【正文】 CAN 數(shù)據(jù)總線（ CAN BUS） 第 4講 CAN通信技術(shù)概述 CAN ( Controller Area Network ) 即控制器局域網(wǎng)絡(luò)。由于其高性能、高可靠性、及獨(dú)特的設(shè)計，CAN越來越受到人們的重視。國外已有許多大公司的產(chǎn)品采用了這一技術(shù)。 CAN最初是由德國的 BOSCH公司為汽車監(jiān)測、控制系統(tǒng)而設(shè)計的。現(xiàn)代汽車越來越多地采用電子裝置控制，如發(fā)動機(jī)的定時、注油控制，加速、剎車控制 (ASC)及復(fù)雜的抗鎖定剎車系統(tǒng) (ABS)等。由于這些控制需檢測及交換大量數(shù)據(jù)，采用硬接信號線的方式不但煩瑣、昂貴，而且難以解決問題，采用 CAN總線上述問題便得到很好地解決。 1993年 CAN 成為國際標(biāo)準(zhǔn) ISO11898(高速應(yīng)用 )和 ISO11519（低速應(yīng)用）。 CAN的規(guī)范從 CAN 規(guī)范 (標(biāo)準(zhǔn)格式 )發(fā)展為兼容 CAN 規(guī)范的 (式， )，目前應(yīng)用的 CAN器件大多符合 。 CAN總線特點(diǎn) CAN總線是一種串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議 ， 其通信接口中集成了 CAN協(xié)議的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層功能 ， 可完成對通信數(shù)據(jù)的成幀處理 ， 包括位填充 、 數(shù)據(jù)塊編碼 、 循環(huán)冗余檢驗(yàn) 、 優(yōu)先級判別等項(xiàng)工作 。 CAN總線特點(diǎn)如下： （ 1） 可以多主方式工作 ， 網(wǎng)絡(luò)上任意一個節(jié)點(diǎn)均可以在任意時刻主動地向網(wǎng)絡(luò)上的其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息 ， 而不分主從 ， 通信方式靈活 。 （ 2） 網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn) （ 信息 ） 可分成不同的優(yōu)先級 ,可以滿足不同的實(shí)時要求 。 （ 3） 采用非破壞性位仲裁總線結(jié)構(gòu)機(jī)制 ， 當(dāng)兩個節(jié)點(diǎn)同時向網(wǎng)絡(luò)上傳送信息時 ， 優(yōu)先級低的節(jié)點(diǎn)主動停止數(shù)據(jù)發(fā)送 ， 而優(yōu)先級高的節(jié)點(diǎn)可不受影響地繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù) 。 （ 4）可以點(diǎn)對點(diǎn)、一點(diǎn)對多點(diǎn)（成組）及全局廣播幾種傳送方式接收數(shù)據(jù)。 （ 5）直接通信距離最遠(yuǎn)可達(dá) 10km（速率 5Kbps以下）。 （ 6）通信速率最高可達(dá) 1MB/s（此時距離最長 40m）。 （ 7）節(jié)點(diǎn)數(shù)實(shí)際可達(dá) 110個。 （ 8）采用短幀結(jié)構(gòu)，每一幀的有效字節(jié)數(shù)為 8個。 （ 9）每幀信息都有 CRC校驗(yàn)及其他檢錯措施，數(shù)據(jù)出錯率極低。 （ 10）通信介質(zhì)可采用雙絞線，同軸電纜和光導(dǎo)纖維，一般采用廉價的雙絞線即可，無特殊要求。 （ 11） 節(jié)點(diǎn)在錯誤嚴(yán)重的情況下，具有自動關(guān)閉總線的功能，切斷它與總線的聯(lián)系，以使總線上的其他操作不受影響。 CAN的發(fā)展背景及其應(yīng)用情況 CAN的起源 現(xiàn)代社會對汽車的要求不斷提高，這些要求包括：極高的主動安全性和被動安全性；乘坐的舒適性；駕駛與使用的便捷和人性化；尤其是低排放和低油耗的要求等。 在汽車設(shè)計中運(yùn)用微處理器及其電控技術(shù)是滿足這些要求的最好方法，而且已經(jīng)得到了廣泛的運(yùn)用。目前這些系統(tǒng)有： ABS（防抱系統(tǒng)）、 EBD（制動力分配系統(tǒng)）、EMS（發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)）、多功能數(shù)字化儀表、主動懸架、導(dǎo)航系統(tǒng)、電子防盜系統(tǒng)、自動空調(diào)和自動 CD 機(jī)等。 汽車電子技術(shù)發(fā)展的特點(diǎn)： ?汽車電子控制技術(shù)從單一的控制逐步發(fā)展到綜合控制，如點(diǎn)火時刻、燃油噴射、怠速控制、排氣再循環(huán)。 ?電子技術(shù)從發(fā)動機(jī)控制擴(kuò)展到汽車的各個組成部分，如制動防抱死系統(tǒng)、自動變速系統(tǒng)、信息顯示系統(tǒng)等。 ?從汽車本身到融入外部社會環(huán)境。 現(xiàn)代汽車電子技術(shù)的分類： ?單獨(dú)控制系統(tǒng)： 由一個電子控制單元（ ECU）控制一個工作裝置或系統(tǒng)的電子控制系統(tǒng)，如發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)、自動變速器等。 ?集中控制系統(tǒng)： 由一個電子控制單元（ ECU）同時控制多個工作裝置或系統(tǒng)的電子控制系統(tǒng)。如汽車底盤控制系統(tǒng)。 ?控制器局域網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) （ CAN總線系統(tǒng)）：由多個電子控制單元（ ECU）同時控制多個工作裝置或系統(tǒng)，各控制單元（ ECU）的共用信息通過總線互相傳遞。 帶有中央控制單元的車 帶有三個中央控制單元的車 帶有三個中央控制單元和總線系統(tǒng)的車 帶有三個中央控制單元的 CAN驅(qū)動網(wǎng)絡(luò) 車用網(wǎng)絡(luò)發(fā)展原因 ?電子技術(shù)發(fā)展 線束增加 ?線控系統(tǒng)（ XBYWIRE） ?計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的廣泛應(yīng)用 ?智能交通系統(tǒng)的應(yīng)用 汽車發(fā)展帶來的問題 ?（ 1）汽車電子技術(shù)的發(fā)展 ?汽車上電子裝置越來越多 ?汽車的整體布置空間縮小 ?（ 2）傳統(tǒng)電器設(shè)備多為點(diǎn)到點(diǎn)通信 ?導(dǎo)致了龐大的線束 ?（ 3） 大量的連接器導(dǎo)致可靠性降低。 ? 粗大的線束 與汽車中有限的可用空間之間的矛盾越來越尖銳，電纜的體積、可靠性和重量成為越來越突出的問題，而且也成為汽車輕量化和進(jìn)一步電子化的最大障礙，汽車的制造和安裝也變得非常困難。 ?（ 4）存在冗余的傳感器。 ?Vo l v o 汽車近三十年來線束增長的情況 ?車用網(wǎng)絡(luò)：通過總線將汽車上的各種電子裝置與設(shè)備連成一個網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)相互之間的信息共享，既減少了線束，又可更好地控制和協(xié)調(diào)汽車的各個系統(tǒng)，使汽車性能達(dá)到最佳。 汽車網(wǎng)絡(luò)化的優(yōu)點(diǎn) ?布線簡單，設(shè)計簡化，節(jié)約銅材，降低成本。 ?可靠性提高，可維護(hù)性大為提高 ?實(shí)現(xiàn)信息共享，提高汽車性能 ?滿足現(xiàn)代汽車電子設(shè)備種類功能越來越多的要求 ?總之，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。 Canbus的發(fā)展歷史 大眾公司首次在 97年 PASSAT的舒適系統(tǒng)上采用了傳送速率為 。 98年在 PASSAT和 GOLF的驅(qū)動系統(tǒng)上增加了 Canbus，傳送速率為 500Kbit/m。 2022年，大眾公司在 PASSAT和 GOLF采用了帶有網(wǎng)關(guān)的第二代 Canbus。 2022年，大眾公司提高了 Canbus的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，將舒適系統(tǒng) Canbus提高到 100Kbit/m, 驅(qū)動系統(tǒng)提高到 500Kbit/m。 2022年，大眾集團(tuán)在新 PQ24平臺上使用帶有車載網(wǎng)絡(luò)控制單元的第三代 Canbus。 2022年，大眾集團(tuán)在新 PQ35平臺上使用五重結(jié)構(gòu)的 Canbus系統(tǒng)，并且出現(xiàn)了單線的 LINBUS。 ◆ 20世紀(jì) 80年代， Bosch的工程人員開始研究用于汽車的串行總線系統(tǒng)，因?yàn)楫?dāng)時還沒有一個網(wǎng)絡(luò)協(xié)議能完全滿足汽車工程的要求。參加研究的還有 MercedesBenz公司、 Intel公司，還有德國兩所大學(xué)的教授。 ◆ 1986年， Bosch在 SAE（汽車工程人員協(xié)會）大會上提出了 CAN ◆ 1987年， INTEL就推出了第一片 CAN控制芯片 —82526；隨后 Philips半導(dǎo)體推出了 82C200。 ◆ 1993年， CAN的國際標(biāo)準(zhǔn) ISO11898公布 從此 CAN 協(xié)議被廣泛的用于各類自動化控制領(lǐng)域。 CAN技術(shù) 的 發(fā)展 ◆ 1992年， CIA（ CAN in Automation）用戶組織成立，之后制定了第一個 CAN應(yīng)用層“ CAL”。 ◆ 1994年開始有了國際 CAN學(xué)術(shù)年會（ ICC）。 ◆ 1994年美國汽車工程師協(xié)會以 CAN為基礎(chǔ)制定了SAEJ1939標(biāo)準(zhǔn)，用于卡車和巴士控制和通信網(wǎng)絡(luò)。 ◆ 到今天，幾乎每一輛歐洲生產(chǎn)的轎車上都有 CAN；高級客車上有兩套 CAN，通過網(wǎng)關(guān)互聯(lián)； 1999年一年就有近 6千萬個CAN控制器投入使用； 2022年銷售 1億多 CAN的芯片； 2022年用在汽車上的 CAN節(jié)點(diǎn)數(shù)目超過 1億個 。 ◆ 但是轎車上基于 CAN的控制網(wǎng)絡(luò)至今仍是各大公司自成系統(tǒng)，沒有一個統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。 ◆ 基于 CAN的應(yīng)用層協(xié)議應(yīng)用較通用的有兩種： DeviceNet（適合于工廠底層自動化） 和 CANopen（適合于機(jī)械控制的嵌入式應(yīng)用）。 ◆ 任何組織或個人都可以從 DeviceNet供貨商協(xié)會（ ODVA）獲得 DeviceNet規(guī)范。購買者將得到無限制的、真正免費(fèi)的開發(fā) DeviceNet產(chǎn)品的授權(quán)。 ◆ DeviceNet自 2022年被確立為中國國家標(biāo)準(zhǔn)以來，已在冶金、電力、水處理、乳品飲料、煙草、水泥、石化、礦山等各個行業(yè)得到成功應(yīng)用，其低成本和高可靠性已經(jīng)得到廣泛認(rèn)同。 基于 CAN總線的汽車電器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 發(fā)動機(jī)ECU自動變速器E C UAB