工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)canbus1

1、許勇許勇CanCan與汽車通信網(wǎng)絡(luò)與汽車通信網(wǎng)絡(luò)教學(xué)計(jì)劃教學(xué)計(jì)劃前置課程：數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等前置課程：數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等教材教材:楊春杰等，楊春杰等，CAN總線技術(shù)，北航出版社總線技術(shù)，北航出版社，2010-2參考教材：參考教材：1)1)許勇許勇-工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和應(yīng)用，西電出工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和應(yīng)用，西電出版社，版社，202013.113.1 2)2)陽(yáng)憲惠陽(yáng)憲惠- -網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)-現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，清華大學(xué)清華大學(xué)出版社，出版社，2002009.5教師教師:許勇許勇Email:Telephone:229-5208Offi

2、ce:東區(qū)東區(qū)3教教-502主要教學(xué)內(nèi)容和學(xué)時(shí)分配主要教學(xué)內(nèi)容和學(xué)時(shí)分配第一章第一章 概述與概述與數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)6 6第二章第二章 CanCan協(xié)議協(xié)議8Can總線介紹Can的定義和結(jié)構(gòu)Can的幀Can的差錯(cuò)控制第三章 Can協(xié)議的實(shí)現(xiàn)10設(shè)備和元件介紹通信控制器-SJA1000收發(fā)器和處理器第四章 CAN的應(yīng)用層4第五章 車輛網(wǎng)絡(luò)及其應(yīng)用6第六章 故障診斷與診斷通信復(fù)習(xí)2合計(jì)合計(jì) 40401.1 1.1 汽車電子的發(fā)展汽車電子的發(fā)展汽車電子控制技術(shù)是汽車技術(shù)與電子技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物，并隨著汽車油耗法規(guī)、排放法規(guī)、安全法規(guī)要求提高和電子技術(shù)進(jìn)步而逐步發(fā)展。汽車電子控制技術(shù)的發(fā)展歷史大致可

3、分為分立電子元件控制、集成電路控制和微處理器控制個(gè)階段。第一階段（19531980）：汽車電子設(shè)備主要采用分立電子元件組成電子控制器，并開(kāi)始向集成電路產(chǎn)品過(guò)渡。主要產(chǎn)品有二極管整流式交流發(fā)電機(jī)、電子式電壓調(diào)節(jié)器、電子式點(diǎn)火控制器、電子式閃光器、電子式間歇刮水控制器、晶體管收音機(jī)、數(shù)字時(shí)鐘等。第二階段（1981-1990）：汽車電子設(shè)備廣泛采用集成電路IC和位微處理器進(jìn)行控制，主要開(kāi)發(fā)研究專用的獨(dú)立控制系統(tǒng)。主要產(chǎn)品有電子燃油噴射系統(tǒng)、空燃比反饋控制系統(tǒng)、電子控制自動(dòng)變速系統(tǒng)、防抱死制動(dòng)系統(tǒng)、安全氣囊系統(tǒng)、座椅安全帶收緊系統(tǒng)、車輛防盜系統(tǒng)、巡航控制系統(tǒng)、車輛導(dǎo)航系統(tǒng)、車身高度自動(dòng)控制系統(tǒng)、故障自

4、診斷系統(tǒng)等。C1 C1 概述與概述與數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)第三階段（1991-2005）：汽車電子設(shè)備廣泛應(yīng)用16位或32位微處理器進(jìn)行控制，控制技術(shù)向智能化方向發(fā)展。主要產(chǎn)品有發(fā)動(dòng)機(jī)燃油噴射與點(diǎn)火綜合控制系統(tǒng)、牽引力控制系統(tǒng)、區(qū)域網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)、四輪轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)、輪胎氣壓控制系統(tǒng)、聲音合成與識(shí)別系統(tǒng)、自動(dòng)防追尾碰撞系統(tǒng)和自動(dòng)駕駛系統(tǒng)等。也可分為動(dòng)力傳動(dòng)總成電子控制、底盤電子控制、車身電子控制、信息通信系統(tǒng)等。目前（2006-？）：車輛的智能化和網(wǎng)絡(luò)化：成為社會(huì)工具體系中的一個(gè)智能終端，人類生產(chǎn)/生活基礎(chǔ)工具網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)移動(dòng)/傳輸節(jié)點(diǎn)。采用GPS和車載信息系統(tǒng)、多路傳輸系統(tǒng)來(lái)集成汽車所有零部件

5、的電子控制模塊，使整個(gè)汽車電子系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)融合、故障診斷和一定的自我修復(fù)功能。網(wǎng)絡(luò)：汽車網(wǎng)絡(luò)（外部網(wǎng)+內(nèi)部網(wǎng)）?；A(chǔ)：CAN網(wǎng)絡(luò)CAN總線是德國(guó)Bosch公司為解決現(xiàn)代汽車中眾多的控制與測(cè)試儀器之間的數(shù)據(jù)交換而開(kāi)發(fā)的一種串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議。它是一種多主總線，是一種雙線串行數(shù)據(jù)通信總線，通信介質(zhì)可以是雙絞線、同軸電纜或光導(dǎo)纖維，通信速率可達(dá)1 Mbit/s。早期汽車內(nèi)ECUECU通信：點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信：點(diǎn)對(duì)點(diǎn)沒(méi)有總線時(shí)的電器互連沒(méi)有總線時(shí)的電器互連結(jié)果：設(shè)備增加-線束增加，控制復(fù)雜，系統(tǒng)性能弱。引入總線后，控制新的ECU只是加插一個(gè)單元CANCAN總線的發(fā)展總線的發(fā)展結(jié)果：線束不顯著增加，控制體系沒(méi)有改

6、變，系統(tǒng)性穩(wěn)定。引入總線后，控制新的ECU只是加插一個(gè)單元CANCAN總線的應(yīng)用總線的應(yīng)用結(jié)果：線束不顯著增加，控制體系沒(méi)有改變，系統(tǒng)性穩(wěn)定。在汽車中應(yīng)用在汽車中應(yīng)用CANCAN總線技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)：總線技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)：1)信息共享：信息共享：采用CAN總線技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)各ECU之間的信息共享，減少不必要的線束和傳感器。例如，具有CAN總線接口的電噴發(fā)動(dòng)機(jī)可提供轉(zhuǎn)速、水溫、機(jī)油壓力、機(jī)油溫度、油量瞬時(shí)流速等信息與其他電器可共享。這樣一方面可省去額外的傳感器，還可以將這些數(shù)據(jù)顯示在儀表上，便于駕駛員檢查和發(fā)動(dòng)機(jī)的保養(yǎng)維護(hù)。2)減少線束：減少線束：新型電子通信產(chǎn)品的出現(xiàn)對(duì)汽車的綜合布線和信息的共享交互提出了更

7、高的要求，傳統(tǒng)的電氣系統(tǒng)大多采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的單一通信方式，相互之間少有聯(lián)系，這樣必然造成龐大的布線系統(tǒng)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，一輛采用傳統(tǒng)布線方法的高檔汽車中，其導(dǎo)線長(zhǎng)度可達(dá)2000m，電氣節(jié)點(diǎn)達(dá)1500個(gè)，而且該數(shù)字大約每10年增長(zhǎng)1倍這種傳統(tǒng)布線方法不能適應(yīng)汽車的發(fā)展。CAN總線可有效減少線束，節(jié)省空間。還大大提高可靠性,安全性。3)關(guān)聯(lián)控制：在一定事故下，需要對(duì)各ECU進(jìn)行關(guān)聯(lián)控制，而這是傳統(tǒng)汽車控制方法難以完成的。CAN總線技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)多ECU的實(shí)時(shí)關(guān)聯(lián)控制。 而且CAN網(wǎng)絡(luò)的配制比較容易,允許任何站之間直接進(jìn)行通信,而無(wú)需將所有數(shù)據(jù)全部匯總到主計(jì)算機(jī)后再行處理。4)具有快速響應(yīng)時(shí)間和高可靠性快速響應(yīng)時(shí)

8、間和高可靠性，并適合對(duì)實(shí)時(shí)性要求較高的應(yīng)用如剎車裝置和氣囊；控制平臺(tái)、信息平臺(tái)、駕駛平臺(tái)的互連基礎(chǔ)。CAN芯片可以抗高溫和高噪聲抗高溫和高噪聲，并且具有較低的價(jià)格，開(kāi)放的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于一般控制,設(shè)備間連鎖可以通過(guò)串行網(wǎng)絡(luò)完成。通過(guò)CAN總線,傳感器、控制器和執(zhí)行器由串行數(shù)據(jù)線連接起來(lái)。其通信協(xié)議相當(dāng)于ISO/OSI參考模型中的數(shù)據(jù)鏈路層,網(wǎng)絡(luò)可根據(jù)協(xié)議探測(cè)和糾正數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中因電磁網(wǎng)絡(luò)可根據(jù)協(xié)議探測(cè)和糾正數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中因電磁干擾而產(chǎn)生的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤。干擾而產(chǎn)生的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤。汽車電子的網(wǎng)絡(luò)趨勢(shì)汽車電子的網(wǎng)絡(luò)趨勢(shì)系統(tǒng)化和模塊化：車身被細(xì)分為系統(tǒng)和模塊，減少開(kāi)發(fā)和制造的復(fù)雜性。智能控制分布化：很多智能控制

9、功能不是通過(guò)附加的ECU實(shí)現(xiàn)，而是將其分布到各節(jié)點(diǎn)來(lái)協(xié)調(diào)完成。網(wǎng)絡(luò)化：越來(lái)越多的系統(tǒng)和組件通過(guò)幾個(gè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通訊。工業(yè)通信（包括工業(yè)通信（包括CANCAN）應(yīng)該滿足的要求：）應(yīng)該滿足的要求：1）可靠性高可靠性高：平均無(wú)故障工作時(shí)間MTBF（Mean Time Between Failure)可達(dá)幾萬(wàn)小時(shí)，盡量縮短故障修復(fù)時(shí)間MTTR（Mean Time To Repair) ；2）實(shí)時(shí)性好實(shí)時(shí)性好：系統(tǒng)實(shí)時(shí)響應(yīng)測(cè)控對(duì)象各種參數(shù)的動(dòng)態(tài)變化；3）環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)：工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣，電磁干擾嚴(yán)重。要求系統(tǒng)防塵、防腐蝕、防振動(dòng)沖擊；具有較好的電磁兼容性和高抗干擾能力；4）系統(tǒng)擴(kuò)充性好系統(tǒng)擴(kuò)充性好

10、： 隨著控制規(guī)模擴(kuò)大，系統(tǒng)要有靈活的擴(kuò)充性；在主系統(tǒng)接口、網(wǎng)絡(luò)通信、軟件兼容及升級(jí)等方面，以便于擴(kuò)充、連接；5）具有冗余性冗余性, 即后備措施齊全：包括供電后備、存儲(chǔ)器信息保護(hù)、緊急事故處理裝置等；在可靠性要求更高的場(chǎng)合，要求有雙信道工作及軟件冗余。C2C2 CANCAN協(xié)議協(xié)議2.1 Can2.1 Can的發(fā)展概述的發(fā)展概述控制器局域網(wǎng)CANCAN（Control Area Network）總線是德國(guó)BOSCH公司為解決現(xiàn)代汽車控制與測(cè)試儀器間數(shù)據(jù)交換開(kāi)發(fā)的串行數(shù)據(jù)通訊協(xié)議（1986）。最早成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)（ISO-11898），是目前事實(shí)上汽車總線協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)際半導(dǎo)體廠商開(kāi)發(fā)CAN總線專用芯片

11、的有：Intel、Motorola、Philips、Siemens、NEC、Honeywell等。CAN屬于總線式通訊網(wǎng)絡(luò)總線式通訊網(wǎng)絡(luò)。CAN總線規(guī)范了任意兩個(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，CANCAN的物理層決定實(shí)際的物理層決定實(shí)際數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)傳送過(guò)程中的電氣特性，傳送過(guò)程中的電氣特性，在同一網(wǎng)絡(luò)中，所有節(jié)點(diǎn)物理層必須保持一致，但可以采用不同方式的物理層。CANCAN的數(shù)據(jù)鏈路層功能包括幀組織形式的數(shù)據(jù)鏈路層功能包括幀組織形式，總線仲裁和檢錯(cuò)總線仲裁和檢錯(cuò)、錯(cuò)誤報(bào)告及處理錯(cuò)誤報(bào)告及處理，確認(rèn)哪個(gè)信息要發(fā)送的，確認(rèn)接收到的信息及為應(yīng)用層提供了接口。CanCan發(fā)展發(fā)展的重要

12、事件的重要事件 19831983年，年，BoschBosch開(kāi)始研究用于汽車的串行總線系統(tǒng)開(kāi)始研究用于汽車的串行總線系統(tǒng) 19861986年，年，BoschBosch在在SAESAE大會(huì)上首次公布大會(huì)上首次公布CANCAN協(xié)議協(xié)議 19871987年，年，IntelIntel推出了第一片推出了第一片CANCAN控制器芯片控制器芯片 19911991年，年，BoschBosch頒布頒布CAN 2.0CAN 2.0技術(shù)規(guī)范，技術(shù)規(guī)范，CANCAN最先在最先在Benz SBenz S系列轎車上實(shí)現(xiàn)系列轎車上實(shí)現(xiàn) 19921992年，年，CiACiA組織成立，制定了第一個(gè)組織成立，制定了第一個(gè)CANC

13、AN應(yīng)用層協(xié)應(yīng)用層協(xié)議，即后來(lái)的，即后來(lái)的CANopen, CAN CANopen, CAN 被用于各類自動(dòng)化控制領(lǐng)域被用于各類自動(dòng)化控制領(lǐng)域 19931993年，年，ISOISO頒布頒布CANCAN的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO-11898ISO-11898 19941994年，年，SAESAE頒布用于卡車和巴士控制的頒布用于卡車和巴士控制的J1939J1939標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn) 19991999年，近年，近6 6千萬(wàn)個(gè)千萬(wàn)個(gè)CANCAN控制器芯片投入使用控制器芯片投入使用 20012001年，用在汽車上的年，用在汽車上的CANCAN節(jié)點(diǎn)數(shù)目超過(guò)節(jié)點(diǎn)數(shù)目超過(guò)1 1億個(gè)億個(gè)目前，幾乎每一輛生產(chǎn)的汽車/工程車

14、輛上都有CAN, 未來(lái)，CAN總線將部分地被FlexRay所取代，但CAN總線將仍會(huì)被持續(xù)應(yīng)用相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間CANCAN技術(shù)技術(shù) 基本原理示意圖基本原理示意圖120120 傳輸速率最高可達(dá)1Mbps1Mbps，距離最遠(yuǎn)可達(dá)，距離最遠(yuǎn)可達(dá)10km10km 通信介質(zhì)選擇靈活（雙絞線、同軸電纜、光纖） 采用雙線差分信號(hào)雙線差分信號(hào) 協(xié)議本身對(duì)節(jié)點(diǎn)的數(shù)量沒(méi)有限制 總線上節(jié)點(diǎn)的數(shù)量可以動(dòng)態(tài)改變節(jié)點(diǎn)的數(shù)量可以動(dòng)態(tài)改變，組網(wǎng)靈活 短幀短幀結(jié)構(gòu)，傳輸時(shí)間短，受干擾概率低CANCAN總線技術(shù)的特點(diǎn)：總線技術(shù)的特點(diǎn)： 多主站結(jié)構(gòu)，各節(jié)點(diǎn)平等，任一節(jié)點(diǎn)可在任一時(shí)刻主動(dòng)發(fā)送 非破壞性的基于優(yōu)先級(jí)的總線仲裁：非破壞性的基

15、于優(yōu)先級(jí)的總線仲裁： 優(yōu)先級(jí)通過(guò)報(bào)文的標(biāo)識(shí)符報(bào)文的標(biāo)識(shí)符(IDID)區(qū)分，報(bào)文標(biāo)識(shí)符報(bào)文標(biāo)識(shí)符在網(wǎng)絡(luò)中是唯一的 標(biāo)識(shí)符描述了數(shù)據(jù)的含義 某些特定的應(yīng)用對(duì)標(biāo)識(shí)符的分配進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化 廣播發(fā)送報(bào)文，報(bào)文可以被所有節(jié)點(diǎn)同時(shí)接收 保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)一致性 接口的抗電磁干擾能力設(shè)計(jì) 每幀信息都采用CRCCRC校驗(yàn)及其他檢錯(cuò)措施，錯(cuò)誤漏檢率極低校驗(yàn)及其他檢錯(cuò)措施，錯(cuò)誤漏檢率極低 錯(cuò)誤報(bào)文的自動(dòng)重發(fā)、臨時(shí)錯(cuò)誤的恢復(fù)以及嚴(yán)重錯(cuò)誤的錯(cuò)誤報(bào)文的自動(dòng)重發(fā)、臨時(shí)錯(cuò)誤的恢復(fù)以及嚴(yán)重錯(cuò)誤的自動(dòng)關(guān)閉，保證不影響其它節(jié)點(diǎn)的通信。自動(dòng)關(guān)閉，保證不影響其它節(jié)點(diǎn)的通信。2.2 2.2 CANCAN通信協(xié)議通信協(xié)議Can與與OSI參考模型的

16、比較參考模型的比較The functionality of each layer is:Physical Concerns the transmission of structured bit stream over physical media, deals with the mechanical, electrical, functional, and procedural characteristics to access the physical mediaData Link Provides the reliable transfer of information across th

17、e physical layer, sends blocks of data (frames) with the necessary synchronization, error control, sequence control, and flow controlNetwork Provides upper layers with independence from the data transmission and switching technologies used to connect systems; responsible for establishing, maintainin

18、g, and terminating connectionsTransport Provides reliable, transparent transfer of data between end points; provides end-to-end error recovery and flow control; provides segmentation and reassembly of very large messagesSession Provides the control structure for communication between applications; e

19、stablishes manages and terminates connections (sessions) between cooperating applicationsPresentation Provides independence to the application process from differences in data representation (syntax) 1. Application Provides access to the OSI environment fro users and also provides distributed inform

20、ation servicesCAN協(xié)議模型結(jié)構(gòu)只有只有OSIOSI底層的物理層底層的物理層和和數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層。 CAN屬于總線式串行通信網(wǎng)絡(luò) 通過(guò)報(bào)文濾波報(bào)文濾波即可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)及全網(wǎng)廣播幾種方式發(fā)送接收數(shù)據(jù) 為多主方式工作，通信方式靈活為多主方式工作，通信方式靈活 CAN網(wǎng)絡(luò)按節(jié)點(diǎn)類型分成不同的優(yōu)先級(jí) CAN采用非破壞性總線優(yōu)先級(jí)仲裁技術(shù)CANCAN總線的數(shù)據(jù)傳遞方式總線的數(shù)據(jù)傳遞方式 以報(bào)文為單位進(jìn)行以報(bào)文為單位進(jìn)行，短幀結(jié)構(gòu)（8字節(jié)），每個(gè)報(bào)文的標(biāo)志符每個(gè)報(bào)文的標(biāo)志符IDID 起始部分有一個(gè)11位的標(biāo)志符ID傳輸速率： 可達(dá)到1Mbps/40m1Mbps/40m（5k/1

21、0km5k/10km）差錯(cuò)控制：機(jī)制充分，可靠性高差錯(cuò)控制：機(jī)制充分，可靠性高CANCAN總線協(xié)議要點(diǎn)：總線協(xié)議要點(diǎn)：1 1. . CAN CAN的物理層的物理層特性： 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：總線式通信網(wǎng)絡(luò) 機(jī)械參數(shù)及傳輸介質(zhì)：用一個(gè)9針的D型插頭連接到CAN總線上 電氣參數(shù)及信號(hào)表示：總線數(shù)據(jù)采用不歸零編碼方式（NRZ），有兩種互補(bǔ)的邏輯值：顯性（0 -Dominant ）及隱性（1- Recessive ）。CAN總線各節(jié)點(diǎn)位速率相同。CAN總線采用時(shí)鐘同步技術(shù)。每位時(shí)間組成如圖接收器在兩個(gè)相位緩沖段間采樣輸入位值，兩個(gè)相位緩沖段長(zhǎng)度可自由調(diào)節(jié)，以保證采樣的可靠性。 物理層協(xié)議物理層協(xié)議Bosch開(kāi)發(fā)

22、的CAN規(guī)范中物理層沒(méi)有完整的定義，允許系統(tǒng)設(shè)計(jì)者為其應(yīng)用優(yōu)化電平和傳輸中介。已經(jīng)創(chuàng)建了的CAN物理層標(biāo)準(zhǔn)有：ISO 11898-2ISO 11898-2高速高速（傳送速率1 Mbit/s-最大長(zhǎng)度40 m）指定兩線制差分總線。線阻抗為120 Ohm，CAN_L-2 V至CAN_H+7 V。ISO 11898-3ISO 11898-3容錯(cuò)容錯(cuò) (容錯(cuò)CAN) 用于汽車車身電子設(shè)備。速率125 kbit/s，共模電壓范圍在-2 V到+7 V之間。電源定義為5V。 SAE J2411 SAE J2411 單線單線適用于對(duì)比特率和長(zhǎng)度要求較低的CAN網(wǎng)絡(luò)。介質(zhì)非屏蔽的單線，標(biāo)稱速率33.3 kbit

23、/s(高速模式83.3 kbit/s) 。 ISO 11992 ISO 11992 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)對(duì)于帶有拖車的車輛，標(biāo)稱數(shù)據(jù)速率125 kbit/s。非屏蔽的雙絞線作為總線介質(zhì)。 其它：其它：對(duì)于光學(xué)介質(zhì)沒(méi)有規(guī)范，隱性電平用“暗”表示，顯性電平用“亮”表示 CANCAN技術(shù)物理層技術(shù)物理層ISO11898NOMINALBUSLEVELS類別類別特性特性高速高速CAN容錯(cuò)容錯(cuò)CANLIN數(shù)據(jù)鏈路層標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)鏈路層標(biāo)準(zhǔn)ISO11898ISO 11898-1UART/SCI串行接口物理層標(biāo)準(zhǔn)物理層標(biāo)準(zhǔn)ISO 11898-2ISO 11898-3ISO9141總線數(shù)目總線數(shù)目2（雙絞線）2（雙絞線）1總

24、線最大速率總線最大速率1 Mbps125kbps20kbps總線通信信號(hào)總線通信信號(hào)總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)總線特征總線特征低成本，總線利用率極高可靠的錯(cuò)誤處理和檢錯(cuò)機(jī)制節(jié)點(diǎn)錯(cuò)誤不影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò)通訊多主結(jié)構(gòu)依優(yōu)先權(quán)進(jìn)行總線訪問(wèn)支持雙絞線、同軸電纜或光纖更安全，節(jié)約總線驅(qū)動(dòng)力，降低功耗，引下線長(zhǎng)度不再受限一對(duì)導(dǎo)線上的對(duì)稱信號(hào)傳輸可檢測(cè)和處理各種短路和中斷可在單導(dǎo)線上進(jìn)行非對(duì)稱數(shù)據(jù)傳輸單線傳輸，成本低支持單主機(jī)多從機(jī)系統(tǒng)可靠性高節(jié)約總線驅(qū)動(dòng)力增強(qiáng)了錯(cuò)誤偵測(cè)能力容易開(kāi)發(fā)，縮短了上市時(shí)間汽車應(yīng)用汽車應(yīng)用發(fā)動(dòng)機(jī)管理主體總線車體電子乘員舒適系統(tǒng)車體電子車門與車頂節(jié)點(diǎn)乘員舒適系統(tǒng)座位節(jié)點(diǎn)座位、車門與天窗模塊開(kāi)

25、關(guān)面板汽車方向盤乘員舒適系統(tǒng)CANCAN技術(shù)其它相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)其它相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)智能模塊及其分布式系統(tǒng)航海電子設(shè)備接口標(biāo)準(zhǔn).高速高速CANCAN技術(shù)物理層（技術(shù)物理層（ISO11898-2ISO11898-2）高速CAN節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)低速容錯(cuò)低速容錯(cuò)CAN物理層基礎(chǔ)物理層基礎(chǔ)(基于基于ISO11898-3)低速容錯(cuò)低速容錯(cuò)CAN2. 2. CANCAN鏈路層鏈路層鏈路層功能：鏈路層功能：1) 訪問(wèn)管理：誰(shuí)占用信道誰(shuí)占用信道。2) 幀定界： 幀同步，幀的區(qū)分和識(shí)別幀的開(kāi)始和結(jié)束。幀同步，幀的區(qū)分和識(shí)別幀的開(kāi)始和結(jié)束。3) 差錯(cuò)控制：變不可靠的物理連接為可靠的數(shù)據(jù)鏈路。變不可靠的物理連接為可靠的數(shù)據(jù)鏈路

26、。4) 流量控制：解決速度不匹配的問(wèn)題。解決速度不匹配的問(wèn)題。5) 透明傳輸：將數(shù)據(jù)和控制信息區(qū)分開(kāi)將數(shù)據(jù)和控制信息區(qū)分開(kāi) 6) 尋址： 數(shù)據(jù)幀的正確發(fā)送。數(shù)據(jù)幀的正確發(fā)送。CAN總線報(bào)文中含有標(biāo)示符（ID），描述數(shù)據(jù)含義，表明報(bào)文優(yōu)先權(quán)。CAN總線上各節(jié)點(diǎn)都可主動(dòng)發(fā)數(shù)據(jù)。兩個(gè)或以上的節(jié)點(diǎn)發(fā)送報(bào)文時(shí)，由CAN控制器根據(jù)ID進(jìn)行仲裁。發(fā)送具有最高優(yōu)先權(quán)報(bào)文的節(jié)點(diǎn)獲得總線使用權(quán)，其他節(jié)點(diǎn)自動(dòng)停止發(fā)送，總線空閑后，這些節(jié)點(diǎn)將自動(dòng)重發(fā)報(bào)文。 各種數(shù)據(jù)延遲要求不一樣，快速變化的物理量（如發(fā)送機(jī)的轉(zhuǎn)速、路面的隨機(jī)波動(dòng)信號(hào)等）比慢時(shí)變的物理量（如溫度、壓力等信號(hào)）要求的頻率大的多。多節(jié)點(diǎn)同時(shí)訪問(wèn)總線，CAN

27、控制器通過(guò)各種報(bào)文的優(yōu)先權(quán)標(biāo)示符及ID數(shù)的大小來(lái)仲裁誰(shuí)先發(fā)送（優(yōu)先級(jí)以二進(jìn)制數(shù)優(yōu)先級(jí)以二進(jìn)制數(shù)表示，但不允許動(dòng)態(tài)更改表示，但不允許動(dòng)態(tài)更改）。使信息近似實(shí)時(shí)傳輸。CAN CAN 的仲裁（的仲裁（Arbitration）BusNode ATxRxNode BTxRxSOF0 1 0 0 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 0 1 1 0 1IdleCollision0 1 0 0 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 0 1 1 0 10 1 0 0 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 0 1 1 0 10 1 0 0 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 0 1 1

28、 0 10 1 0 0 1 0 1 1 1 仲裁期間,每個(gè)發(fā)送器都監(jiān)視總線上當(dāng)前電平,并與自己已經(jīng)發(fā)送的位電平進(jìn)行比較。如果值相等,那么繼續(xù)發(fā)送; ; 如如果發(fā)送了一個(gè)隱性位果發(fā)送了一個(gè)隱性位( (值值1) ,1) ,而而監(jiān)視到一個(gè)顯性位監(jiān)視到一個(gè)顯性位( (值值0) ,0) , 那那么么本本節(jié)點(diǎn)必須停止發(fā)送數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)必須停止發(fā)送數(shù)據(jù)。具有最低數(shù)字值的標(biāo)識(shí)符獲得仲裁優(yōu)先權(quán)。“位填充位填充”規(guī)則規(guī)則，在一幀中的幀起始、仲裁域、控制域、數(shù)據(jù)域和CRC域部分，發(fā)送器在需發(fā)送比特流中5個(gè)具有相同數(shù)值的連續(xù)位后自動(dòng)插入一個(gè)反碼位。數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀的其余組成部分(CRC界定符、應(yīng)答域和幀結(jié)束)具有固定格式，不

29、進(jìn)行位填充。 數(shù)據(jù)幀數(shù)據(jù)幀-Data frame： 攜帶數(shù)據(jù)從發(fā)送節(jié)點(diǎn)到接收節(jié)點(diǎn) 分標(biāo)準(zhǔn)幀和擴(kuò)展幀 遠(yuǎn)程幀遠(yuǎn)程幀-Remote frame： 向其他節(jié)點(diǎn)請(qǐng)求發(fā)送具有同一標(biāo)識(shí)符的數(shù)據(jù)幀 錯(cuò)誤幀錯(cuò)誤幀-Error frame： 節(jié)點(diǎn)檢測(cè)到錯(cuò)誤之后發(fā)送錯(cuò)誤幀 超載幀超載幀-Overload frame： 在先行的和后續(xù)的數(shù)據(jù)幀（或遠(yuǎn)程幀）之間附加一段延時(shí) 幀間空間幀間空間-inter frame Space： 數(shù)據(jù)幀（或遠(yuǎn)程幀）通過(guò)幀間空間與前述的各幀分開(kāi)2.3CAN的幀的幀1）數(shù)據(jù)幀）數(shù)據(jù)幀2.0A：ID長(zhǎng)度l l位；2.0B：ID29位數(shù)據(jù)/信息幀（Data Frame)包括7個(gè)主要域（bit

30、field）： 幀起始域（SoF）：數(shù)據(jù)幀開(kāi)始，一個(gè)顯性位組成。仲裁域（仲裁域（Arbitration)Arbitration)：內(nèi)容由標(biāo)示符和遠(yuǎn)程傳輸請(qǐng)求位（RTR）組成，RTR表明此信息幀是數(shù)據(jù)幀還是遠(yuǎn)地請(qǐng)求幀（不含任何數(shù)據(jù)）。當(dāng)2.0A的數(shù)據(jù)幀和2.0B的數(shù)據(jù)幀在同一條總線上傳輸時(shí)，如果ID相同，則非擴(kuò)展數(shù)據(jù)幀的優(yōu)先權(quán)高于擴(kuò)展數(shù)據(jù)幀?？刂朴颍刂朴颍–ontrol)Control)：r0、r1是保留位，作為擴(kuò)展位，DLC表示一幀中數(shù)據(jù)字節(jié)的數(shù)目。數(shù)據(jù)域：數(shù)據(jù)域：包含08字節(jié)的數(shù)據(jù)。校驗(yàn)域（CRC）：檢驗(yàn)位錯(cuò)用循環(huán)冗余校驗(yàn)，15位。應(yīng)答域（ACK）：包括應(yīng)答位和應(yīng)答分隔符。正確接收到有效報(bào)

31、文接收站在應(yīng)答期將總線值為顯性電平。幀結(jié)束（EoF) ：由七位隱性電平組成。RTR：遠(yuǎn)程請(qǐng)求位，=0時(shí)為數(shù)據(jù)幀，=1時(shí)是不包含數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)地請(qǐng)求幀。當(dāng)兩種數(shù)據(jù)幀在同一條總線上傳輸時(shí)，如果ID相同，則非擴(kuò)展數(shù)據(jù)幀的優(yōu)先權(quán)高于擴(kuò)展數(shù)據(jù)幀。SRR代替遠(yuǎn)程請(qǐng)求位（永遠(yuǎn)置1）IDE：標(biāo)識(shí)符擴(kuò)展位, 用于區(qū)分標(biāo)準(zhǔn)幀和擴(kuò)展幀標(biāo)準(zhǔn)幀，IDE=0（11位位ID）擴(kuò)展幀，IDE=1（29位位ID）RTR：遠(yuǎn)程請(qǐng)求位, 用于區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀 數(shù)據(jù)幀，RTR=0； 遠(yuǎn)程幀，RTR=1；數(shù)r0r0、r1r1是保留位，作為擴(kuò)展位是保留位，作為擴(kuò)展位發(fā)送節(jié)點(diǎn)發(fā)送隱性位“1”，接收節(jié)點(diǎn)回“0”表示正確DEL是界定符， 固定格式

32、，1個(gè)隱性位Can Can 數(shù)據(jù)幀示例數(shù)據(jù)幀示例0 x5 .Temperature Pressure Torque.ID4 bytes2 bytes2 bytesData 8 bytesGearbox CAN Data Frame0 x10 . Temperature Torque.ID4 bytes2 bytesABS CAN Data FrameData 8 byte ( 2 bytes not used)2 2）遠(yuǎn)程幀）遠(yuǎn)程幀 遠(yuǎn)程幀由6個(gè)域組成：幀起始、仲裁域、控制域、校驗(yàn)域、應(yīng)答域、幀結(jié)束。3 3）錯(cuò)誤指示幀）錯(cuò)誤指示幀接收節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)總線上的報(bào)文有誤時(shí)，將自動(dòng)發(fā)出“活動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志”其他節(jié)

33、點(diǎn)檢測(cè)到活動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志后發(fā)送“錯(cuò)誤認(rèn)可標(biāo)志”?？蓹z測(cè)的錯(cuò)誤有： 位錯(cuò)誤-Bit Error-Bit Error 填充錯(cuò)誤-Stuff Error-Stuff Error ACKACK錯(cuò)誤錯(cuò)誤-ACK Error-ACK Error 格式錯(cuò)誤-Form Error-Form Error CRCCRC錯(cuò)誤錯(cuò)誤-CRC Error -CRC Error 錯(cuò)誤指示幀錯(cuò)誤指示幀由錯(cuò)誤標(biāo)志和錯(cuò)誤分界兩個(gè)域組成。接收節(jié)點(diǎn)發(fā)出的是“活動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志”其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送“錯(cuò)誤認(rèn)可標(biāo)志”。包括錯(cuò)誤標(biāo)志與錯(cuò)誤界定符： 錯(cuò)誤標(biāo)志 主動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志：6 6個(gè)連續(xù)顯性位；個(gè)連續(xù)顯性位； 被動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志：6 6個(gè)連續(xù)隱性位；個(gè)連續(xù)隱性位； 錯(cuò)誤界定符 8 8個(gè)連續(xù)隱性位個(gè)連續(xù)隱性位4 4）超載幀）超載幀 由超載標(biāo)志和超載分隔符組成。超載幀只能在一個(gè)幀結(jié)束后開(kāi)始。當(dāng)接收方接收下一幀之前，需要過(guò)多的時(shí)間處理當(dāng)前的數(shù)據(jù)，或在幀問(wèn)空隙域檢測(cè)到顯性電平時(shí)，則導(dǎo)致發(fā)送超載幀。5 5）幀間空隙）幀間空隙 位于數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)地幀與前面的信息幀之間，由幀間空隙和總線空閑狀態(tài)組成。幀間空隙是必要的，在此期間， CAN不進(jìn)行新的幀發(fā)送，為的是CAN控制器在下次信息傳遞前有時(shí)間進(jìn)行內(nèi)部處理操作。當(dāng)總線空閑