基于單片機(jī)CAN總線的車燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文） 設(shè)計(jì)(論文)題目： 基于單片機(jī)CAN總線的車燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 二級(jí)學(xué)院： 專業(yè)： 班級(jí)： 學(xué)號(hào)： 提交日期： 2014年 5月15日 答辯日期： 2014年 5 月17日 目 錄摘 要IIIAbstractIV1 緒論11.1汽車電子的概念11.2汽車電子的發(fā)展過程11.3汽車電子的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)11.4汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)綜述21.5汽車網(wǎng)絡(luò)的分類及CAN協(xié)議31.6發(fā)展和使用汽車網(wǎng)絡(luò)的意義51.7本課題研究的內(nèi)容52 CAN總線的技術(shù)分析72.1 CAN總線的性能特點(diǎn)72.2 CAN總線的一些基本概念72.3 CAN總線的位數(shù)值表示與通信距離82.

2、4 CAN總線協(xié)議的技術(shù)規(guī)范92.5 CAN總線的報(bào)文及其幀格式142.6 CAN總線的錯(cuò)誤對(duì)策212.7 CAN總線的位定時(shí)和位同步223 硬件電路設(shè)計(jì)243.1 設(shè)計(jì)方案243.2元器件選擇263.3電源電路313.4按鍵電路323.5輸出電路334 車燈控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)344.1 系統(tǒng)應(yīng)用層協(xié)議制定34 4.2標(biāo)識(shí)符 ID 的定義344.3 數(shù)據(jù)域的編碼364.4 車燈控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)364.5 CAN 節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì)364.6 控制模塊程序設(shè)計(jì)394.7 子模塊程序設(shè)計(jì)414.8軟件測(cè)試425總結(jié)47參考文獻(xiàn)48附錄49致謝68基于單片機(jī)CAN總線的車燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘 要 近年來(lái)，隨著汽

3、車內(nèi)部電控系統(tǒng)的日益復(fù)雜，電子控制系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)通訊變得越來(lái)越重要，汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。CAN（Controller Area Network）總線是一種串行局域網(wǎng)總線，能有效支持分布式實(shí)時(shí)控制的串行通信。本文深入研究 CAN 總線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議及其技術(shù)規(guī)范，在 CAN 技術(shù)規(guī)范 CAN2.0B 的基礎(chǔ)上，完成車燈控制系統(tǒng)應(yīng)用層協(xié)議的制定。對(duì)汽車車燈系統(tǒng)組成進(jìn)行了分析，并將整車車燈控制系統(tǒng)分成了控制模塊、左前模塊、左后模塊、右前模塊、右后模塊和車內(nèi)照明模塊。采用了“CAN 單片機(jī)+CAN 收發(fā)器”的 CAN 節(jié)點(diǎn)構(gòu)成方案。在硬件設(shè)計(jì)部分對(duì)所用芯片進(jìn)行了介紹，并對(duì)各功能電路進(jìn)行了詳細(xì)分析，給出了詳細(xì)的

4、設(shè)計(jì)電路。闡述了車燈控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)思想，給出了 CAN 節(jié)點(diǎn)的程序設(shè)計(jì)，分析了控制模塊以及子模塊的程序功能并給出了程序流程圖。 關(guān)鍵詞：CAN 總線，89S52，SJA1000,車燈控制 The design of control system based on MCU CAN bus lampAbstractIn recent years, with the vehicle electronic control system within the growing complexity of electronic control systems for data communication

5、s is becoming increasingly important, automotive networking technology came into being. CAN (Controller Area Network) bus is a serial bus local area networks, can support distributed real-time control of the serial communication. This article studies the CAN bus network protocols and technical speci

6、fications, technical specifications CAN2.0B in CAN based on the complete light control system, the development application layer protocol. Composition of vehicle headlights systems analysis and vehicle lights control system is divided into a control module, left the module, left rear module, right f

7、ront module, right after the module and the interior lighting module. Adopted the "CAN MCU + CAN transceiver," the CAN nodes of the program. In the hardware design used by some of the chips were introduced, and the functions carried out a detailed analysis of the circuit, given the detaile

8、d design of the circuit. Described light control system software design, gives the program CAN node design, analysis, control sub-module of the program modules and features and gives the program flow chart. Key words: CAN Bus, 89S52, SJA1000,Light Control 1 緒 論1.1汽車電子的概念汽車電子是指應(yīng)用于汽車上的有利于提升汽車駕駛安全性、減少燃

9、料消耗、減少?gòu)U氣排放以及增加駕乘舒適性和便捷性的電子裝置。汽車電子化被認(rèn)為是汽車技術(shù)發(fā)展進(jìn)程中的一次革命，汽車電子化的程度被看作是衡量現(xiàn)代汽車發(fā)展水平的重要標(biāo)志，是用來(lái)開發(fā)新車型，改進(jìn)汽車性能最重要的技術(shù)措施?？偟恼f來(lái)，汽車電子技術(shù)是一個(gè)技術(shù)復(fù)雜、門類多、知識(shí)密集的高技術(shù)領(lǐng)域，涉及電子、機(jī)械、計(jì)算機(jī)等多個(gè)學(xué)科。汽車正由單純的機(jī)械產(chǎn)品向機(jī)電一體化(機(jī)電熱、機(jī)電液、機(jī)電光)方向發(fā)展，汽車必將進(jìn)入電腦控制的“電子汽車”時(shí)代。1.2汽車電子的發(fā)展過程汽車電子化的過程經(jīng)歷了四個(gè)階段：二極管的發(fā)明促使了汽車電子的誕生（第一階段，車載收音機(jī)、發(fā)電機(jī)硅整流器、晶體管無(wú)觸點(diǎn)點(diǎn)火技術(shù)是當(dāng)時(shí)的代表技術(shù)）、晶體管和模

10、擬集成電路的誕生促生了汽車電子技術(shù)的第二階段（發(fā)電機(jī)電子管理系統(tǒng)、電控自動(dòng)變速器系統(tǒng)、制動(dòng)防抱死系統(tǒng)得到了很大的發(fā)展）、微型計(jì)算機(jī)的興起使汽車電子進(jìn)入了第三階段（動(dòng)力傳動(dòng)總成控制系統(tǒng)、制動(dòng)/轉(zhuǎn)向/懸架控制系統(tǒng)、車身電子控制系統(tǒng)、通訊和導(dǎo)航系統(tǒng)等）、靈巧傳感器和大容量存儲(chǔ)系統(tǒng)的發(fā)展使汽車電子進(jìn)入第四階段（電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、傳感器技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和機(jī)電一體化得到了很大的發(fā)展）。 1.3汽車電子的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)改變世界的機(jī)器是汽車，而改造當(dāng)代汽車并使其發(fā)生質(zhì)的變化的是電子信息化。當(dāng)代汽車越來(lái)越廣泛地采用電子信息技術(shù)，以提升汽車的性能和服務(wù)功能，滿足人們的各種辦公和娛樂需要，使汽車從單純的代步工具

11、逐漸演變成“流動(dòng)的辦公室”、 “流動(dòng)的家庭”和“流動(dòng)的娛樂室”。 當(dāng)代汽車技術(shù)的發(fā)展緊緊圍繞著安全、環(huán)保、節(jié)能、舒適這四個(gè)主題，電子信息化也正是從上述四個(gè)方面逐步提升汽車性能。當(dāng)前汽車電子產(chǎn)品中使用最廣泛的、超過汽車電子產(chǎn)品銷售額 50%的是娛樂和舒適性產(chǎn)品。如各種車載收放機(jī)、CD機(jī)、DVD 機(jī)、車載電話、導(dǎo)航設(shè)施，以及車身各附件控制模塊等。這些設(shè)施不涉及汽車基本功能，只是增加輔助功能而己。可以說成熟的家電產(chǎn)品都可以移植到汽車上使用。 汽車電子的技術(shù)基礎(chǔ)來(lái)源于半導(dǎo)體行業(yè)、軟件行業(yè)、傳感器和執(zhí)行器等電子技術(shù)的發(fā)展。汽車電子技術(shù)行業(yè)的發(fā)展最終依賴于汽車工業(yè)的蓬勃發(fā)展以及汽車工業(yè)在工業(yè)領(lǐng)域中所處的地

12、位。2003 年中國(guó)汽車的產(chǎn)銷量高達(dá) 444 萬(wàn)輛，其中轎車占201 萬(wàn)輛，并以超過兩位數(shù)的年增長(zhǎng)率持續(xù)發(fā)展。中國(guó)汽車市場(chǎng)由潛在變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，中國(guó)汽車電子信息產(chǎn)品市場(chǎng)也隨之迅速擴(kuò)大，部分核心控制技術(shù)正在逐步國(guó)產(chǎn)化。 隨著集成控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，汽車電子技術(shù)已明顯向集成化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化等方向發(fā)展。 集成化 近年來(lái)嵌入式系統(tǒng)、局域網(wǎng)控制和數(shù)據(jù)總線技術(shù)的成熟，使汽車電子控制系統(tǒng)的集成成為汽車技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。將發(fā)電機(jī)管理系統(tǒng)和自動(dòng)變速器控制系統(tǒng)，集成為動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的綜合控制；將制動(dòng)防抱死控制系統(tǒng)、牽引力控制系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)防滑控制系統(tǒng)綜合在一起進(jìn)行制動(dòng)控制；通過中央底盤控制器，將制動(dòng)、懸

13、架、轉(zhuǎn)向、動(dòng)力傳動(dòng)等控制系統(tǒng)通過縱向進(jìn)行連接，控制器通過復(fù)雜的控制運(yùn)算，對(duì)各子系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)調(diào)，將車輛行駛性能控制到最佳水平，形成一體化底盤控制系統(tǒng)。 智能化 智能化傳感技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，加快了汽車的智能化進(jìn)程。汽車智能化相關(guān)的技術(shù)問題已受到汽車制造商的高度重視。其主要技術(shù)中“自動(dòng)駕駛儀”的構(gòu)想必將依賴于電子技術(shù)實(shí)現(xiàn)。智能交通系統(tǒng)（ITS）的開發(fā)將與電子、衛(wèi)星定位等多個(gè)交叉學(xué)科相結(jié)合，能根據(jù)駕駛員提供的目標(biāo)資料，向駕駛員提供距離最短而且能繞開車輛密度相對(duì)集中處的最佳行駛路線。它裝有電子地圖，可以顯示出前方道路、并采用衛(wèi)星導(dǎo)航。從全球定位衛(wèi)星獲取沿途天氣、車流量、交通事故、交通堵塞等各種情況，

14、自動(dòng)篩選出最佳行車路線。 網(wǎng)絡(luò)化 隨著越來(lái)越多的電控器件應(yīng)用在汽車上，車載電子設(shè)備間的數(shù)據(jù)通信變得越來(lái)越重要。以分布式控制系統(tǒng)為基礎(chǔ)構(gòu)造汽車車載電子網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是十分必要的。大量數(shù)據(jù)的快速交換、高可靠性及低成本是對(duì)汽車電子網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的要求。在該系統(tǒng)中，各子處理機(jī)獨(dú)立運(yùn)行，控制改善汽車某一方面的性能，同時(shí)在其它處理機(jī)需要時(shí)提供數(shù)據(jù)服務(wù)。主處理機(jī)收集整理各子處理機(jī)的數(shù)據(jù)，并生成車況顯示。通信控制器保證數(shù)據(jù)的正常流動(dòng)。 電子技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于汽車的各個(gè)領(lǐng)域，極大地改善了汽車的綜合性能，使汽車在安全、節(jié)能、環(huán)保、舒適等各方面都有了長(zhǎng)足的進(jìn)步。1.4汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)綜述汽車網(wǎng)絡(luò)是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線控制技

15、術(shù)在汽車中應(yīng)用的結(jié)果。汽車網(wǎng)絡(luò)控制是研究如何利用總線數(shù)據(jù)通信原理實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代汽車中各個(gè)獨(dú)立電子系統(tǒng)和控制裝置間控制信息傳遞通道的簡(jiǎn)潔互連，實(shí)時(shí)、可靠的數(shù)據(jù)交換及綜合協(xié)調(diào)控制的一門最新技術(shù)。它是以科學(xué)、合理的數(shù)據(jù)通信協(xié)議及支持這樣協(xié)議的大規(guī)模集成電路器件為基礎(chǔ)的，是汽車行業(yè)發(fā)展的必然結(jié)果。早期的汽車網(wǎng)絡(luò)中，通用網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)并未得到廣泛的認(rèn)同和應(yīng)用，用戶通常利用自己制定的電路和通用異步收發(fā)器(UART)設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的串行通信。由于沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，各汽車制造商都有一套獨(dú)立定義的接口規(guī)范和專用供應(yīng)商。這樣，供應(yīng)商雖然縱向緊密地與汽車制造商合作，卻缺乏與其它供應(yīng)商的橫向聯(lián)系，導(dǎo)致生產(chǎn)的同類產(chǎn)品不能兼容互換。 采

16、用標(biāo)準(zhǔn)化網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以后，各供應(yīng)商按照統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)部件，提高了同類產(chǎn)品的兼容性和互換性。而汽車制造商可以委托任意一家合格的供應(yīng)商開發(fā)符合標(biāo)準(zhǔn)的模塊。 國(guó)際著名汽車制造商和零部件制造商于二十世紀(jì)八十年代就致力于汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研究與應(yīng)用，迄今已推出多種網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，如 J1850、VAN、CAN 等。在各種汽車網(wǎng)絡(luò)中，CAN 以其獨(dú)特的設(shè)計(jì)，優(yōu)異的性能和極高的可靠性得到了最為廣泛的應(yīng)用。尤其在歐洲，Daimler Chrysler、BMW、Volkswagen 及Volvo 公司等都將 CAN 作為他們電子系統(tǒng)控制器網(wǎng)絡(luò)化的一種手段。美國(guó)的制造商也正逐步將他們的汽車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)由 J1850 過渡到 CAN

17、。隨著汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，特別是 X-by-Wire 技術(shù)的提出，近幾年又誕生了許多新的協(xié)議，如 LIN、FlexRay、 ByteFlight和 TTP。這些協(xié)議有的可以直接劃歸到SAE 的分類中，而有些則不太好確定其分類歸屬。因此，大量新協(xié)議的誕生必然會(huì)導(dǎo)致對(duì)車用網(wǎng)絡(luò)分類的重新劃分。 汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的作用 在汽車中引入網(wǎng)絡(luò)技術(shù)最初是為了解決日益增長(zhǎng)的線束問題，后來(lái)逐漸演繹出另外一個(gè)重要功能，即優(yōu)化汽車電子控制。目前，汽車電子控制已經(jīng)從初期的“電子-機(jī)械替代”階段過渡到“獨(dú)立系統(tǒng)的精確量化反饋控制”階段，并朝著“多目標(biāo)綜合控制和智能化控制”的方向發(fā)展，即把整體上相關(guān)、功能上相對(duì)獨(dú)立而位置上

18、分布安裝的電子系統(tǒng)或裝置組成一個(gè)協(xié)調(diào)控制的綜合系統(tǒng)。為了實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)的優(yōu)化控制，進(jìn)一步全面提高汽車的整體性能，根據(jù)智能化的要求和綜合協(xié)調(diào)控制的特點(diǎn)，綜合控制系統(tǒng)將更多地依賴系統(tǒng)內(nèi)、外部信息的獲取，這要求互相獨(dú)立的電子系統(tǒng)和裝置間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和信息傳遞。因此，現(xiàn)代汽車采用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)解決分布式控制是一種必然，使用汽車網(wǎng)絡(luò)不僅可以減少線束，而且能夠提高各控制系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性，減少冗余的傳感器及相應(yīng)的軟硬件配置，實(shí)現(xiàn)各子系統(tǒng)之間的資源共享，便于集中實(shí)現(xiàn)各子系統(tǒng)的在線故障診斷。 汽車電子控制采用網(wǎng)絡(luò)化設(shè)計(jì)可大大降低設(shè)計(jì)成本，縮短設(shè)計(jì)周期，其經(jīng)濟(jì)效益是十分明顯的。為此最初只屬于高檔車的網(wǎng)絡(luò)概念，現(xiàn)已逐步擴(kuò)展到

19、大批量生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)型車上。今天網(wǎng)絡(luò)化的電子系統(tǒng)已成為所有級(jí)別汽車中至關(guān)重要的部件。 1.5汽車網(wǎng)絡(luò)的分類及CAN協(xié)議汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)從二十世紀(jì)八十年代提出以來(lái)，至今存在許多側(cè)重功能不同的汽車網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。為方便研究和設(shè)計(jì)應(yīng)用，二十世紀(jì)九十年代中期SAE(Society of Automotive Engineer)把車用網(wǎng)絡(luò)分為 A、B、C、D、E 五類，其中，A 類網(wǎng)為面向執(zhí)行器、傳感器的低速網(wǎng)絡(luò)，LIN、TTP/A 將成為其主流協(xié)議；B 類網(wǎng)為面向數(shù)據(jù)共享的中速網(wǎng)絡(luò)，其主流協(xié)議將是CAN(ISO 11891-3)、SAE J1850、VAN 等協(xié)議；C 類網(wǎng)為面向?qū)崟r(shí)控制的高速網(wǎng) 絡(luò)， 其主 流 協(xié)

20、 議 為 CAN(ISO 11891-2) 、 TTPTM/C(Time-Triggered Protocol)、FlexRay 等協(xié)議；D 類網(wǎng)主要面向多媒體、導(dǎo)航系統(tǒng)等，目前該類網(wǎng)絡(luò)的主流協(xié)議為：D2B(Domestic Digital Bus)、MOST(Media Oriented SystemsTransport)；E 類網(wǎng)是面向乘員安全系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)，主要應(yīng)用于車輛被動(dòng)性安全領(lǐng)域，該類網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議有 Byteflight 等。如表 1-1 所示。 表 1-1 汽車網(wǎng)絡(luò)分類網(wǎng)絡(luò)分類位傳輸速率應(yīng)用場(chǎng)合A 類低速，<10Kbps應(yīng)用于只需傳輸少量數(shù)據(jù)的場(chǎng)合，如行李箱控制 B 類中速，10

21、125Kbps應(yīng)用于一般的信息傳輸場(chǎng)合，如儀表 C 類高速，125K1Mbps應(yīng)用于實(shí)時(shí)控制的場(chǎng)合，如動(dòng)力系統(tǒng)D 類高速，>1Mbps 應(yīng)用于更嚴(yán)格的實(shí)時(shí)控制場(chǎng)合及多媒體控制 E 類高速，>5Mbps 應(yīng)用于車輛被動(dòng)安全性領(lǐng)域，如安全系統(tǒng)其中，控制器局域網(wǎng) CAN(Controller Area Network)是 80 年代初 BOSCH 公司為解決現(xiàn)代汽車中眾多控制單元、測(cè)試儀器之間的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換而開發(fā)的一種串行通信協(xié)議，經(jīng)多次修訂，于 1991 年 9 月形成技術(shù)規(guī)范 2.0 版本。該版本包括2.0A 和 2.0B 兩部分。2.0A 給出了曾在 CAN 技術(shù)規(guī)范版本 1.2

22、中定義的 CAN報(bào)文格式，而 2.0B 給出了標(biāo)準(zhǔn)(11 位)和擴(kuò)展(29 位)兩種報(bào)文格式。1993 年 11月 ISO 正式頒布了道路交通運(yùn)輸工具數(shù)據(jù)信息交換高速通信控制器局域網(wǎng)(CAN)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn) ISO 11898,為控制器的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化鋪平了道路。此后，越來(lái)越多的美國(guó)汽車公司采用 CAN 網(wǎng)絡(luò)。在 1994 年美國(guó)汽車工程師協(xié)會(huì)卡車和巴士控制和通信子協(xié)會(huì)選擇 CAN 作為 J1939 標(biāo)準(zhǔn)(在卡車和巴士中應(yīng)用的 C 類網(wǎng)絡(luò))的基礎(chǔ)。作為汽車網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 CAN 的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)有：ISO 11898-2(高速 CAN)、ISO 11898-3(具有容錯(cuò)功能的 CAN)和 ISO 11898-4

23、(TTCAN)。目前CAN 已經(jīng)成為 B、C 類網(wǎng)絡(luò)的世界標(biāo)準(zhǔn)。 CAN 總線通信接口集成了 CAN 協(xié)議的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層功能，可完成對(duì)通信數(shù)據(jù)的成幀處理。CAN 協(xié)議的一個(gè)最大特點(diǎn)是廢除了傳統(tǒng)的站地址編碼，而代之以對(duì)通信數(shù)據(jù)塊進(jìn)行編碼。數(shù)據(jù)幀的標(biāo)識(shí)碼可由 11 位或 29 位組成，CAN2.0B 規(guī)定在標(biāo)識(shí)符的前七位不能同時(shí)為邏輯零，這種按數(shù)據(jù)幀編碼的方式，還可使不同的節(jié)點(diǎn)同時(shí)接收到相同的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)段長(zhǎng)度最多為 8 個(gè)字節(jié)，可滿足通常工業(yè)領(lǐng)域中控制命令、工作狀態(tài)及測(cè)試數(shù)據(jù)的一般要求。同時(shí)，8 個(gè)字節(jié)不會(huì)占用過長(zhǎng)的總線時(shí)間，從而保證了通信的實(shí)時(shí)性。CAN 協(xié)議采用 CRC 檢驗(yàn)并可提供相應(yīng)

24、的錯(cuò)誤處理功能，保證數(shù)據(jù)通信的可靠性。它具有下列主要特性： 1.CAN 為多主方式工作，不分主從，通信方式靈活，通過報(bào)文標(biāo)識(shí)符通信，無(wú)需站地址等節(jié)點(diǎn)信息； 2.CAN 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； 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)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)可不受影響地繼續(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； 4.CAN 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(wú)需專門的“調(diào)度”； 5.CAN 的直接通信距離最

25、遠(yuǎn)可達(dá) 10km(速率 5kbps 以下)； 6.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) 110 個(gè)。報(bào)文標(biāo)識(shí)符可達(dá) 2032 種(CAN2.0A)，而擴(kuò)展標(biāo)準(zhǔn)(CAN2.0B)的報(bào)文標(biāo)識(shí)符幾乎不受限制； 7.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。CAN 的每幀信息都有 CRC 校驗(yàn)及其它檢錯(cuò)措施，降低了數(shù)據(jù)出錯(cuò)概率。CAN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，以使總線上其它節(jié)點(diǎn)的操作不受影響； 8.CAN 的通信介質(zhì)可為雙絞線、同軸電纜或光纖，選擇靈活。1.6發(fā)展和使用汽車網(wǎng)絡(luò)的意義近年來(lái)，隨著汽車內(nèi)部電控系統(tǒng)的日益復(fù)雜，以及對(duì)汽車內(nèi)部控制功能單元相互

26、之間通訊能力要求的日益增長(zhǎng)，采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連線，就需要大把的線束，這種傳統(tǒng)構(gòu)建汽車內(nèi)部通訊的方式在電線布置、可靠性以及重量等方面都給汽車的設(shè)計(jì)和制造帶來(lái)了很大的困擾。電子控制系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)通訊變得越來(lái)越重要，因此圍繞減少車內(nèi)連線，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和快速交換，同時(shí)提高可靠性等方面，在快速發(fā)展的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了以分布式控制單元為基礎(chǔ)構(gòu)造的汽車電子網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。 汽車網(wǎng)絡(luò)是指借助雙絞線、同軸電纜或光纖等通訊介質(zhì)，將車內(nèi)眾多的控制模塊（或節(jié)點(diǎn)）聯(lián)結(jié)起來(lái)，使若干的傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和ECU 公用一個(gè)公共的數(shù)據(jù)通道，通過某種通訊協(xié)議，在網(wǎng)絡(luò)控制器的管理下共享傳輸通道和數(shù)據(jù)。汽車網(wǎng)絡(luò)最開始出現(xiàn)在高檔豪華汽車上，也

27、缺少相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)化的通訊協(xié)議的支持。隨著越來(lái)越復(fù)雜、精密的功能單元被委托給外部供應(yīng)商生產(chǎn)，汽車制造商開始從定義各自的專門協(xié)議發(fā)展到采用整個(gè)業(yè)界范圍內(nèi)認(rèn)可的標(biāo)準(zhǔn)化通訊協(xié)議，提供了不同供應(yīng)商的產(chǎn)品進(jìn)行系統(tǒng)集成的可能性，使汽車網(wǎng)絡(luò)迅速進(jìn)入主流車型，到今天車載電控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為現(xiàn)代車輛中至關(guān)重要的部分，在我國(guó)也已形成研究和開發(fā)使用的熱潮。汽車網(wǎng)絡(luò)減少了線束的使用，改善了系統(tǒng)的靈活性，通過系統(tǒng)的軟件可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的變化, 消除了冗余傳感器，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)共享，也提高了對(duì)系統(tǒng)故障的診斷能力?？梢哉f一輛車就是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，汽車的智能化也是在網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上才能實(shí)現(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)還把汽車的行駛狀態(tài)參數(shù)傳送到顯示屏上，司機(jī)可一目

28、了然，大大方便了駕駛。 汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是：在應(yīng)用層協(xié)議和數(shù)據(jù)定義統(tǒng)一的基礎(chǔ)上，可以使之成為一個(gè)“開放式系統(tǒng)”，具有很強(qiáng)的靈活性。對(duì)于任何遵循上述協(xié)議的供應(yīng)商所生產(chǎn)的控制單元都可輕易添加入該網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中或者從網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中去除，系統(tǒng)幾乎不需要做任何硬件和軟件的修改，這完全符合現(xiàn)代汽車平臺(tái)式設(shè)計(jì)的理念。使用汽車網(wǎng)絡(luò)不僅可以減少線束，而且能夠提高各控制系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性，減少冗余的傳感器及相應(yīng)的軟硬件配置，實(shí)現(xiàn)各子系統(tǒng)之間的資源共享，便于集中實(shí)現(xiàn)各子系統(tǒng)的在線故障診斷。因此汽車電子控制采用網(wǎng)絡(luò)化設(shè)計(jì)可大大降低設(shè)計(jì)成本，縮短設(shè)計(jì)周期，其經(jīng)濟(jì)效益是十分明顯的。專家認(rèn)為，21 世紀(jì)的汽車電子控制將以網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為

29、核心。 1.7本課題研究的內(nèi)容本課題所研究的 CAN 總線車燈控制系統(tǒng)，可以簡(jiǎn)潔汽車網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)、促進(jìn)產(chǎn)品的實(shí)用化和低成本化。 本文主要研究?jī)?nèi)容如下： 1.深入研究 CAN 總線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議及其技術(shù)規(guī)范，在 CAN 技術(shù)規(guī)范 CAN2.0B 的基礎(chǔ)上，完成車燈控制系統(tǒng)應(yīng)用層協(xié)議的制定。 2.提出車燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行硬件電路設(shè)計(jì)，包括對(duì)所用芯片材料的收集、翻譯、學(xué)習(xí)直至應(yīng)用，對(duì)各個(gè)功能電路進(jìn)行分析并給出設(shè)計(jì)電路。 3.對(duì)車燈控制系統(tǒng)的軟件進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，給出程序流程圖，實(shí)現(xiàn)基于 CAN 總線的汽車車燈控制網(wǎng)絡(luò)的通信和對(duì)汽車車燈的控制。2 CAN總線線的技術(shù)分析 2.1 CAN總線的性能特點(diǎn)CAN

30、 屬于總線式串行通信網(wǎng)絡(luò)，由于其采用了許多新技術(shù)及其獨(dú)特的設(shè)計(jì)，與一般的通信總線相比，CAN 總線的數(shù)據(jù)通信具有突出的可靠性、實(shí)時(shí)性和靈活性，因而一些世界著名的汽車廠商如 BENZ，BMW，PORSCHE 等都采用 CAN 總線來(lái)實(shí)現(xiàn)汽車內(nèi)部控制系統(tǒng)與各檢測(cè)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)間的數(shù)據(jù)通信。其特點(diǎn)可概括如下: CAN 是到目前為止唯一有國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場(chǎng)總線。 CAN 為多主方式工作，網(wǎng)絡(luò)上任一節(jié)點(diǎn)均可在任意時(shí)刻主動(dòng)地向網(wǎng)絡(luò)上其它節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，而不分主從。 CAN 網(wǎng)絡(luò)上節(jié)點(diǎn)可分成不同的優(yōu)先級(jí)，以滿足不同的實(shí)時(shí)要求，優(yōu)先級(jí)高的數(shù)據(jù)最多可在 134s得到傳輸，CAN總線最大的特點(diǎn)是廢除了傳統(tǒng)的站地址編碼，而代

31、之以對(duì)通信數(shù)據(jù)塊進(jìn)行編碼。 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)向網(wǎng)絡(luò)上傳送信息時(shí)，優(yōu)先級(jí)低的節(jié)點(diǎn)主動(dòng)退出數(shù)據(jù)發(fā)送，而優(yōu)先級(jí)高的節(jié)點(diǎn)可不受影響地繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)，此后，被延后的低優(yōu)先級(jí)節(jié)點(diǎn)重新進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。有效避免了總線沖突，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，不像以太網(wǎng)那樣沖突的各節(jié)點(diǎn)均需重新發(fā)送。 CAN 節(jié)點(diǎn)只需通過對(duì)報(bào)文的標(biāo)識(shí)符濾波即可實(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)。 CAN 直接通訊距離最遠(yuǎn)可達(dá) 10km（速率在 5K/ps 以下）；通訊速率最高可達(dá) 1Mb/s（此時(shí)通信距離最長(zhǎng)為 40m）。CAN 系

32、統(tǒng)內(nèi)兩個(gè)任意節(jié)點(diǎn)之間的最大傳輸距離與其位速率有關(guān)。 CAN 總線上的節(jié)點(diǎn)數(shù)主要取決于總線驅(qū)動(dòng)電路，目前可達(dá) 110 個(gè)。 CAN 報(bào)文采用短幀結(jié)構(gòu)。每一幀的有效字節(jié)數(shù)為 8 個(gè)，傳輸時(shí)間短，受干擾的概率低，重新發(fā)送時(shí)間短，保證了數(shù)據(jù)出錯(cuò)率極低。 CAN 的每幀信息都有 CRC 校驗(yàn)及其它檢錯(cuò)措施，具有極好的檢錯(cuò)效果。 通訊介質(zhì)可為雙絞線、同軸電纜或光纖，并且可配合使用，選擇靈活。 CAN 總線具有較高的性價(jià)比。它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，器件容易購(gòu)置，每個(gè)節(jié)點(diǎn)的價(jià)格較低，且用戶接口簡(jiǎn)單，能充分利用現(xiàn)有的單片機(jī)開發(fā)工具。 CAN 節(jié)點(diǎn)在錯(cuò)誤嚴(yán)重的情況下，具有自動(dòng)關(guān)閉總線的功能，切斷它與總線的聯(lián)系，以使總線上其它

33、操作不受影響。 2.2 CAN總線的一些基本概念1.發(fā)送器和接收器 在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，發(fā)出報(bào)文的單元稱之為該報(bào)文的發(fā)送器，該單元在總線空閑或該單元丟失仲裁前恒為發(fā)送器。若一個(gè)單元不是報(bào)文發(fā)送器，并且總線不處于空閑狀態(tài)，則稱該單元為接收器。 對(duì)于報(bào)文發(fā)送器和接收器，報(bào)文的實(shí)際有效事件是不一樣的。對(duì)于發(fā)送器而言，如果直到幀結(jié)束末尾一直沒出錯(cuò)，則對(duì)于發(fā)送器報(bào)文有效；如果報(bào)文受損，將允許按照優(yōu)先權(quán)次序自動(dòng)重新發(fā)送；為了能同其它報(bào)文訪問總線進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)，總線一旦空閑重發(fā)送立即開始。對(duì)于接收器而言，如果直到幀結(jié)束的最后一位一直沒出錯(cuò)，則對(duì)于接收器報(bào)文有效。 2.位填充、編碼和位表達(dá)方式 構(gòu)成一幀的幀起始、仲裁

34、域、控制域、數(shù)據(jù)域和 CRC 序列均借助位填充規(guī)則進(jìn)行編碼，當(dāng)發(fā)送器在被發(fā)送的位流中監(jiān)測(cè)到五位連續(xù)的相同數(shù)值時(shí)，將自動(dòng)地在實(shí)際的發(fā)送位流中插入一個(gè)補(bǔ)碼位。 數(shù)據(jù)幀或遠(yuǎn)程幀的其余位域采用固定格式，不進(jìn)行填充。出錯(cuò)幀和超載幀同樣是固定格式，并且也不用位填充規(guī)則進(jìn)行編碼。 報(bào)文中的位流按照非歸零(NRZ-Non Return to Zero)碼方法編碼，這意味著一個(gè)完整位的位電平要么是“顯性”(邏輯 0)，要么是“隱性”(邏輯 1)。 a. 當(dāng)總線上的 CAN 控制器發(fā)送的都是隱性位時(shí)，此時(shí)總線狀態(tài)是隱性位； b. 如果總線上有顯性位出現(xiàn)，隱性位總是讓位于顯性位，即總線上是顯性位狀態(tài)。 3.幀格式

35、在 CAN2.0B 中存在兩種不同的幀格式，其區(qū)別在于標(biāo)識(shí)符的長(zhǎng)度：具有11 位標(biāo)識(shí)符的幀稱之為標(biāo)準(zhǔn)幀，而具有 29 位標(biāo)識(shí)符的幀稱之為擴(kuò)展幀。 如 CAN 技術(shù)規(guī)范 1.2 版本所描述，標(biāo)準(zhǔn)幀格式數(shù)據(jù)/遠(yuǎn)程幀格式是等效的，而擴(kuò)展格式是 CAN2.0B 協(xié)議4.報(bào)文濾波 CAN 技術(shù)規(guī)范 2.0B 對(duì)于報(bào)文濾波特別加以描述。報(bào)文濾波以整個(gè)標(biāo)識(shí)符為基準(zhǔn)。允許將任何標(biāo)識(shí)符位設(shè)置為對(duì)報(bào)文濾波是“不考慮的”。屏蔽寄存器可用于選擇一組標(biāo)識(shí)符，以便映像至接收緩存器中。如果使用屏蔽寄存器，屏蔽寄存器的每一位必須是可編程的，并且它們對(duì)于報(bào)文濾波是可開放或禁止的。屏蔽寄存器的長(zhǎng)度可以是整個(gè)標(biāo)識(shí)符，也可以是其中一

36、部分。新增加的特性。為使控制器設(shè)計(jì)相對(duì)簡(jiǎn)單，并不要求執(zhí)行完全的擴(kuò)展格式，對(duì)于新型控制器而言，必須不加任何限制的支持標(biāo)準(zhǔn)格式。 2.3 CAN總線的位數(shù)值表示與通信距離2.3.1 CAN總線的位數(shù)值表示由于 CAN 總線中傳送的是差分電壓信號(hào)，雙線受到的干擾是一致的，能夠有效避免或減少各種電磁噪聲帶來(lái)的影響。CAN 總線上用“顯性”(Dominant)和“隱性”(Recessive)兩個(gè)互補(bǔ)的邏輯值表示“0”和“1”。如圖 2.1 所示，VCAN-H和 VCAN-L為 CAN 總線收發(fā)器與總線之間的兩接口引腳電壓，靜態(tài)時(shí)均是 2.5V 左右，此時(shí)狀態(tài)表示為邏輯“1”，稱為“隱性”，在隱性狀態(tài)下，

37、VCAN-H和 VCAN-L被固定于平均電壓電平附近，Vdiff近似于 0。用 VCAN-H比 VCAN-L高表示邏輯“0”，稱為“顯性”，此時(shí)，通常電壓值為：VCAN-H=3.5V 和 VCAN-L=1.5V，顯性狀態(tài)以大于最小閥值的差分電壓表示。在總線空閑或“隱性”位期間，發(fā)送“隱性”狀態(tài)。在“顯性”和“隱性”位同時(shí)發(fā)送時(shí)，最后總線數(shù)值將為“顯性”(即“0”與“1”的結(jié)果為“0”)。 圖 2.1 總線的位數(shù)值表示 2.3.2 CAN總線的通信距離在總線范圍內(nèi)保證數(shù)據(jù)的一致性是 CAN 總線的一個(gè)重要特性，總線上每一幀報(bào)文對(duì)各節(jié)點(diǎn)應(yīng)保證同時(shí)有效，即滿足時(shí)間和空間的一致性條件下，CAN 總線的

38、標(biāo)稱傳輸速率為 1Mb/s，距離不超過 40m。降低傳輸速率可以相應(yīng)的延長(zhǎng)總線距離，這點(diǎn)在遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)中非常有用，其傳輸速率與傳輸距離有類似比例關(guān)系，主要與介質(zhì)的通信頻譜、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)阻抗等因素有關(guān)，表 2-1 是傳輸速率與總線長(zhǎng)度的關(guān)系圖。這里的最大通信距離是指在同一條總線上兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的距離，在實(shí)際運(yùn)用中，還要根據(jù)設(shè)定的網(wǎng)絡(luò)傳輸速度、CAN 收發(fā)器特性，通過具體計(jì)算才能準(zhǔn)確得到系統(tǒng)兩點(diǎn)間最遠(yuǎn)距離。表 2.1 CAN 總線系統(tǒng)任意兩節(jié)點(diǎn)之間的最大距離位速率/Kb/s 10005002501251005020105最大距離/m 40130270530620130033006700100002.

39、4 CAN總線協(xié)議的技術(shù)規(guī)范由于 CAN 技術(shù)應(yīng)用的普遍推廣，導(dǎo)致要求通信協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)化。為此，1991 年9 月 Bosch 公司制定并發(fā)布了 CAN 技術(shù)規(guī)范（Version 2.0）。該技術(shù)規(guī)范包括 A 和 B兩部分。2.0A 給出了標(biāo)準(zhǔn) CAN 報(bào)文格式，而 2.0B 給出了標(biāo)準(zhǔn)和擴(kuò)展兩種報(bào)文格式。標(biāo)準(zhǔn)幀報(bào)文標(biāo)識(shí)符有 11 位，擴(kuò)展幀的報(bào)文標(biāo)識(shí)符有 29 位。2.4.1 CAN總線的分層結(jié)構(gòu)CAN 網(wǎng)絡(luò)是一串行通訊協(xié)議，它可以非常有效地構(gòu)成分布式實(shí)時(shí)過程/監(jiān)測(cè)/控制系統(tǒng)，并且有非常高的可靠性。其應(yīng)用范圍包括高速的通訊網(wǎng)絡(luò)，以及低成本、高性能的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備互連。其結(jié)構(gòu)如圖2.2應(yīng)用層目標(biāo)層 報(bào)

40、文濾波 報(bào)文和狀態(tài)的處理 傳送層 故障界定 錯(cuò)誤檢測(cè)和標(biāo)定 報(bào)文校驗(yàn) 應(yīng)答 總線仲裁 報(bào)文分幀 傳輸速率和定時(shí) 物理層 信號(hào)電平及位表示 傳輸媒體 圖 2.2 CAN 總線協(xié)議的分層結(jié)構(gòu)CAN 協(xié)議分層結(jié)構(gòu)如圖 2.2 所示。CAN 總線規(guī)范規(guī)定了任意兩個(gè) CAN 節(jié)點(diǎn)之間的兼容性，包括電氣特性及數(shù)據(jù)解釋協(xié)議，為保證設(shè)計(jì)使用的透明性及執(zhí)行的靈活性，CAN 協(xié)議分為三層：目標(biāo)層、傳送層、物理層。其中目標(biāo)層及傳送層包括了 ISO/OSI(International Standardization Organization/Open System Interconnection)定義的數(shù)據(jù)鏈路層所有

41、功能。 目標(biāo)層的功能包括：1.確認(rèn)哪個(gè)信息是要發(fā)送的； 2.確認(rèn)哪個(gè)傳送層接收到了信息； 3.為應(yīng)用層提供接口。 在目標(biāo)處理方面，CAN 提供很大的自由。 傳送層的功能范圍包括： 1.幀組織； 2.總線仲裁； 3.檢錯(cuò)、錯(cuò)誤報(bào)告、錯(cuò)誤處理。 物理層是將 ECU 連接至總線的物理實(shí)現(xiàn)。ECU 的總數(shù)將受限于總線上的電氣負(fù)載。2.4.2 CAN總線協(xié)議的數(shù)據(jù)鏈路層按照 IEEE802.2 和 802.3 標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)據(jù)鏈路層又分為:邏輯鏈路控制(LLC)和媒體訪問控制(MAC)。 1.邏輯鏈路控制 LLC 子層提供的功能包括：幀接收濾波、超載通告和恢復(fù)管理。LLC 幀是同 LLC 實(shí)體(LPDU)之間

42、進(jìn)行交換的數(shù)據(jù)單元，包括 LLC 數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀。 a. LLC 數(shù)據(jù)幀 LLC 數(shù)據(jù)幀由三個(gè)位域構(gòu)成，即標(biāo)志符域、數(shù)據(jù)長(zhǎng)度碼(DLC-Data Length Code)域和 LLC 數(shù)據(jù)域組成。 標(biāo)識(shí)符：標(biāo)識(shí)符長(zhǎng)度為 11 位，其最高位不應(yīng)全是“1”。 DLC：指出數(shù)據(jù)域字節(jié)個(gè)數(shù)。DLC 由 4 位構(gòu)成，數(shù)據(jù)域長(zhǎng)度可為 0，數(shù)據(jù)幀允許數(shù)據(jù)字節(jié)長(zhǎng)度數(shù)目范圍為 08 個(gè)字節(jié)。 數(shù)據(jù)域：數(shù)據(jù)域由數(shù)據(jù)幀內(nèi)被發(fā)送數(shù)據(jù)組成，它可包括 08 個(gè)字節(jié)，每個(gè)字節(jié)包括 8 位。 b. LLC遠(yuǎn)程幀 LLC遠(yuǎn)程幀由兩個(gè)位域(標(biāo)識(shí)符域和DLC域)組成。LLC遠(yuǎn)程幀標(biāo)識(shí)符格式與LLC數(shù)據(jù)幀標(biāo)識(shí)符格式相同，只是不存在數(shù)

43、據(jù)域。DLC的數(shù)值是獨(dú)立的，此數(shù)據(jù)為對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)幀的數(shù)據(jù)碼長(zhǎng)度。 2.媒體訪問控制 MAC子層劃分為完全獨(dú)立工作的兩個(gè)部分，即發(fā)送部分和接收部分。 發(fā)送部分功能包括：發(fā)送數(shù)據(jù)封裝；發(fā)送媒體訪問管理。接收部分功能包括：接收媒體訪問管理；接收數(shù)據(jù)封裝。 媒體訪問控制MAC除了有與邏輯鏈路控制LLC一樣的數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀兩部分外，還有出錯(cuò)幀、超載幀、幀間空間三個(gè)部分。 a. MAC數(shù)據(jù)幀 一個(gè)MAC數(shù)據(jù)幀由幀起始(SOF)、仲裁域、控制域、數(shù)據(jù)域、CRC域、ACK域和幀結(jié)束七個(gè)不同位域構(gòu)成，詳細(xì)描述見2.3.1。 b. MAC遠(yuǎn)程幀 激活為數(shù)據(jù)接收器的節(jié)點(diǎn)可以通過發(fā)送一個(gè)遠(yuǎn)程幀啟動(dòng)源節(jié)點(diǎn)發(fā)送各自的數(shù)據(jù)。一

44、個(gè)遠(yuǎn)程幀由6個(gè)不同的位域構(gòu)成。 其中，仲裁域由來(lái)自LLC子層的標(biāo)識(shí)符域和RTR位構(gòu)成。在MAC遠(yuǎn)程幀中，RTR位數(shù)值為“1”。其中6個(gè)不同的位域與MAC數(shù)據(jù)幀的相應(yīng)位域相同。 c. 出錯(cuò)幀 出錯(cuò)幀由兩個(gè)不同域構(gòu)成，第一個(gè)場(chǎng)由來(lái)自不同節(jié)點(diǎn)的錯(cuò)誤標(biāo)志疊加給出，第二個(gè)場(chǎng)為錯(cuò)誤界定符。 d. 超載幀 存在兩類具有相同格式的超載幀：LLC 要求的超載幀和重激活超載幀，前者為 LLC 子層所要求，以表明內(nèi)部超載狀態(tài)，后者將由 MAC 子層的一些出錯(cuò)條件被啟動(dòng)發(fā)送。超載幀包括兩個(gè)位域：超載標(biāo)志和超載界定符。 e. 幀間空間 數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀同前述的任何幀以稱之為幀間空間的位域隔開。與此相反，超載幀和錯(cuò)誤幀前面

45、不存在幀間空間，并且多個(gè)超載幀也不用幀間空間分隔。 幀間空間包括間歇域和總線空閑域，并且對(duì)于先前幀已發(fā)送“錯(cuò)誤-認(rèn)可”的節(jié)點(diǎn)還有暫停發(fā)送域。間歇域由 3 個(gè)“隱性”位構(gòu)成。間歇期間不允許節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)幀或遠(yuǎn)程幀，僅起標(biāo)注超載條件的作用。總線空閑時(shí)間可以是任意長(zhǎng)度。總線空閑時(shí)，任何節(jié)點(diǎn)均可訪問總線以便發(fā)送。其它幀發(fā)送期間，等待發(fā)送的幀在緊隨間歇域后的第一位啟動(dòng)。如果在總線空閑期間檢測(cè)到總線上“顯性”位將被理解為幀起始。 3.媒體訪問和仲裁 當(dāng)檢測(cè)到間歇域未被“顯性”位中斷后，認(rèn)為總線被所有節(jié)點(diǎn)釋放?？偩€一旦釋放，接收當(dāng)前或先前幀的“錯(cuò)誤-活動(dòng)”節(jié)點(diǎn)可以訪問總線。一旦完成暫停的發(fā)送，并且其間沒有其它

46、節(jié)點(diǎn)開始發(fā)送。發(fā)送當(dāng)前幀或已發(fā)送完先前幀的“錯(cuò)誤-認(rèn)可”節(jié)點(diǎn)可以訪問總線。當(dāng)允許節(jié)點(diǎn)訪問總線時(shí)，MAC 數(shù)據(jù)幀和MAC 遠(yuǎn)程幀可以起始發(fā)送。MAC 錯(cuò)誤幀和 MAC 超載幀按上述規(guī)定被發(fā)送。發(fā)送期間，發(fā)送數(shù)據(jù)幀或遠(yuǎn)程幀的每個(gè)節(jié)點(diǎn)均為總線節(jié)點(diǎn)。 在“隱性”狀態(tài)下，VCAN-H 和 VCAN-L 被固定于平均電壓電平，Vdiff 近似為 0。在總線空閑或“隱性”位期間，發(fā)送“隱性”狀態(tài)?！帮@性”狀態(tài)以大于最小閥值的差分電壓表示。在“顯性”位期間，“顯性”狀態(tài)改寫“隱性”狀態(tài)并發(fā)送。 當(dāng)許多節(jié)點(diǎn)一起開始發(fā)送時(shí)，此時(shí)只有發(fā)送具有高優(yōu)先權(quán)幀的節(jié)點(diǎn)變?yōu)榭偩€主站。這種解決總線訪問沖突的機(jī)理是基于競(jìng)爭(zhēng)的仲裁。

47、仲裁期間，每個(gè)發(fā)送器將要發(fā)送位電平同總線上監(jiān)測(cè)到的電平進(jìn)行比較。若相等，則節(jié)點(diǎn)可以繼續(xù)發(fā)送。當(dāng)發(fā)送出一個(gè)“隱性”電平，而檢測(cè)到的“顯性”電平時(shí)，表明節(jié)點(diǎn)丟失仲裁，并且不應(yīng)再發(fā)送更多位。當(dāng)送出“顯性”電平，而監(jiān)測(cè)到“隱性”電平時(shí)表明節(jié)點(diǎn)檢測(cè)出位錯(cuò)誤。 基于競(jìng)爭(zhēng)的仲裁依靠標(biāo)志符和緊隨其后的 RTR 位完成。具有不同標(biāo)識(shí)符的兩幀中，優(yōu)先權(quán)被標(biāo)注于幀中，較高優(yōu)先權(quán)的標(biāo)志符具有較低的二進(jìn)制數(shù)值。若具有相同標(biāo)志符的數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀同時(shí)被初始化，數(shù)據(jù)幀較之遠(yuǎn)程幀具有更高的優(yōu)先權(quán)，它通過按照 RTR 位數(shù)值標(biāo)注達(dá)到。4. 錯(cuò)誤檢測(cè) MAC 子層具有下列錯(cuò)誤檢測(cè)功能：監(jiān)測(cè)、填充規(guī)則校驗(yàn)、幀校驗(yàn)、15 位循環(huán)冗余碼

48、校驗(yàn)和應(yīng)答校驗(yàn)。 檢查到錯(cuò)誤后，可發(fā)送錯(cuò)誤標(biāo)志，一個(gè)主動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志可引起所有其它節(jié)點(diǎn)發(fā)生填充錯(cuò)誤、位錯(cuò)誤、格式錯(cuò)誤、CRC 錯(cuò)誤或應(yīng)答錯(cuò)誤。 錯(cuò)誤界定規(guī)則:網(wǎng)絡(luò)中的任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)，根據(jù)其錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器數(shù)值，可能處于下列三種狀態(tài)之一。 a. “錯(cuò)誤-激活”節(jié)點(diǎn)； b. “錯(cuò)誤-認(rèn)可”節(jié)點(diǎn)； c. “總線脫離”節(jié)點(diǎn)。2.4.3 CAN總線協(xié)議的物理層物理層是將 ECU 連接至總線的電路實(shí)現(xiàn)。ECU 的總數(shù)將受限于總線上的電氣負(fù)載。它分為以下三部分:物理信令、物理媒體附屬裝置、媒體相關(guān)接口。 1.物理層功能模型 a. 物理信令(PIS-Physical Signaling) 物理信令實(shí)現(xiàn)與位表示、定時(shí)和同步

49、相關(guān)的功能。 b. 物理媒體附屬裝置(PMA-Physical Medium Attachment) PMA 子層實(shí)現(xiàn)總線發(fā)送/接收的功能，電路并提供總線故障檢測(cè)方法。 c. 媒體相關(guān)接口(MDI-Medium Dependent Interface) MDI 實(shí)現(xiàn)物理媒介和 MAU 之間機(jī)械和電氣接口。 2.同步 同步包括硬同步和重同步兩種形式，它們遵從以下規(guī)則： a.在一個(gè)位時(shí)間內(nèi)僅允許一種同步； b.只要先前采樣點(diǎn)檢測(cè)到的數(shù)值(先前讀總線數(shù)值)不同于邊沿后即現(xiàn)的總線數(shù)值，邊沿將被同步； c.總線空閑期間，當(dāng)存在“隱性”至“顯性”的跳變沿即完成硬同步； d. 所有滿足規(guī)則 1 和 2 的其

50、它“隱性”至“顯性”的跳變沿(和在低位速率情況下，選擇的“顯性”至“隱性”跳變沿)將被用于重同步。 2.4.4 CAN總線的組織基本規(guī)則CAN 總線基于下列 5 條基本規(guī)則進(jìn)行組織： 1.總線訪問 CAN 控制器只能在總線空閑狀態(tài)期間開始發(fā)送。所有 CAN 控制器同步于幀起始的前沿(應(yīng)同步)。 2.仲裁 在 CAN 總線的發(fā)送期間，發(fā)送數(shù)據(jù)幀或遠(yuǎn)程幀的每一節(jié)點(diǎn)均為總線主節(jié)點(diǎn)。當(dāng)許多節(jié)點(diǎn)一起開始發(fā)送時(shí)，此時(shí)只有發(fā)送具有最高優(yōu)先權(quán)的節(jié)點(diǎn)變成總線主節(jié)點(diǎn)。這種解決總線訪問沖突的機(jī)理是基于競(jìng)爭(zhēng)的仲裁，它依靠標(biāo)識(shí)符和緊隨其后的 RTR 位完成。具有不同標(biāo)識(shí)符的兩幀中，優(yōu)先權(quán)被標(biāo)注于幀中，較高優(yōu)先權(quán)的標(biāo)識(shí)符

51、具有較低的二進(jìn)制數(shù)值。若具有相同標(biāo)識(shí)符的數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀同時(shí)被初始化，數(shù)據(jù)幀較之遠(yuǎn)程幀具有更高優(yōu)先權(quán)，它通過 RTR 位數(shù)值標(biāo)注達(dá)到。除僅當(dāng)總線釋放時(shí)，可以啟動(dòng)發(fā)送這一原則外，還存在解決沖突的下列原則： a.在一個(gè)系統(tǒng)中，每條信息必須標(biāo)以唯一的標(biāo)識(shí)符，從最高位開始發(fā)送。對(duì)于標(biāo)識(shí)符的最高 7 位(對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)幀來(lái)說是 ID10ID4，對(duì)于擴(kuò)展幀來(lái)說是ID28ID22)必須不是全“隱性”。 b.具有給定標(biāo)識(shí)符和非零 DLC 的數(shù)據(jù)幀僅可由一個(gè)節(jié)點(diǎn)啟動(dòng)。c.遠(yuǎn)程幀僅可以全系統(tǒng)內(nèi)確定的 DLC 發(fā)送，該數(shù)據(jù)長(zhǎng)度碼為對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)幀的 DLC。具有相同標(biāo)識(shí)符和不同 DLC 遠(yuǎn)程幀的同時(shí)發(fā)送將導(dǎo)致不能解決的沖突。 3

52、.編碼解碼 對(duì)于幀起始、仲裁域、控制域、數(shù)據(jù)域和 CRC 序列使用位填充技術(shù)進(jìn)行編碼。當(dāng)正在發(fā)送的 CAN 控制器檢測(cè)到 5 個(gè)連線的相同極性的位被發(fā)送，一個(gè)互補(bǔ)(填充)位被插入到該發(fā)送位流中。 當(dāng)一個(gè)正在接收的 CAN 控制器檢測(cè)到接收的上述 5 種位域的位流中，具有 5 個(gè)相同極性的連續(xù)位，它將自動(dòng)的刪除下一個(gè)接收(填充)位。刪除填充位的電平必須與先前位相反，否則一個(gè)填充錯(cuò)誤將被檢測(cè)，并被標(biāo)注。 其余的位域和幀具有固定的形式，因此不使用位填充方法進(jìn)行編碼和解碼。報(bào)文中的位流按照 NRZ(Non Return to Zero)方法進(jìn)行編碼，即位周期期間位電平維持恒定，要么隱性電平，要么顯性電

53、平。 4.出錯(cuò)標(biāo)注 當(dāng)檢測(cè)到發(fā)送位錯(cuò)誤、填充錯(cuò)誤、形式錯(cuò)誤或應(yīng)答錯(cuò)誤時(shí)，檢測(cè)出錯(cuò)條件的 CAN 控制器將發(fā)送 1 個(gè)出錯(cuò)標(biāo)志，出錯(cuò)標(biāo)識(shí)在下一位開始發(fā)送。當(dāng)檢測(cè)到CRC 錯(cuò)誤時(shí)，出錯(cuò)標(biāo)識(shí)在緊跟應(yīng)答界定符后的一位開始發(fā)送，除非其它一些出錯(cuò)條件的錯(cuò)誤標(biāo)識(shí)已經(jīng)開始發(fā)送。出錯(cuò)標(biāo)識(shí)將破壞位填充或損壞固定形式的位場(chǎng)。 發(fā)送出錯(cuò)標(biāo)識(shí)后，每個(gè) CAN 控制器都在監(jiān)視總線直至檢測(cè)到一個(gè)顯性電平到隱性電平的跳變。此時(shí)，每個(gè) CAN 控制器就完成了其出錯(cuò)標(biāo)志，并且所有 CAN 控制器開始發(fā)送 7 個(gè)附加的隱性位。 所有可檢測(cè)的錯(cuò)誤均可在報(bào)文發(fā)送時(shí)間內(nèi)被標(biāo)注，因而使 CAN 控制器能很容易的組成對(duì)應(yīng)報(bào)文的出錯(cuò)幀，并且初

54、始化已損壞報(bào)文的重新發(fā)送。如果CAN 控制器檢測(cè)到出錯(cuò)幀固定格式的任何偏離，它將發(fā)送一個(gè)新的出錯(cuò)幀。 5.超載標(biāo)注 由一些 CAN 控制器要求借助于發(fā)送一個(gè)或更多的超載幀來(lái)延遲下一個(gè)數(shù)據(jù)幀或遠(yuǎn)程幀的發(fā)送。雖然超載幀和出錯(cuò)幀具有相同的格式，但對(duì)它們的處理卻不同，在間歇域期間進(jìn)行的發(fā)送超載幀不能初始化任何先前的數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀的重新發(fā)送。超載幀的發(fā)送必須起始于所期望間歇域的第一位，在期望的間歇域期間，重新激活為顯性位的超載幀的發(fā)送在該事件后開始。 如果發(fā)送超載幀的 CAN 控制器檢測(cè)到其固定格式的任何偏離，它將發(fā)送一個(gè)出錯(cuò)幀。 2.5 CAN總線的報(bào)文及其幀格式在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，發(fā)出報(bào)文的單元稱為該

55、報(bào)文的發(fā)送器。該單元在總線空閑或丟失仲裁前恒為發(fā)送器。如果一個(gè)單元不是報(bào)文發(fā)送器，并且總線不處于空閑狀態(tài)，則該單元為接收器。 報(bào)文的實(shí)際有效時(shí)刻對(duì)于發(fā)送器和接收器是不同的。對(duì)于發(fā)送器而言如果直到幀的末尾位一直未出錯(cuò)，則此報(bào)文對(duì)于發(fā)送器有效。如果報(bào)文出錯(cuò)，將允許按照優(yōu)先權(quán)順序自動(dòng)重發(fā)送。為了能同其它報(bào)文進(jìn)行總線訪問競(jìng)爭(zhēng)，總線一旦空閑，重發(fā)送立即開始。對(duì)于接收器而言，如果直到最后的位（除了幀末尾位）一直未出錯(cuò)，則對(duì)于接收器報(bào)文有效。 構(gòu)成一幀的幀起始域、仲裁域、控制域、數(shù)據(jù)域和 CRC 序列均借助位填充規(guī)則進(jìn)行編碼。無(wú)論何時(shí)，發(fā)送器只要在發(fā)送的位流中檢測(cè)到 5 個(gè)連續(xù)相同數(shù)值的位，將自動(dòng)地在實(shí)際發(fā)

56、送的位流中插入一個(gè)補(bǔ)碼。數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀的其余位域采用固定格式，不進(jìn)行填充。出錯(cuò)幀和超載幀同樣是固定格式，也不進(jìn)行位填充。 報(bào)文中的位流按照非歸零（NRZ）碼方法編碼，這就意味著一個(gè)完整位的位電平要么是顯性，要么是隱性。 報(bào)文傳輸由 4 種不同類型的幀表示和控制： 數(shù)據(jù)幀(Data Frame)將數(shù)據(jù)由發(fā)送器傳輸?shù)浇邮掌鳎?遠(yuǎn)程幀(Remote Frame)通過總線單元發(fā)送，以請(qǐng)求發(fā)送具有相同標(biāo)識(shí)符的數(shù)據(jù)幀； 錯(cuò)誤幀(Error Frame)由檢測(cè)出總線錯(cuò)誤的任何單元發(fā)送； 超載幀(Overload Frame)用于提供當(dāng)前的和后續(xù)的數(shù)據(jù)幀的附加延遲。 數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀可以使用標(biāo)準(zhǔn)幀及擴(kuò)展幀 2 種格式，它們借助幀間空間與前面的幀分開。 2.5.1數(shù)據(jù)幀數(shù)據(jù)幀由以下七個(gè)不同的位域組成：幀起始域、仲裁域、控制域、數(shù)據(jù)域(長(zhǎng)度可為 0)、CRC 域、應(yīng)答域、幀結(jié)束域。數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)如圖 2.3 所示。 幀間空間數(shù)據(jù)幀幀間空間幀起始仲裁域控制域數(shù)據(jù)域CRC域應(yīng)答域幀結(jié)束圖 2.3 數(shù)據(jù)幀格式 1.幀起始域該域標(biāo)志一個(gè)數(shù)據(jù)幀或遠(yuǎn)程幀的開始，它由一個(gè)顯性位組成，該顯性位用于接收狀態(tài)下的 CAN 控制器的硬同步。 2.仲裁域仲裁域由標(biāo)識(shí)符 ID 和遠(yuǎn)程發(fā)送