領(lǐng)域取得領(lǐng)先地位。典型的LIN 應(yīng)用有車門、后視鏡、導(dǎo)向輪、馬達(dá)、照明以及其它智能傳感器。LIN 不但定義了物理層和數(shù)據(jù)層，還定義了相關(guān)的應(yīng)用軟件層。這些都為LIN 方案提供商解決了設(shè)備兼容的問題，并且很好的解決了CAN 總線在中低檔車輛上使用陳本過高的問題，很有利于汽車工業(yè)的規(guī)模生產(chǎn)和中低檔車輛的電子化，信息化。相信 LIN 協(xié)議會(huì)是汽車低端控制網(wǎng)絡(luò)的未來標(biāo)準(zhǔn)。車內(nèi)除了嵌入式控制系統(tǒng)以外，還有諸如媒體播放器、導(dǎo)航系統(tǒng)、無線通信系統(tǒng)以及其他多種信息娛樂設(shè)備，這些設(shè)備之間的互連需要更高速的通信協(xié)議。媒體導(dǎo)向系統(tǒng)傳輸協(xié)議（ MOST ）是目前車載信息娛樂系統(tǒng)普遍接受的高速通信協(xié)議。 MOS

33、T 網(wǎng)絡(luò)是由德國 Oasis Silicon System公司開發(fā)的。 MOST 技術(shù)針對(duì)塑料光纖媒體而優(yōu)化， 采用環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)， 在器件層提供高度可靠性和可擴(kuò)展性。它可以傳送同步數(shù)據(jù) （音頻信號(hào)、 視頻信號(hào)等流動(dòng)型數(shù)據(jù)） 、非同步數(shù)據(jù)（訪問網(wǎng)絡(luò)及訪問數(shù)據(jù)庫等的數(shù)據(jù)包）和控制數(shù)據(jù)（控制報(bào)文及控制整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)）。 MOST 基于 ISO/OSI 七層網(wǎng)絡(luò)模型設(shè)計(jì)，物理層由光纖通信組件構(gòu)成，具有很好的抗干擾性， 設(shè)計(jì)傳輸速率可達(dá) 150Mbps（目前產(chǎn)品可達(dá) 25Mbps）。除了控制數(shù)據(jù)外， MOST 數(shù)據(jù)可分為同步傳輸數(shù)據(jù)和異步傳輸數(shù)據(jù)， 具有很大的靈活性。同步數(shù)據(jù)可直接用于音視頻設(shè)備， 異步

34、數(shù)據(jù)可用于傳輸其它數(shù)據(jù)塊， 如導(dǎo)航地圖數(shù)據(jù)等，甚至也可用于支持 TCP/IP 數(shù)據(jù)包的傳輸。 MOST 還定義了應(yīng)用層，包括 MOST 設(shè)備、功能塊、功能函數(shù)以及參數(shù)格式等等，這些協(xié)議可以確保各個(gè)廠家生產(chǎn)的設(shè)備具有 MOST 互聯(lián)性，也有利于車內(nèi)信息娛樂設(shè)備的及時(shí)更新?lián)Q代。 MOST 得到包括 BMW 、Daimler Chrysler、HarmanBecker 和 Oasis公司的支持，已應(yīng)用在多款車型上，如 BMW7 系列、 Audi A8 、Mercedes E系列等。FlexRay 是 BMW 、Daimler Chrysler、Motorola 和 Philips 等公司制定的功能強(qiáng)大的通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。 它是基于 FTDMA 的確定性訪問方式， 具有容錯(cuò)功能及確定的通信消息傳輸時(shí)間， 同時(shí)支持事件觸發(fā)與時(shí)間觸發(fā)通信， 具備高速率通信能力。 FlexRay 采用冗余備份的辦法，對(duì)高速設(shè)備可以采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式與FlexRay總線控制器連接，構(gòu)成星型結(jié)構(gòu)，對(duì)低速網(wǎng)絡(luò)可以采用類似CAN 總線的方式連接。終上所述，車輛總線未來的發(fā)展會(huì)是以CAN 總線為主，在低速網(wǎng)絡(luò)中有LIN在網(wǎng)絡(luò)支持，在高速車載多媒體系統(tǒng)中，有MOST 的精彩表現(xiàn)。甚至在將來形成更為先進(jìn)的以FlexRay 為主的車輛總線系統(tǒng)。走一條多種總線總和集成的道路，這不僅可以解決使用單一的高端總線帶來的高成本，高門檻的弊端