汽車(chē)CAN數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的原理及其故障診斷5

CAN舒適/Infotainment數(shù)據(jù)總線的速率為100kBit/s，用于將CAN舒適總線和CANInfotainment總線方面的控制單元聯(lián)成網(wǎng)。CAN舒適/Infotainment數(shù)據(jù)總線控制單元有:-全自動(dòng)空調(diào)/空調(diào)控制單元-車(chē)門(mén)控制單元-舒適控制單元-收音機(jī)和導(dǎo)航顯示單元控制單元控制單元通過(guò)CAN驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)總線的CAN-High線和CAN-Low線來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，如車(chē)門(mén)開(kāi)/關(guān)、車(chē)內(nèi)燈開(kāi)/關(guān)、車(chē)輛位置(GPS)等等。由于使用同樣的脈沖頻率，所以CAN舒適數(shù)據(jù)總線和CANInfotainment總線可以共同使用一對(duì)導(dǎo)線，當(dāng)然前提條件是相應(yīng)的車(chē)上有這兩種數(shù)據(jù)總線((如GolflVundPoloMJ2002)。CAN舒適/Infotainment數(shù)據(jù)總線的特點(diǎn)CharacteristicsofCANcomfort/Infotainmentdatabus舒適系統(tǒng)的信號(hào)圖CAN舒適/Infotainment數(shù)據(jù)總線的特點(diǎn)CharacteristicsofCANcomfort/Infotainmentdatabus1、CAN舒適/lnfotainment數(shù)據(jù)總線的差動(dòng)數(shù)據(jù)傳遞為了使低速CAN抗干擾性強(qiáng)且電流消耗低，與CAN驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)總線相比就需做一些改動(dòng)。首先，由于使用了單獨(dú)的驅(qū)動(dòng)器(功率放大器），這兩個(gè)CAN信號(hào)就不再有彼此依賴的關(guān)系了。與CAN驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)總線不同，CAN舒適/Infotainment數(shù)據(jù)總線的CAN-High線和CAN-Low線不是通過(guò)電阻相連的。也就是說(shuō):CAN-High線和CAN-Low線不再彼此相互影響，而是彼此獨(dú)立作為電壓源來(lái)工作。另外還放棄了共同的中壓，在隱性狀態(tài)（靜電平）時(shí)，CAN-High信號(hào)為oV，在顯性狀態(tài)時(shí)≥3.6V。對(duì)于CAN-Low信號(hào)來(lái)說(shuō)，隱性電平為5V，顯性電平≤1.4V。于是在差頻信號(hào)放大器內(nèi)相減后，隱性電平為-5V，顯性電平為2.2V，那么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。CAN舒適/Infotainment數(shù)據(jù)總線的特點(diǎn)CharacteristicsofCANcomfort/Infotainmentdatabus2、CAN舒適/Infotainment數(shù)據(jù)總線的CAN-收發(fā)器CAN舒適/Infotainment數(shù)據(jù)總線的特點(diǎn)CharacteristicsofCANcomfort/Infotainmentdatabus通過(guò)網(wǎng)關(guān)將三個(gè)系統(tǒng)聯(lián)成網(wǎng)絡(luò)

由于電壓電平和電阻配置不同，所以在CAN驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)總線和CAN舒適/Infotainment數(shù)據(jù)總線之間無(wú)法進(jìn)行耦合聯(lián)接。另外這兩種數(shù)據(jù)總線的傳輸速率是不同的，這就決定了它們無(wú)法使用不同的信號(hào)。這就需要在這兩個(gè)系統(tǒng)之間能完成一個(gè)轉(zhuǎn)換。這個(gè)轉(zhuǎn)換過(guò)程是通過(guò)所謂的網(wǎng)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。根據(jù)車(chē)輛的不同，網(wǎng)關(guān)可能安裝在組合儀表內(nèi)、車(chē)上供電控制單元內(nèi)或在自己的網(wǎng)關(guān)控制單元內(nèi)。由于通過(guò)CAN數(shù)據(jù)總線的所有信息都供網(wǎng)關(guān)使用，所以網(wǎng)關(guān)也用作診斷接口。目前是通過(guò)網(wǎng)關(guān)的K-線來(lái)查詢?cè)\斷信息，從Touran車(chē)開(kāi)始是通過(guò)CAN數(shù)據(jù)總線診斷線來(lái)完成這個(gè)工作的?？傁到y(tǒng)Totalsystem可以用火車(chē)站作為例子來(lái)清楚地說(shuō)明網(wǎng)關(guān)的原理總系統(tǒng)Totalsystem提示!與CAN舒適數(shù)據(jù)總線和CANInfotainment數(shù)據(jù)總線不同，CAN驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)總線不可與CAN舒適數(shù)據(jù)總線或CANInfotainment數(shù)據(jù)總線通過(guò)電氣相連!CAN舒適數(shù)據(jù)總線與CAN舒適/lnfotainment數(shù)據(jù)總線是不同的數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)，它們之間只能通過(guò)所謂網(wǎng)關(guān)相連?？傁到y(tǒng)TotalsystemCAN協(xié)議規(guī)范CanProtocolSpecification

CAN為串行通訊協(xié)議，能有效地支持具有很高安全等級(jí)的分布實(shí)時(shí)控制。CAN的應(yīng)用范圍很廣，從高速的網(wǎng)絡(luò)到低價(jià)位的多路接線都可以使用CAN。在汽車(chē)電子行業(yè)里，使用CAN連接發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元、傳感器、防剎車(chē)系統(tǒng)、等等，其傳輸速度可達(dá)1Mbit/s。同時(shí)，可以將CAN安裝在卡車(chē)本體的電子控制系統(tǒng)里，諸如車(chē)燈組、電氣車(chē)窗等等，用以代替接線配線裝置。

技術(shù)規(guī)范的目的是為了在任何兩個(gè)CAN儀器之間建立兼容性。可是，兼容性有不同的方面，比如電氣特性和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的解釋。為了達(dá)到設(shè)計(jì)透明度以及實(shí)現(xiàn)靈活性，根據(jù)ISO/OSI參考模型，CAN2.0規(guī)范細(xì)分為以下不同的層次:數(shù)據(jù)鏈路層和物理層(如圖所示)。CAN協(xié)議規(guī)范CanProtocolSpecification

在以前版本的CAN規(guī)范中，數(shù)據(jù)鏈路層的LLC子層和MAC子層的服務(wù)及功能分別被解釋為“對(duì)象層”和“傳輸層”。邏輯鏈路控制子層(LLC)的作用范圍如下:·為遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)請(qǐng)求以及數(shù)據(jù)傳輸提供服務(wù)?！ご_定由實(shí)際要使用的LLC子層接收哪一個(gè)報(bào)文?！榛謴?fù)管理和過(guò)載通知提供手段。MAC子層的作用主要是傳送規(guī)則，也就是控制幀結(jié)構(gòu)、執(zhí)行仲裁、錯(cuò)誤檢測(cè)、出錯(cuò)標(biāo)定、故障界定。位定時(shí)的一些普通功能也可以看作是MAC子層的一部分。物理層的作用是在不同節(jié)點(diǎn)之間根據(jù)所有的電氣屬性進(jìn)行位的實(shí)際傳輸。CAN協(xié)議規(guī)范CanProtocolSpecificationCAN具有以下的屬性:·報(bào)文的優(yōu)先權(quán)·保證延遲時(shí)間·設(shè)置靈活·時(shí)間同步的多點(diǎn)接收·系統(tǒng)內(nèi)數(shù)據(jù)的連貫性·多主機(jī)·錯(cuò)誤檢測(cè)和錯(cuò)誤標(biāo)定·只要總線一處于空閑，就自動(dòng)將破壞的報(bào)文重新傳輸·將節(jié)點(diǎn)的暫時(shí)性錯(cuò)誤和永久性錯(cuò)誤區(qū)分開(kāi)來(lái)，并且可以自動(dòng)關(guān)閉由OSI參考模型分層CAN結(jié)構(gòu)的錯(cuò)誤的節(jié)點(diǎn)。CAN協(xié)議規(guī)范CanProtocolSpecification依據(jù)ISO/OSI參考模型的層結(jié)構(gòu)具有以下功能:·物理層定義信號(hào)是如何實(shí)際地傳輸?shù)?，因此涉及到位時(shí)間、位編碼、同步的解釋。技術(shù)規(guī)范沒(méi)有定義物理層的驅(qū)動(dòng)器/接收器特性，以便允許根據(jù)它們的應(yīng)用，對(duì)發(fā)送媒體和信號(hào)電平進(jìn)行優(yōu)化?！AC子層是CAN協(xié)議的核心。它把接收到的報(bào)文提供給LLC子層，并接收來(lái)自LLC子層的報(bào)文。MAC子層負(fù)責(zé)報(bào)文分幀、仲裁、應(yīng)答、錯(cuò)誤檢測(cè)和標(biāo)定。MAC子層也被稱(chēng)作故障界定的管理實(shí)體監(jiān)管。此故障界定為自檢機(jī)制，以便把永久故障和短時(shí)擾動(dòng)區(qū)別開(kāi)來(lái)?！LC子層涉及報(bào)文濾波、過(guò)載通知、以及恢復(fù)管理。CAN協(xié)議規(guī)范CanProtocolSpecification1．報(bào)文

總線上的報(bào)文以不同的固定報(bào)文格式發(fā)送，但長(zhǎng)度受限。當(dāng)總線空閑時(shí)任何連接的單元都可以開(kāi)始發(fā)送新的報(bào)文。2．信息路由

在CAN系統(tǒng)中，一個(gè)CAN節(jié)點(diǎn)不使用有關(guān)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的任何信息(如站地址)。包含一些重要概念:系統(tǒng)靈活性——節(jié)點(diǎn)可在不要求所有節(jié)點(diǎn)及其應(yīng)用層改變?nèi)魏诬浖蛴布那闆r下，被接于CAN網(wǎng)絡(luò)。成組——由于采用了報(bào)文濾波，所有節(jié)點(diǎn)均可接收?qǐng)?bào)文，并同時(shí)被相同的報(bào)文激活。數(shù)據(jù)相容性——在CAN網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，可以確保報(bào)文同時(shí)被所有節(jié)點(diǎn)或者沒(méi)有節(jié)點(diǎn)接收，因此，系統(tǒng)的數(shù)據(jù)相容性是借助于成組和出錯(cuò)處理達(dá)到的?；拘g(shù)語(yǔ)Basicterms3.位速率不同的系統(tǒng),CAN的速度不同。在一個(gè)給定的系統(tǒng)里，位速率是唯一的，并且是固定的。4.優(yōu)先權(quán)在總線訪問(wèn)期間，識(shí)別符定義一個(gè)靜態(tài)的報(bào)文優(yōu)先權(quán)。5.遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)請(qǐng)求通過(guò)發(fā)送遠(yuǎn)程幀,需要數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)可以請(qǐng)求另一節(jié)點(diǎn)發(fā)送相應(yīng)的數(shù)據(jù)幀。數(shù)據(jù)幀和相應(yīng)的遠(yuǎn)程幀是由相同的識(shí)別符命名的。6．仲裁只要總線空閑，任何單元都可以開(kāi)始發(fā)送報(bào)文。具有較高優(yōu)先權(quán)報(bào)文的單元可以獲得總線訪問(wèn)權(quán)。如果2個(gè)或2個(gè)以上的單元同時(shí)開(kāi)始傳送報(bào)文，那么就會(huì)有總線訪問(wèn)沖突。仲裁的機(jī)制確保了報(bào)文和時(shí)間均不損失。當(dāng)具有相同識(shí)別符的數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀同時(shí)初始化時(shí)，數(shù)據(jù)幀優(yōu)先于遠(yuǎn)程幀。仲裁期間，每一個(gè)發(fā)送器都對(duì)發(fā)送位的電平與被監(jiān)控的總線電平進(jìn)行比較。如果電平相同，則這個(gè)單元可以繼續(xù)發(fā)送。如果發(fā)送的是一“隱性”電平而監(jiān)視的是一“顯性”電平（見(jiàn)總線值)，那么單元就失去了仲裁，必須退出發(fā)送狀態(tài)?；拘g(shù)語(yǔ)Basicterms7.錯(cuò)誤檢測(cè)要進(jìn)行檢測(cè)錯(cuò)誤，必須采取以下措施:·監(jiān)視（(發(fā)送器對(duì)發(fā)送位的電平與被監(jiān)控的總線電平進(jìn)行比較)·循環(huán)冗余檢查·位填充·報(bào)文格式檢查8.故障界定CAN節(jié)點(diǎn)能夠把永久故障和短暫擾動(dòng)區(qū)別開(kāi)來(lái)。故障的節(jié)點(diǎn)會(huì)被關(guān)閉。9.總線值總線有二個(gè)互補(bǔ)的邏輯值:“顯性”或“隱性”。“顯性”位和“隱性”位同時(shí)傳送時(shí)，總線的結(jié)果值為“顯性”。比如，在總線的“寫(xiě)與”執(zhí)行時(shí)，邏輯0代表“顯性”等級(jí)，邏輯1代表“隱性”等級(jí)。10.應(yīng)答所有的接收器檢查報(bào)文的連貫性。對(duì)于連貫的報(bào)文，接收器應(yīng)答,對(duì)于不連貫的報(bào)文，接收器作出標(biāo)志?；拘g(shù)語(yǔ)BasictermsCAN信息包格式說(shuō)明:CAN信息包分為兩部分:信息部分和數(shù)據(jù)部分。頭兩個(gè)字節(jié)為信息部分，其前十一位為標(biāo)識(shí)符，標(biāo)識(shí)符中的前八位用作接收判斷，應(yīng)包含本信息包的目的站地址。然后是一位RTR位（應(yīng)設(shè)為0），最后是四位的DLC(數(shù)據(jù)長(zhǎng)度位，即所發(fā)數(shù)據(jù)的實(shí)際長(zhǎng)度，單位:字節(jié)）。其余八個(gè)字節(jié)是數(shù)據(jù)部分，存有實(shí)際要發(fā)的數(shù)據(jù)。詳見(jiàn)下圖:CAN的報(bào)文及結(jié)構(gòu)CanMessageandstructure

在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送時(shí)，發(fā)出報(bào)文的單元稱(chēng)為該報(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。對(duì)于報(bào)文發(fā)送器和接收器，報(bào)文的實(shí)際有效時(shí)刻是不同的。對(duì)于發(fā)送器而言，如果直到幀結(jié)束末尾一直末出錯(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)順序自動(dòng)重發(fā)送。為了能同其他報(bào)文進(jìn)行總線訪問(wèn)競(jìng)爭(zhēng)，總線一旦空閑，重發(fā)送立即開(kāi)始。對(duì)于接收器而言，如果直到幀結(jié)束的最后一位一直末出錯(cuò)，則對(duì)于接收器報(bào)文有效。構(gòu)成一幀的幀起始、仲裁場(chǎng)、控制場(chǎng)、數(shù)據(jù)場(chǎng)和CRC序列均借助位填充規(guī)則進(jìn)行編碼。當(dāng)發(fā)送器在發(fā)送的位流中檢測(cè)到5位連續(xù)的相同數(shù)值時(shí)，將自動(dòng)地在實(shí)際發(fā)送的位流中插入一個(gè)補(bǔ)碼位。數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀的其余位場(chǎng)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)文傳送由4種不同類(lèi)型的幀表示和控制：數(shù)據(jù)幀攜帶數(shù)據(jù)由發(fā)送器至接收器;遠(yuǎn)程幀通過(guò)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;出錯(cuò)幀由檢測(cè)出總線錯(cuò)誤的任何單元發(fā)送;超載幀用于提供當(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)程幀借助幀間空間與當(dāng)前幀分開(kāi)。CAN的報(bào)文及結(jié)構(gòu)CanMessageandstructure同步硬同步只在總線空閑時(shí)通過(guò)一個(gè)下降沿(幀起始）來(lái)完成，此時(shí)不管有沒(méi)有相位誤差，