汽車電氣系統(tǒng)及檢修 課件 任務3CAN總線數(shù)據(jù)傳輸

汽車電氣系統(tǒng)及檢修

項目五車載網絡系統(tǒng)

任務3CAN總線數(shù)據(jù)傳輸

根據(jù)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(shù)據(jù)傳輸方式分為并行傳輸和串行傳輸兩種形式。1.并行傳輸

并行傳輸優(yōu)點：

傳輸速度高，傳輸效率高。缺點：

多根通信線，成本高。一、CAN總線數(shù)據(jù)傳輸模式2.串行傳輸:

一個比特接著一個比特在單根通信線上傳輸。串行傳輸

數(shù)據(jù)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?shù)臄?shù)據(jù)位數(shù)（bit），單位為bit/s。

串行數(shù)據(jù)傳輸既可以采用同步傳輸方式，也可以采用異步傳輸方式。并行通信：數(shù)據(jù)的各位同時在多根數(shù)據(jù)線上發(fā)送或接收。串行通信：數(shù)據(jù)的各位同時在同一根數(shù)據(jù)線上依次逐位發(fā)送或接收?？刂茊卧獠總鬏斝畔t大都以串行傳輸方式進行。并行數(shù)據(jù)傳輸方式多在控制單元內部線路中使用。并行通信示意圖串行通信示意圖VS二、總線上生成的信號

在計算機和數(shù)據(jù)傳輸技術中有三種重要數(shù)制，即十進制、二進制、十六進制。1、二進制數(shù)據(jù)處理中最常用的數(shù)制之一，在二進制中，基數(shù)為2。只有兩個數(shù)字值：0和1：對于電路而言，或接通或關閉，或高電壓或低電壓，皆可用二進制符號來表達。即0或1；在通信領域，也把這兩個值稱為邏輯0和邏輯1。每個數(shù)據(jù)信號都由一個二進制符號（位）的排列構成。即：將一個十進制數(shù)除以2，得到的商再除以2，依此類推直到商等于1或0時為止，倒取除得的余數(shù)，即換算為二進制數(shù)的結果。例如把52換算成二進制數(shù)，計算如圖：十進制如何轉換成二進制呢？52除以2得到的余數(shù)依次為：0、0、1、0、1、1。倒序排列后得到52對應的二進制數(shù)：就是110100。要點：除2取余，倒序排列2、二進制信號（binary)

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；開關斷開或閉合；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。

二進制信號1—高；2—低；U—電壓；t—時間“Bi”一詞來源于希臘語，表示“2”。3.信號電壓因此總線導線上會出現(xiàn)兩種狀態(tài)：狀態(tài)1:截止狀態(tài)，晶體管截止(開關未接合)無源:總線電平=1，電阻高；狀態(tài)0:接通狀態(tài)，晶體管導通(開關已接合)有源:總線電平=0，電阻低三、比特和字節(jié)

計算機中的所有信息都以位（bit，亦稱比特）為單位進行存儲和處理的。比特是二進制數(shù)字的最小信息單位因此，必須將所有數(shù)據(jù)（字母、數(shù)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。

注意：換算系數(shù)不是1000，而是1024。比特(bit):最小的信息單位；字節(jié)(Byte):1Byte=8bit；1KB（Kilobyte）

=2?10比特=1024B；1MB（Megabyte1兆字節(jié)）==2?20比特=1024K；1GB(Gigabyte1千兆字節(jié))=2?30比特=1024M；1TB（Terabyte1兆兆字節(jié)）=2?40比特=1024G四、信號傳輸速度五、CAN總線通信1、數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議可以理解為數(shù)據(jù)在總線上的傳輸“游戲”規(guī)則。數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議規(guī)定如何組織網絡內的通信、信息交換、總線信息（幀）、避免和排除沖突以及識別和處理故障。2、通信方式車載網絡的通信分為主副控單元系統(tǒng)和多主控單元系統(tǒng)。主副控單元系統(tǒng)多主控單元系統(tǒng)六、CAN總線的數(shù)據(jù)結構CAN總線所傳遞的每條完整信息由7個區(qū)構成，信息最大長度為108bit。CAN總線的信息結構①開始區(qū)。開始區(qū)（長度為1bit）標志數(shù)據(jù)開始，CAN-High導線的電壓大約為5V（具體數(shù)值視系統(tǒng)而定），CAN-Low導線的電壓大約為0V。CAN總線的信息結構②狀態(tài)區(qū)。狀態(tài)區(qū)（長度為11bit）用于確定所傳數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)，則優(yōu)先級高的數(shù)據(jù)先行發(fā)出。③檢驗區(qū)。檢驗區(qū)（長度為6bit）用于顯示數(shù)據(jù)區(qū)中的數(shù)據(jù)數(shù)量，以便讓接收器（接收數(shù)據(jù)的控制單元）檢驗自己接收到的、來自發(fā)送器（發(fā)送數(shù)據(jù)的控制單元）的數(shù)據(jù)是否完整。CAN總線的信息結構④數(shù)據(jù)區(qū)。數(shù)據(jù)區(qū)（長度不確定，視具體情況而定，最大長度為64bit）是信息的實質內容。⑤安全區(qū)。安全區(qū)（長度為16bit）用于檢驗數(shù)據(jù)在傳輸中是否出現(xiàn)錯誤。CAN總線的信息結構⑥確認區(qū)。確認區(qū)（長度為2bit）是數(shù)據(jù)接收器發(fā)給數(shù)據(jù)發(fā)送器的確認信號，表示接收器已正確、完整地收到了發(fā)送器發(fā)送的數(shù)據(jù)。如果檢測到在數(shù)據(jù)傳輸中出現(xiàn)錯誤，則接收器會迅速通知發(fā)送器，以便發(fā)送器重新發(fā)送該數(shù)據(jù)。⑦結束區(qū)。結束區(qū)（長度為7bit）標志著數(shù)據(jù)的結束。組成部分名稱位數(shù)功用開始域1標志數(shù)據(jù)開始傳遞狀態(tài)域11用于判斷數(shù)據(jù)中的優(yōu)先權檢查域6顯示在數(shù)據(jù)中所包含的信息項目數(shù)數(shù)據(jù)域64傳遞到其他控制單元的信息安全域16檢測傳遞數(shù)據(jù)中的錯誤確認域2在確認域中，接收器接收信號并通知發(fā)送器，其所發(fā)信號已被正確接收；如果檢查到錯誤，接收器立刻通知發(fā)送器，發(fā)送器會再發(fā)送一次數(shù)據(jù)結束域7標志著數(shù)據(jù)報告結束，這是顯示錯誤并得到重復發(fā)送數(shù)據(jù)的最后可能區(qū)域 CAN數(shù)據(jù)信息各組成部分的功用1.信息格式的轉換

比如：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(xié)議被轉換成標準的CAN信息格式。

狀態(tài)區(qū)（標識符）=發(fā)動機_1，數(shù)據(jù)區(qū)（信息內容）=發(fā)動機轉速（即發(fā)動機轉速為xxxr/min）。當然，CAN總線上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)也可以是其他信息（如節(jié)氣門開度、冷卻液溫度、發(fā)動機轉矩等），具體內容取決于系統(tǒng)軟件的設定。發(fā)動機轉速值按協(xié)議被轉換成標準的CAN信息格式七、數(shù)據(jù)傳輸過程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)?？偩€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。信息發(fā)送過程4.接收過程

連接在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)。接收過程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）。接收過程1）檢查信息是否正確（在監(jiān)控層）

數(shù)據(jù)傳輸是否正確，可以通過監(jiān)控層內的CRC校驗和數(shù)來進行校驗。CRC校驗即為循環(huán)冗余碼校驗（CyclingRedundancyCheck，略作CRC）。

如圖所示，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)。確認信息已經妥收

監(jiān)控層對信息進行監(jiān)控2）檢查信息是否可用（在接收層）

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。CAN構件的接收層判斷該信息是否可用。5.沖突仲裁

如果多個控制單元同時發(fā)送信息，那么數(shù)據(jù)總線上就必然會發(fā)生數(shù)據(jù)沖突。為了避免發(fā)生這種情況，CAN總線具有沖突仲裁機制。

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。（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）。避免數(shù)據(jù)沖突的仲裁過程

多個控制器同時發(fā)送數(shù)據(jù)信息優(yōu)先權數(shù)據(jù)報告狀態(tài)域編碼1制動1（Brake1）)001101000002發(fā)動機1（Engine1）010100000003變速器1（Gearbox1）10001000000下表列出了3組不同數(shù)據(jù)列的狀態(tài)域，數(shù)據(jù)列的狀態(tài)域是由11位組成的編碼，其編碼（前7位）的組合形式決定了數(shù)據(jù)的優(yōu)先權。標識符越小優(yōu)先級越高，標識符為“0000000