《車載網絡技術》2版第2章 CAN總線

1、車載網絡技術第2章 CAN總線2.1 數據信號及其傳輸2.1.1數制 在計算機和數據傳輸技術中有三種重要數制，即十進制、二進制、十六進制。1.十進制 十進制是常用的阿拉伯數制。這種數制的基數是10。與此相適應，每個單個數位有十個不同的符號。 圖2-1 十進制三位數365的結構2.二進制 二進制是數據處理中最常用的數制之一。在二進制中只有兩個數字值：0 和1，或接通或關閉，或高電壓或低電壓，即所謂的二進制符號或位。在通信領域，也把這兩個值稱為邏輯0和邏輯1。 每個數據信號都由一個二進制符號（位）的排列構成，如1001 0110。 二進制有兩種狀態(tài)0和1，因此基數為2。十進制記數法中的數字5在二進

2、制中可轉換為為0101。 圖2-2 一個二進制數的結構3.十六進制十六進制用作二進制數的簡化表示。這種數制包括十六個符號，即0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F。 十六進制的基數是16。字母A至F對應十進制中的數字值10至15。用一個一位的十六進制數字可以表示一個四位的二進制數 （四位組）。位3位2位1位0十六進制值十進制值0000000001110010220011330100440101550110660111771000881001991010A101011B111100C121101D131110E141111F15表2-1 十六進制數與二進制數 的對應關系

3、從二進制數值轉換成十六進制數值時，把二進制數值的各個四位組轉換成十六進制數值，然后連在一起書寫即可。 例如，將二進制數值1101 0111轉換成十六進制數值時，第1個四位組（1101）對應于十六進制數值D；第2個四位組（0111）對應于十六進制數值7。把這兩個結果合并在一起，就可以得到十六進制數字D7。 2.1.2數據信號的類別1.模擬信號 “模擬”這個概念來源于希臘語（Analogos），表示“類似于”。 模擬顯示數據（信息）是指通過直接與數據成比例的連續(xù)變化物理量進行表示。圖2-3 模擬信號1最大電壓值；U電壓；t時間2.數字信號 “數字”這個概念來源于拉丁語“Digitus”，表示手指或

4、腳趾，其本意是指可以用幾個手指算清的所有事務，或者更確切第說， “數字”就是可以分解為各自獨立的事務。 數字表示方式就是以數字形式表示不斷變化的物理量。尤其在計算機內，所有數據都以“0”和“1”的序列形式表示出來（二進制）。因此，“數字”是“模擬”的對立形式。圖2-4 數字信號U電壓；t時間3.二進制信號 “Bi”一詞來源于希臘語，表示“2”。因此，一個二進制信號只能識別兩種狀態(tài)，即0和1，或高和低。如車燈點亮或車燈未亮；繼電器觸電斷開或繼電器觸點閉合；供電或未供電；車門打開或車門關閉，等等。 每個符號、圖片甚至聲音都可由特定順序的二進制字符來表述，如10010110。通過這些二進制編碼，計算

5、機或控制單元可以處理信息或將信息發(fā)送給其它控制單元。圖2-5 二進制信號1高；2低；U電壓；t時間4.信號電壓 為了能夠清楚地區(qū)分高電壓和低電壓這兩種狀態(tài)，在汽車網絡技術中對信號電壓作了明確的規(guī)定，高電壓為6 12V，低電壓為 02 V，2 6 V之間屬于禁止范圍，只用于識別故障。圖2-6 信號電壓1高電壓范圍；2禁止使用的范圍；3低電壓范圍；U電壓；t時間5.代碼表示 代碼就是一組由字符、符號或信號碼元以離散形式表示信息的明確的規(guī)則體系。莫爾斯電碼的每個字母和數字都通過不同長度的信號序列進行加密的。 圖2-7 莫爾斯發(fā)報機莫爾斯電碼為： 短短短S；長長長O；短短短S。 SOS（Save Ou

6、r Souls拯救我們的生命）圖2-7 莫爾斯發(fā)報機6.比特和字節(jié) 計算機中的所有信息都以位（bit，亦稱比特，是二進制數字的最小信息單位）為單位進行存儲和處理的。 最常用的系統(tǒng)和代碼用8個位構成一個字節(jié)。因此，可以對256個字節(jié)進行設碼。 1千字節(jié)（KB）= 210字節(jié)，即1024字節(jié) 1兆字節(jié)（MB）= 220字節(jié)，即 1024 KB（1048576字節(jié)） 1千兆字節(jié)（GB）= 230字節(jié)，即1024 MB（1073741824字節(jié)） 注意：換算系數不是1000，而是1024。 因此，必須將所有數據（字母、數字、聲音、圖片等）轉換成二進制代碼，以便在計算機中進行處理。 2.1.3 總線與接

7、口1.總線 總線技術最早應用在計算機內部。電信號在計算機系統(tǒng)組件、微處理器、存儲器與輸入/輸出器件之間以并行方式傳輸，為此目的而使用的線路稱為總線（BUS）。圖2-8 計算機系統(tǒng)內總線線路的示意圖1地址總線；2數據總線；3控制總線；CPU中央處理器；ROM只讀存儲器；RAM隨機存儲器；I輸入；O輸出圖2-9 車用計算機（電子控制單元）電路板1輸出模塊；2輸入模塊；3存儲器模塊；4微處理器；5線圈；6電容器；7二極管；8特殊模塊 （特定應用）2.接口 接口負責建立計算機與周圍環(huán)境（其他設備）之間的連接。圖2-10 接口1計算機；2接口；3軟件；4硬件 通過接口連接不同設備時有點對點連接和多點連接

8、兩種連接方式。點對點連接。 多點連接。 2.1.4 數據傳輸方式 根據發(fā)送裝置向接收裝置傳輸信息時各字節(jié)的傳輸方式不同，數據傳輸方式分為并行傳輸和串行傳輸兩種形式。1.并行傳輸 圖2-13 并行傳輸1發(fā)送裝置；2數據；3接收裝置；MSB最高值數位；LSB最低值數位2.串行傳輸圖2-14 串行傳輸1-發(fā)送裝置；2-數據；3-接收裝置 數據的傳輸速率（速度）一般使用位傳輸速率（亦稱比特率）表示，其定義為每秒傳輸的數據位數（bit），單位為bit/s。 目前汽車上并行數據傳輸方式多在控制單元內部線路中使用，而在控制單元外部傳輸信息則大都以串行傳輸方式進行。 串行數據傳輸既可以采用同步傳輸方式，也可以

9、采用異步傳輸方式。3.同步數據傳輸 使用一個共同的時鐘脈沖發(fā)生器可保持發(fā)送裝置和接收裝置時間管理的同步性。這種方式就是同步傳輸方式。圖2-15 同步傳輸方式1同步脈沖；2數據；3停止；4起始；5接收裝置4.異步數據傳輸 發(fā)送和接收裝置之間最常用的時間管理方式是異步傳輸方式。進行異步數據傳輸時，發(fā)送和接收裝置之間沒有共同的系統(tǒng)節(jié)拍。 圖2-16 異步數據傳輸時數據幀的結構1接收裝置；2起始位；3最低值數位；45-8 位數據；5最高值數位；6檢查位；78停止位； 9發(fā)送裝置5.數據總線上的信息流方向單工通信。 雙工通信。 圖2-18 雙工通信圖2-17 單工通信6.多路傳輸 多路傳輸（Multip

10、lex Control Systems）是指在同一條通信線路上，同時傳輸多種數據信號的通信技術，又稱多路通信（Multiplex Communication）系統(tǒng)、多路復用(Multiplexing)技術或聰明線路系統(tǒng)（Smart Wiring System）。（1）時分多路復用 時分多路復用TDM （Time Division Multiplexing）是指多路數據信號按時間順序，先后交替利用復用的傳輸介質進行數據信號傳輸的技術，即多路數據源的輸入復合成一個數據流在同一條通信線路上進行數據傳輸。 采用時分多路復用技術傳輸數據信號時，將時間分成窄小的時間段，每一個窄小的時間段由復用的一路數據信

11、號占用。各路數據信號在微觀上進行串行傳輸，在宏觀上進行并行傳輸。（2）頻分多路復用 頻分多路復用 FDM（Frequency Division Multiplexing）是指先將各路輸入信號調制到不同的載波頻率上，然后利用同一條通信線路進行數據傳輸的技術。 每路調制后的數據信號占用以載波頻率為中心的一定的頻帶，只要各路信號的載波頻率足夠分離，信號頻帶彼此不交叉、重疊，各路數據信號之間就不會互相干擾。（3）波分多路復用 波分多路復用 WDM（Wave-length Division Multiplexing）是指在光波頻率范圍內，將不同波長的光波按照一定的時間間隔在同一條光導纖維內進行數據傳輸的

12、技術。2.2 CAN總線的工作原理2.2.1 CAN總線簡介 CAN是ControllerAreaNetwork（控制器局域網）的縮寫，是國際標準化的串行通信協議。目前，CAN總線是汽車網絡系統(tǒng)中應用最多、也最為普遍的一種總線技術。1.CAN總線的優(yōu)點控制單元間的數據交換都在同一平臺上進行。這個平臺稱為協議，CAN總線起到數據交換“高速公路”的作用。圖2-19 控制單元間的數據交換都在同一平臺上進行圖2-20 CAN總線相當于數據交換的“高速公路”可以很方便地實現用控制單元來對系統(tǒng)進行控制，如發(fā)動機控制、變速器控制、ESP控制等?？梢苑奖愕丶友b選裝裝置，為技術進步創(chuàng)造了條件，為新裝備的使用埋下

13、了伏筆。CAN總線是一個開放系統(tǒng)，可以與各種傳輸介質進行適配，如銅線和光導纖維（光纖）。對控制單元的診斷可通過K線來進行，車內的診斷有時通過CAN總線來完成（如安全氣囊和車門控制單元），稱為“虛擬K線”。隨著技術的進步，今后有逐步取消K線的趨勢?？赏瑫r通過多個控制單元進行系統(tǒng)診斷。2.CAN總線的結構特點可靠性高；使用方便；數據密度大；數據傳輸快；采用雙線傳輸，抗干擾能力強，數據傳輸的可靠性高?；谑录|發(fā)協議工作，采用多主競爭方式進行數據發(fā)送權的爭奪，因此需要設置沖突仲裁機制。3.CAN總線的傳輸速率 目前，CAN總線系統(tǒng)中的信號是采用數字方式經銅導線傳輸的，其最大穩(wěn)定傳輸速率可達1000k

14、bit/s （1Mbit/s）。 大眾和奧迪公司將最大標準傳輸速率規(guī)定為500kbit/s，并將CAN總線系統(tǒng)分為三個專門的系統(tǒng)：動力CAN總線（高速），亦稱驅動CAN總線，其標準傳輸速率為500kbit/s，可基本滿足實時要求，主要用于發(fā)動機、變速器、ABS、轉向助力等汽車動力系統(tǒng)的數據傳輸。舒適CAN總線（低速），其標準傳輸速率為100kbit/s，主要用于空調系統(tǒng)、中央門鎖（車門）系統(tǒng)、座椅調節(jié)系統(tǒng)的數據傳輸。信息CAN總線（低速），其標準傳輸速率為100kbit/s，主要用于對時間要求不高的領域，如導航系統(tǒng)、組合音響系統(tǒng)、CD轉換控制等。4.CAN總線的自診斷功能控制單元具有自診斷功能

15、，通過自診斷功能還可識別出與CAN總線相關的故障。用診斷儀讀出CAN總線故障記錄之后，即可按這些提示信息按圖索驥、順藤摸瓜，快速、準確地查尋并排除故障?？刂茊卧獌鹊墓收嫌涗浻糜诔醪酱_定故障，還可用于讀出排除故障后的無故障說明，即確認故障已經被排除。如果想要更新故障顯示內容，必須重新起動發(fā)動機。CAN總線正常工作的前提條件是車輛在任何工況均不應有CAN總線故障記錄。 2.2.2 CAN總線的組成1.CAN總線的基本系統(tǒng) CAN總線的基本系統(tǒng)由多個控制單元和兩條數據線組成，這些控制單元通過所謂收發(fā)器（發(fā)射-接收放大器）并聯在總線導線上。 圖2-21 CAN總線的數據傳輸與公交車載運乘客相似 CAN

16、總線系統(tǒng)采用雙絞線進行數據傳輸。這兩根導線中，一根稱為CAN-High導線，另一根導線稱為CAN-Low導線。 在雙絞線上，信號是按相反相位傳輸的，這樣可有效抑制外部干擾。圖2-22 CAN總線的雙絞線2.CAN總線的數據結構 在CAN總線上傳輸的信息稱為報文（Message）。報文傳輸由以下四種不同的幀類型所表達和控制：數據幀（Data Frame）。數據幀將數據從發(fā)送器傳輸到接收器。數據幀是報文傳輸的具有具體意義的數據信息，其結構視CAN協議的具體版本不同而異。遠程幀（Remote Frame）。接收數據的節(jié)點（接收數據的控制單元）可通過發(fā)送遠程幀請求數據源節(jié)點（發(fā)送數據的控制單元）發(fā)送數

17、據。錯誤幀（Error Frame）。錯誤幀用來檢測 CAN 總線數據傳輸過程中的錯誤。任何CAN總線控制單元檢測到總線錯誤時，就會發(fā)出錯誤幀。過載幀（Overload Frame）。過載幀用于在先行的和后續(xù)的數據幀（或遠程幀）之間提供一個附加的延時。 為確保報文傳輸的正常進行，在數據幀（或遠程幀）之間通過幀間空間（Frame Space）與前一幀隔開，而不管前一幀是何種類型的幀。而在超載幀與錯誤幀前面不需要幀間空間，多個超載幀之間也不需要幀間空間來做分隔。 如圖2-23所示，CAN總線所傳輸的數據幀由7個不同的位場組成，即幀起始、仲裁場、控制場、數據場、循環(huán)冗余校驗場、應答場和幀結束。 數據

18、幀的最大長度為108bit。在兩條CAN導線上，所傳輸的數據幀的內容是相同的，但是兩條導線的電平狀態(tài)相反，即成鏡像。1）幀起始（Start of Frame，SOF）。幀起始標志數據幀和遠程幀的開始，由單個顯性位構成，長度為1bit。在顯性位，CAN-High導線的電壓大約為5V（具體數值視系統(tǒng)而定），CAN-Low導線的電壓大約為0V。只有當總線處于空閑狀態(tài)時，才允許節(jié)點開始發(fā)送數據，所有節(jié)點必須同步于首先發(fā)送報文（數據）的幀起始引起的上升沿。圖2-23 CAN總線的數據幀結構（CAN2.0A標準格式）圖2-23 CAN總線的數據幀結構（CAN2.0A標準格式）2）仲裁場（Arbitrati

19、on Field，AF）。仲裁場用于確定所傳數據的優(yōu)先級，如果在同一時刻有兩個控制單元都想發(fā)送數據，則優(yōu)先級高的數據先行發(fā)出。 在CAN2.0A的標準格式中，仲裁場由11位標識符和遠程發(fā)送請求位組成；而在CAN2.0B擴展格式中，仲裁場由29位標識符和遠程發(fā)送請求位RTR構成。也就是說CAN協議支持標準格式和擴展格式兩種報文格式，其唯一的區(qū)別是標識符長度的不同，標準格式為11位，擴展格式為29位。 標識符（Identifier，ID）。標識符ID分為標準格式標識符和擴展格式標識符兩種。在CAN2.0A中標準格式中，標識符的長度為11位，這些位以ID-10至ID-0的順序發(fā)送，最低位為ID-0，

20、其中最高7位（ID-10到ID-4）必須不是全隱性位。 圖2-23 CAN總線的數據幀結構（CAN2.0A標準格式）遠程發(fā)送請求位(Remote Transmission Request，RTR)。在數據幀中，遠程發(fā)送請求位RTR必須是顯性電平，而在遠程幀中，遠程發(fā)送請求位RTR必須是隱性電平。在擴展格式中，先發(fā)送基本標識符，其后是標識符擴展位和替代遠程請求位。擴展標識符在替代遠程請求位之后發(fā)送。 圖2-23 CAN總線的數據幀結構（CAN2.0A標準格式）替代遠程請求位(Substitute Remote Request，SRR)。SRR位為隱性位。在擴展格式中，SRR位在標準格式的遠程發(fā)送

21、請求位位置上被發(fā)送，并替代標準格式中的遠程發(fā)送請求位。這樣，可以解決標準格式和擴展格式的沖突。 標識符擴展位(Identifier Extension Bit，IDE)。IDE位對于擴展格式而言屬于仲裁場，對于標準格式來說屬于控制場。標識符擴展位在標準格式中以顯性電平發(fā)送，而在擴展格式中為隱性電平。 圖2-23 CAN總線的數據幀結構（CAN2.0A標準格式）3）控制場（Control Field，CF）?？刂茍鯟F（長度為6bit）用于顯示數據場中的數據數量，以便讓接收器（接收數據的控制單元）檢驗自己接收到的、來自發(fā)送器（發(fā)送數據的控制單元）的數據是否完整。 兩種CAN版本的控制場格式不同。

22、在標準格式中，控制場包括數據長度碼DLC (Data Length Code)、IDE位（顯性）和保留位0r(顯性)。在擴展格式中，包括DLC和兩個保留位1r、2r，這兩個保留位必須發(fā)送顯性電平。DLC為4位，允許使用0到8之間的數字。 圖2-23 CAN總線的數據幀結構（CAN2.0A標準格式）4）數據場（Data Field，DF）。數據場DF由數據幀中被發(fā)送的數據組成，是數據幀的實質內容。 數據場DF可包括08個字節(jié)，每個字節(jié)由8個位組成。數據場DF的長度不確定，視具體情況而定，最大長度為64bit。其中，首先發(fā)送最高有效位MSB。 5）循環(huán)冗余校驗場(Cyclic Redundancy

23、 Check，CRC)。CRC場由15位CRC序列和1位CRC界定符（隱性）組成，總長度為16bit，用于檢驗數據在傳輸過程中是否出現錯誤。圖2-23 CAN總線的數據幀結構（CAN2.0A標準格式）6）應答場(Acknowledge，ACK)。ACK場為兩位（長度為2bit），即應答間隙（ACK SLOT）和應答界定符（ACK DELIMITER）。 在應答場里，發(fā)送器發(fā)送兩個隱性位。當接收器接收到有效的報文時，接收器就會在應答間隙期間發(fā)送應答信號，向發(fā)送器發(fā)送一個顯性位以示應答（稱為幀內應答）接收器已經正確、完整地收到了發(fā)送器發(fā)送的數據。 如果檢測到在數據傳輸中出現錯誤，則接收器會迅速通知

24、發(fā)送器，以便發(fā)送器重新發(fā)送該數據。7）幀結束(END OF FRAME，EOF)。幀結束EOF由7個隱性位組成（長度為7bit），標志著數據的結束。3.信息的發(fā)送與接收 CAN數據總線在發(fā)送信息時，每個控制單元均可接收其他控制單元發(fā)送出的信息。在通信技術領域，也把該原理稱為廣播。圖2-24 廣播原理圖2-25 CAN數據總線的數據傳輸類似于“電話會議”圖2-26 單線CAN總線數據傳輸示意圖圖2-27 CAN總線上的信息交換（廣播原理）2.2.3 CAN總線系統(tǒng)元件的功能圖2-28 按時間順序的電信號傳輸 CAN總線系統(tǒng)元件主要由K-線、控制單元、CAN構件、收發(fā)器等組成。 1.K線 K線用于

25、在CAN總線系統(tǒng)自診斷時連接汽車故障檢測儀（如VAS5051），屬于診斷用的通訊線。2.控制單元 控制單元接收來自傳感器的信號，將其處理后再發(fā)送到執(zhí)行元件上。圖2-29 CAN總線系統(tǒng)元件3.CAN構件 CAN構件用于數據交換，為兩個區(qū)，一個是接收區(qū)，一個是發(fā)送區(qū)。CAN構件通過接收郵箱或發(fā)送郵箱與控制單元相連。圖2-30 郵局收發(fā)郵件4.收發(fā)器 收發(fā)器就是一個發(fā)送-接收放大器，在接收數據時，收發(fā)器把CAN構件連續(xù)的比特流（亦稱邏輯電平）轉換成電壓值（線路傳輸電平）；當發(fā)送數據時，收發(fā)器把電壓值（線路傳輸電平）轉換成連續(xù)的比特流。線路傳輸電平非常適合在銅質導線上進行數據傳輸。 收發(fā)器通過TX-

26、線（發(fā)送導線）或RX-線（接收導線）與CAN構件相連。RX-線通過一個放大器直接與CAN總線相連，并總是在監(jiān)聽總線信號。1）收發(fā)器的特點 狀態(tài) 晶體三極管狀態(tài)電阻狀態(tài) 總線電平 1截止（相當于開關斷開）無源 高阻抗 1 0導通（相當于開關閉合）有源 低阻抗 0表2-2 收發(fā)器內晶體三極管的狀態(tài)與總線電平之間的對應關系圖2-31 收發(fā)器的TX-線與總線的耦合2）多個收發(fā)器與總線導線的耦合 當有多個收發(fā)器與總線導線耦合時，總線的電平狀態(tài)將取決于各個收發(fā)器開關狀態(tài)的邏輯組合。 收發(fā)器A 收發(fā)器B 收發(fā)器C 總線電平 1 1 1 1（5 V） 1 1 0 0（0V） 1 0 1 0（0V） 1 0 0

27、 0（0V） 0 1 1 0（0V） 0 1 0 0（0V） 0 0 1 0（0V） 0 0 0 0（0V）表2-3 收發(fā)器開關的狀態(tài)與總線電平的邏輯關系圖2-32 3個收發(fā)器接到一根總線導線上2.2.4 CAN總線的數據傳輸過程1.信息格式的轉換 首先是發(fā)動機控制單元的傳感器接收到發(fā)動機轉速信息（轉速值）。該值以固定的周期（循環(huán)往復地）到達微控制器的輸入存儲器內。 發(fā)動機轉速值按協議被轉換成標準的CAN信息格式。 在本例中，仲裁場（標識符）=發(fā)動機_1，數據場（信息內容）=發(fā)動機轉速（即發(fā)動機轉速為xxx r/min）。當然，CAN總線上傳輸的數據也可以是其他信息（如節(jié)氣門開度、冷卻液溫度、

28、發(fā)動機轉矩等），具體內容取決于系統(tǒng)軟件的設定。圖2-33 發(fā)動機轉速值按協議被轉換成標準的CAN信息格式2.請求發(fā)送信息總線狀態(tài)查詢 如果發(fā)送郵箱內有一個發(fā)動機轉速實時值，那么該值會由發(fā)送特征位（舉起的小旗）顯示出來請求發(fā)送信息。 只有總線處于空閑狀態(tài)時，控制單元才能向總線上發(fā)送信息。CAN構件通過RX-線來檢查總線是否有源（是否正在交換其他信息），必要時會等待，直至總線空閑下來為止。 如果在某一時間段內，總線電平一直為1（總線一直處于無源狀態(tài)），則說明總線處于空閑狀態(tài)。圖2-34 總線狀態(tài)查詢3.發(fā)送信息 如果總線空閑下來，發(fā)動機信息就會被發(fā)送出去。 圖2-35 信息發(fā)送過程4.接收過程 連

29、接在CAN總線上的所有控制單元都接收發(fā)動機控制單元發(fā)送的信息，該信息通過RX-線到達CAN構件各自的接收區(qū)。圖2-36 接收過程 接收過程分兩步，首先檢查信息是否正確（在監(jiān)控層），然后檢查信息是否可用（在接收層）。1）檢查信息是否正確（在監(jiān)控層） 數據傳輸是否正確，可以通過監(jiān)控層內的CRC校驗和數來進行校驗。CRC校驗即為循環(huán)冗余碼校驗（Cycling Redundancy Check，略作CRC）。 在發(fā)送每個信息時，所有數據位會產生并傳遞一個16位的校驗和數，接收器按同樣的規(guī)則從所有已經接收到的數據位中計算出校驗和數，隨后系統(tǒng)將接收到的校驗和數與計算出的實際校驗和數進行比較。 如果兩個校驗

30、和數相等，確認無數據傳輸錯誤，那么連接在CAN總線上的所有收到該條信息的控制單元都會給發(fā)送器一個確認回答確認信息已經妥收（圖2-37），這個確認回答就是所謂的“幀內應答”（Acknowledge，Ack)，它位于校驗和數之后。圖2-37 確認信息已經妥收2）檢查信息是否可用（在接收層） CAN構件的接收層判斷該信息是否可用。如果該信息對本控制單元來說是有用的，則舉起接收旗，予以放行，該信息就會進入相應的接收郵箱；如果該信息對本控制單元來說是無用的，則可以拒絕接收。5.沖突仲裁 如果多個控制單元同時發(fā)送信息，那么數據總線上就必然會發(fā)生數據沖突。為了避免發(fā)生這種情況，CAN總線具有沖突仲裁機制。

31、按照信息的重要程度分配優(yōu)先權，確保優(yōu)先權高的信息能夠優(yōu)先發(fā)送。 如圖2-38所示，經監(jiān)控層監(jiān)控、確認無誤后，已接收到的正確信息會到達相關CAN構件的接收區(qū)。圖2-38 監(jiān)控層對信息進行監(jiān)控 （1）每個控制單元在發(fā)送信息時通過發(fā)送標識符來標識信息類別，信息優(yōu)先權包含在標識符中。（2）所有控制單元都通過各自的RX-線來跟蹤總線上的一舉一動并獲知總線狀態(tài)。（3）每個控制單元的發(fā)射器都將TX-線和RX-線的狀態(tài)一位一位地進行比較（它們可以不一致）。 圖2-40 避免數據沖突的仲裁過程2.3 CAN總線的應用2.3.1 CAN總線的分類1.大眾集團的CAN總線（1）動力CAN數據總線。CAN動力數據總線

32、屬于高速CAN總線，數據傳輸速率為500kbit/s，用于將動力系統(tǒng)中的控制單元聯成網絡。（2）舒適CAN數據總線。舒適CAN數據總線屬于低速CAN總線，數據傳輸速率為100kbit/s，用于將舒適系統(tǒng)中的控制單元聯成網絡。（3）信息CAN數據總線。信息CAN數據總線屬于低速CAN總線，數據傳輸速率為100kbit/s，用于將收音機、電話和導航系統(tǒng)聯成網絡。 舒適CAN數據總線和信息CAN數據總線可以通過帶網關的組合儀表與動力CAN數據總線進行數據交換。2.不同CAN總線的共性（1）不同類別的CAN總線采用同樣的數據傳輸協議進行數據傳輸。（2）為了保證信息傳輸的高抗干擾性，所有CAN數據總線都

33、采用雙線系統(tǒng)，個別公司還采用三線系統(tǒng)。（3）將要發(fā)送的信號在發(fā)送控制單元的收發(fā)器內轉換成不同的信號電平，并輸送到兩條CAN導線上，只有在接收控制單元的差分信號放大器內才能建立兩個信號電平的差值，并將其作為唯一經過校正的信號繼續(xù)傳至控制單元的CAN接收區(qū)。（4）信息CAN數據總線與舒適CAN數據總線的特性是一致的。 在Polo (自2002年起)和Golf IV汽車上，信息CAN數據總線和舒適CAN數據總線采用同一組數據導線。3.不同CAN總線的區(qū)別（1）動力CAN數據總線通過15號接線柱切斷，或經過短時無載運行后自行切斷。（2）舒適CAN數據總線由30號接線柱供電且必須保持隨時可用狀態(tài)。在“1

34、5號接線柱關閉”后，若汽車網絡系統(tǒng)不再需要舒適CAN數據總線工作，則舒適CAN總線進入“休眠模式”。（3）舒適CAN數據總線和信息CAN數據總線具有“單線工作模式”，可以單線工作（俗稱“瘸腿”工作）。（4）動力CAN數據總線的電信號與舒適CAN數據總線、信息CAN數據總線的電信號是不同的。 動力CAN數據總線無法與舒適/信息CAN數據總線直接進行電氣連接，但可以通過網關聯接在一起，夠成一個更大的網絡。4.CAN導線 CAN數據總線是一種雙線式數據總線，稱為雙絞線。 在大眾車系中，CAN導線的基色為橙色。動力總線的CAN-High導線上還多加了黑色作為標志色；舒適總線的CAN-High導線上的標

35、志色為綠色；信息總線的CAN-High導線上的標志色為紫色，而CAN-Low導線的標志色都是棕色。 為易于識別，并與大眾車系維修手冊及VAS5051系列檢測儀相適應，在本書中，CAN導線分別用黃色和綠色來表示，CAN-High導線為黃色，CAN-Low導線為綠色。圖2-42 雙絞線（CAN-High導線和CAN-Low導線）5.CAN導線布線圖 大眾集團使用的CAN數據總線有一個特點，控制單元之間呈樹形連接，這在CAN標準中是沒有的。這個特點使得控制單元布線更為完美。圖2-43 Phaeton汽車動力CAN數據總線的拓撲結構圖2.3.2動力CAN總線1.CAN導線上的電壓 CAN總線的靜止狀態(tài)

36、亦稱隱性狀態(tài)，靜止狀態(tài)下CAN-High導線和CAN-Low導線的對地電壓稱為靜止電平（亦稱隱性電平），簡稱靜電平。圖2-44 動力CAN導線上的電壓2.CAN收發(fā)器 控制單元是通過收發(fā)器聯接到動力CAN總線上的。在收發(fā)器內部的接收器一側設有差分信號放大器。差分信號放大器用于處理來自CAN-High導線和CAN-Low導線的信號。圖2-45 動力CAN數據總線的差分信號放大器 收發(fā)器的差分信號放大器在處理信號時，會用CAN-High導線上作用的電壓減去CAN-Low導線上作用的電壓，具體的處理過程如圖2-46所示。圖2-46 差分信號放大器內的信號處理3.干擾信號的消除 CAN-High信號和

37、CAN-Low信號經過差分信號放大器處理后（就是所謂的差分傳輸技術），可最大限度地消除干擾的影響。即使車上的供電電壓有波動（如起動發(fā)動機時），也不會影響各個控制單元的數據傳輸，這就大大提高了數據傳輸的可靠性。圖2-48 CAN總線對外界干擾信號的消除過程4.終端電阻（負載電阻） 從信號傳輸的角度看，聯接在CAN總線上的控制單元相當于CAN導線上的一個負載電阻（只是控制單元內部裝有電子元件），其阻抗取決于聯接的控制單元數量及電阻阻值。圖2-49 CAN數據總線上的負載電阻5.動力CAN總線的電壓波形圖2-50 動力CAN總線的實測電壓波形2.3.3舒適/信息CAN總線1.舒適/信息CAN總線的應

38、用 舒適/信息CAN總線用于將舒適CAN總線和信息CAN總線所控制的控制單元（如全自動空調/空調控制單元、車門控制單元、舒適控制單元、收音機和導航顯示單元控制單元等）連成網絡。2.舒適/信息CAN導線上的電壓圖2-51 舒適/信息CAN總線的理論電壓 舒適/信息CAN放棄了CAN-High導線和CAN-Low導線共同的中壓。如圖2-52所示，在隱性狀態(tài)（靜電平）時，CAN-High信號為0V，在顯性狀態(tài)時3.6V。對于CAN-Low信號來說，隱性電平為5V，顯性電平1.4V。 于是，在差分信號放大器內相減后，隱性電平為-5V，顯性電平為2.2V，隱性電平和顯性電平之間的電壓變化（電壓提升）就提高到7.2V。圖2-52 舒適/信息CAN總線的實測電壓波形3.舒適/信息CAN總線的收發(fā)器 舒適/信息CAN總線收發(fā)器的工作原理與驅動CAN總線收發(fā)器基本是一樣的，只是輸出電壓和出現故障時切換到單線工作模式的方法不同。圖2-53 舒適/信息CA