汽車CAN總線基本原理及應(yīng)用

1、汽車CAN總線基本原理 1、CAN總線簡介 2、CAN總線通信模式 3、CAN總線的性能特點(diǎn) 4、CAN總線應(yīng)用實(shí)例1 1、CANCAN總線簡介總線簡介 控制器局域網(wǎng)絡(luò)（控制器局域網(wǎng)絡(luò)（Controller Area Network Controller Area Network 簡稱簡稱CANCAN）主要用于各種過程（設(shè)備）監(jiān)測(cè)及控制。主要用于各種過程（設(shè)備）監(jiān)測(cè)及控制。CANCAN最初是由德國的最初是由德國的BoschBosch公司為汽車的監(jiān)測(cè)與控制設(shè)計(jì)的，但由于公司為汽車的監(jiān)測(cè)與控制設(shè)計(jì)的，但由于CANCAN總線本身總線本身的突出特點(diǎn)，其應(yīng)用領(lǐng)域目前已不再局限于汽車行業(yè)，而向的突出特點(diǎn)，

2、其應(yīng)用領(lǐng)域目前已不再局限于汽車行業(yè)，而向過程工業(yè)、機(jī)械工業(yè)、機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、醫(yī)療器械及傳感過程工業(yè)、機(jī)械工業(yè)、機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、醫(yī)療器械及傳感器等領(lǐng)域發(fā)展。由于其高性能、高可靠性及獨(dú)特的設(shè)計(jì)，器等領(lǐng)域發(fā)展。由于其高性能、高可靠性及獨(dú)特的設(shè)計(jì)，CANCAN總線越來越受到人們的重視，國際上已經(jīng)有很多大公司的產(chǎn)總線越來越受到人們的重視，國際上已經(jīng)有很多大公司的產(chǎn)品采用了這一技術(shù)。品采用了這一技術(shù)。CANCAN已經(jīng)形成國際標(biāo)準(zhǔn)（已經(jīng)形成國際標(biāo)準(zhǔn)（ISO11898ISO11898），并），并已成為工業(yè)數(shù)據(jù)通信的主流技術(shù)之一。已成為工業(yè)數(shù)據(jù)通信的主流技術(shù)之一。2 CAN總線的通信模式 第一，“載波監(jiān)測(cè)，

3、多主掌控/沖突避免 這就允許在總線上的任一設(shè)備有同等的機(jī)會(huì)取得總線的控制這就允許在總線上的任一設(shè)備有同等的機(jī)會(huì)取得總線的控制權(quán)來向外發(fā)送信息。如果在同一時(shí)刻有兩個(gè)以上的設(shè)備欲發(fā)送信權(quán)來向外發(fā)送信息。如果在同一時(shí)刻有兩個(gè)以上的設(shè)備欲發(fā)送信息，就會(huì)發(fā)生數(shù)據(jù)沖突，息，就會(huì)發(fā)生數(shù)據(jù)沖突，CANCAN總線能夠?qū)崟r(shí)地檢測(cè)這些沖突情況總線能夠?qū)崟r(shí)地檢測(cè)這些沖突情況并作出相應(yīng)的仲裁而不會(huì)破壞待傳之信息；并作出相應(yīng)的仲裁而不會(huì)破壞待傳之信息； 第二，信息報(bào)文在傳送時(shí)不是基于目的站點(diǎn)地址； 這就允許不同的信息以這就允許不同的信息以“廣播廣播”的形式發(fā)送到所有節(jié)點(diǎn)并且的形式發(fā)送到所有節(jié)點(diǎn)并且可在不改變信息格式的前提

4、下對(duì)報(bào)文進(jìn)行不同配置可在不改變信息格式的前提下對(duì)報(bào)文進(jìn)行不同配置； 第三，CAN總線是一種高速的，具備復(fù)雜的錯(cuò)誤檢測(cè)和恢復(fù)能力的高可靠性強(qiáng)有力的網(wǎng)絡(luò)。 2 CAN總線的通信模式一、一、CSMA/CDCSMA/CD載波監(jiān)測(cè)，多主掌控載波監(jiān)測(cè)，多主掌控/ /沖突避免沖突避免 “載波監(jiān)測(cè)載波監(jiān)測(cè)”的意思是指在總線上的每個(gè)節(jié)點(diǎn)在發(fā)送信息報(bào)的意思是指在總線上的每個(gè)節(jié)點(diǎn)在發(fā)送信息報(bào)文前都必須監(jiān)測(cè)到總線上有一段時(shí)間的空閑狀態(tài)。文前都必須監(jiān)測(cè)到總線上有一段時(shí)間的空閑狀態(tài)。 “多主掌控多主掌控”的意思是一旦此一空閑狀態(tài)被監(jiān)測(cè)到，那么每個(gè)的意思是一旦此一空閑狀態(tài)被監(jiān)測(cè)到，那么每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有均等的機(jī)會(huì)來發(fā)送報(bào)文。節(jié)點(diǎn)

5、都有均等的機(jī)會(huì)來發(fā)送報(bào)文。 “沖突避免沖突避免”是指在兩上節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)送信息時(shí)，節(jié)點(diǎn)本身首是指在兩上節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)送信息時(shí)，節(jié)點(diǎn)本身首先會(huì)檢測(cè)到出現(xiàn)沖突，然后采取相應(yīng)的措施來解決這一沖突情況。先會(huì)檢測(cè)到出現(xiàn)沖突，然后采取相應(yīng)的措施來解決這一沖突情況。此時(shí)優(yōu)先級(jí)高的報(bào)文先發(fā)送，低優(yōu)先級(jí)的報(bào)文發(fā)送會(huì)暫停。在此時(shí)優(yōu)先級(jí)高的報(bào)文先發(fā)送，低優(yōu)先級(jí)的報(bào)文發(fā)送會(huì)暫停。在CANCAN總線協(xié)議中是通過一種非破壞性的仲裁方式來實(shí)現(xiàn)沖突檢測(cè)?？偩€協(xié)議中是通過一種非破壞性的仲裁方式來實(shí)現(xiàn)沖突檢測(cè)。這也就意味著當(dāng)總線出現(xiàn)發(fā)送沖突時(shí)，通過仲裁后原發(fā)送信息不這也就意味著當(dāng)總線出現(xiàn)發(fā)送沖突時(shí)，通過仲裁后原發(fā)送信息不會(huì)受到任何影響。

6、所有的仲裁判別都不會(huì)破壞優(yōu)先級(jí)高的報(bào)文信會(huì)受到任何影響。所有的仲裁判別都不會(huì)破壞優(yōu)先級(jí)高的報(bào)文信息內(nèi)容，也不會(huì)對(duì)其發(fā)送產(chǎn)生任何的時(shí)延。息內(nèi)容，也不會(huì)對(duì)其發(fā)送產(chǎn)生任何的時(shí)延。2 CAN總線的通信模式二、基于報(bào)文的通訊 CANCAN總線是一個(gè)基于報(bào)文而不是基于站點(diǎn)地址的協(xié)議。也總線是一個(gè)基于報(bào)文而不是基于站點(diǎn)地址的協(xié)議。也就是說報(bào)文不是按照地址從一個(gè)節(jié)點(diǎn)傳送到另一個(gè)節(jié)點(diǎn)。就是說報(bào)文不是按照地址從一個(gè)節(jié)點(diǎn)傳送到另一個(gè)節(jié)點(diǎn)。CANCAN總總線上報(bào)文所包含的內(nèi)容只有優(yōu)先級(jí)標(biāo)志區(qū)和欲傳送的數(shù)據(jù)內(nèi)容。線上報(bào)文所包含的內(nèi)容只有優(yōu)先級(jí)標(biāo)志區(qū)和欲傳送的數(shù)據(jù)內(nèi)容。所有節(jié)點(diǎn)都會(huì)接收到在總線上傳送的報(bào)文，并在正確接后發(fā)

7、出所有節(jié)點(diǎn)都會(huì)接收到在總線上傳送的報(bào)文，并在正確接后發(fā)出應(yīng)答確認(rèn)。至于該報(bào)文是否要做進(jìn)一步的處理或被丟棄將完全應(yīng)答確認(rèn)。至于該報(bào)文是否要做進(jìn)一步的處理或被丟棄將完全取決于接收節(jié)點(diǎn)本身。同一個(gè)報(bào)文可以發(fā)送給特定的站點(diǎn)或許取決于接收節(jié)點(diǎn)本身。同一個(gè)報(bào)文可以發(fā)送給特定的站點(diǎn)或許多站點(diǎn)，就看你怎樣去設(shè)計(jì)你的網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)。多站點(diǎn)，就看你怎樣去設(shè)計(jì)你的網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)。 基于報(bào)文的這種協(xié)議另外一個(gè)好處是新的節(jié)點(diǎn)可以隨時(shí)方便基于報(bào)文的這種協(xié)議另外一個(gè)好處是新的節(jié)點(diǎn)可以隨時(shí)方便地加入到現(xiàn)有的系統(tǒng)中，而不需對(duì)所有節(jié)點(diǎn)進(jìn)行重新編程以便地加入到現(xiàn)有的系統(tǒng)中，而不需對(duì)所有節(jié)點(diǎn)進(jìn)行重新編程以便它們能識(shí)別這一新節(jié)點(diǎn)。一旦新節(jié)點(diǎn)加

8、入到網(wǎng)絡(luò)中，它就開始它們能識(shí)別這一新節(jié)點(diǎn)。一旦新節(jié)點(diǎn)加入到網(wǎng)絡(luò)中，它就開始接收信息，判別信息標(biāo)識(shí)，然后決定是否作處理或直接丟棄。接收信息，判別信息標(biāo)識(shí)，然后決定是否作處理或直接丟棄。 2 CAN總線的通信模式三、CAN總線是一種高速的，具備復(fù)雜的錯(cuò)誤檢測(cè)和恢復(fù)能力的高可靠性強(qiáng)有力的網(wǎng)絡(luò) （1 1）高速性：）高速性： CANCAN總線一開始是為汽車工業(yè)而設(shè)計(jì)的，如果總線一開始是為汽車工業(yè)而設(shè)計(jì)的，如果要使這一市場(chǎng)能夠接受它，一個(gè)能高效處理出錯(cuò)情況的通訊要使這一市場(chǎng)能夠接受它，一個(gè)能高效處理出錯(cuò)情況的通訊協(xié)議是至關(guān)重要的。在發(fā)布了協(xié)議是至關(guān)重要的。在發(fā)布了2.0B2.0B版的版的CANCAN總線技

9、術(shù)規(guī)范后，總線技術(shù)規(guī)范后，其最大的通訊速率已經(jīng)比其最大的通訊速率已經(jīng)比1.01.0版提高了版提高了8 8倍，達(dá)倍，達(dá)1M1M位位/ /秒秒, ,在這在這種速率下，即便是對(duì)時(shí)間要求非常關(guān)鍵的參數(shù)也可以通過種速率下，即便是對(duì)時(shí)間要求非常關(guān)鍵的參數(shù)也可以通過CANCAN總線傳輸而不必?fù)?dān)心其時(shí)延。總線傳輸而不必?fù)?dān)心其時(shí)延。2 CAN總線的通信模式（2 2）CANCAN總線協(xié)議有一套完整的差錯(cuò)管理機(jī)制總線協(xié)議有一套完整的差錯(cuò)管理機(jī)制 能夠自動(dòng)地檢測(cè)出這些錯(cuò)誤信息，由此保證了被傳信能夠自動(dòng)地檢測(cè)出這些錯(cuò)誤信息，由此保證了被傳信息的正確必性和完整性。息的正確必性和完整性。錯(cuò)誤類型 發(fā)送錯(cuò)誤可通過發(fā)送錯(cuò)誤可通

10、過“CRCCRC出錯(cuò)出錯(cuò)”檢測(cè)到；檢測(cè)到； 普通接收錯(cuò)誤可通過普通接收錯(cuò)誤可通過“應(yīng)答出錯(cuò)應(yīng)答出錯(cuò)”檢測(cè)到；檢測(cè)到； CANCAN報(bào)文格式錯(cuò)誤可通過報(bào)文格式錯(cuò)誤可通過“格式出錯(cuò)格式出錯(cuò)”檢測(cè)到；檢測(cè)到； CANCAN總線信號(hào)錯(cuò)誤可通過總線信號(hào)錯(cuò)誤可通過“位出錯(cuò)位出錯(cuò)”檢測(cè)到；檢測(cè)到； 同步和定時(shí)錯(cuò)誤可通過同步和定時(shí)錯(cuò)誤可通過“阻塞出錯(cuò)阻塞出錯(cuò)”檢測(cè)到。檢測(cè)到。 3 3 CANCAN總線的總線的技術(shù)特點(diǎn)技術(shù)特點(diǎn) 由于其采用了許多新技術(shù)及獨(dú)特的設(shè)計(jì)與一般的通信總由于其采用了許多新技術(shù)及獨(dú)特的設(shè)計(jì)與一般的通信總線相比，線相比，CANCAN總線的數(shù)據(jù)通信具有突出的可靠性、實(shí)時(shí)性和總線的數(shù)據(jù)通信具有突出

11、的可靠性、實(shí)時(shí)性和靈活性。其特點(diǎn)可概括如下：靈活性。其特點(diǎn)可概括如下： 1.CAN1.CAN為多主工作方式，網(wǎng)絡(luò)上任意以節(jié)點(diǎn)均可在任意時(shí)刻主為多主工作方式，網(wǎng)絡(luò)上任意以節(jié)點(diǎn)均可在任意時(shí)刻主動(dòng)的地向網(wǎng)絡(luò)上其它節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，而不分主從。動(dòng)的地向網(wǎng)絡(luò)上其它節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，而不分主從。 2.CAN 2.CAN網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)信息分為不同的優(yōu)先級(jí)，可滿足不同的實(shí)網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)信息分為不同的優(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)最多可在時(shí)要求，高優(yōu)先級(jí)的數(shù)據(jù)最多可在134s134s內(nèi)得到傳輸。內(nèi)得到傳輸。 3.CAN 3.CAN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)采用非破壞性總線仲裁技術(shù)，當(dāng)多個(gè)

12、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)退出發(fā)送，而最高優(yōu)先送信息時(shí)，優(yōu)先級(jí)較低的節(jié)點(diǎn)會(huì)主動(dòng)退出發(fā)送，而最高優(yōu)先級(jí)的節(jié)點(diǎn)可不受影響的繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)。級(jí)的節(jié)點(diǎn)可不受影響的繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)。 4.CAN 4.CAN程序通過報(bào)文濾波即可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)及全局程序通過報(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)，無需專門的廣播等幾種方式傳送接收數(shù)據(jù)，無需專門的“調(diào)度調(diào)度”。 3 3 CANCAN總線的總線的技術(shù)特點(diǎn)技術(shù)特點(diǎn) 5.CAN5.CAN的直線通信距離最長可達(dá)的直線通信距離最長可達(dá)10km10km（速率（速率5Kbps5Kbps以下），通以下），通信速率最高可達(dá)信速

13、率最高可達(dá)1Mbps1Mbps（此時(shí)通信距離最長為（此時(shí)通信距離最長為40m40m）6.CAN6.CAN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)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)128128個(gè)；個(gè)；報(bào)文標(biāo)識(shí)符可達(dá)報(bào)文標(biāo)識(shí)符可達(dá)20322032種（種（CAN2.0ACAN2.0A），而擴(kuò)展標(biāo)準(zhǔn)），而擴(kuò)展標(biāo)準(zhǔn)（CAN2.0BCAN2.0B）的報(bào)文標(biāo)識(shí)符幾乎不受限制。）的報(bào)文標(biāo)識(shí)符幾乎不受限制。7.7.采用短幀結(jié)構(gòu)，傳輸時(shí)間短，受干擾概率低，具有良好的采用短幀結(jié)構(gòu)，傳輸時(shí)間短，受干擾概率低，具有良好的檢錯(cuò)效果。檢錯(cuò)效果。3 3 CANCAN總線的總線的技術(shù)特點(diǎn)技術(shù)特點(diǎn) 8.CAN8.CAN的每幀信息都有的每幀信息都有CRCCRC校驗(yàn)及其它檢錯(cuò)措施，保證了數(shù)校驗(yàn)及其它檢錯(cuò)措施，保證了數(shù)據(jù)出錯(cuò)率極低。據(jù)出錯(cuò)率極低。9.CAN9.CAN的通信介質(zhì)可為雙絞線、同軸電纜或光纖，選擇靈的通信介質(zhì)可為雙絞線、同軸電纜或光纖