【文章內(nèi)容簡介】 82526。不久，Philips 半導(dǎo)體也推出了 82C200。這兩種 CAN 控制器在報文過濾和控制上有許多的不同。 Philips 半導(dǎo)體的方式叫 BasicCAN； Intel 的方式叫 FullCAN，由此后的不斷發(fā)展，從而形成了 FullCAN 和 BasicCAN 兩大陣營。 在 20 世紀(jì) 90 年代初， Bosch CAN 規(guī)范（ CAN ）被提交給了國際標(biāo)準(zhǔn)化組織。經(jīng)過討論，應(yīng)一些法國主要汽車商的要求，包含了吸收一些 VAN 網(wǎng)（ Vehicle Area Network）的內(nèi)容。并于 1993 年 11 月出版了正式的 CAN 國際標(biāo)準(zhǔn) ISO11898[6]。從此CAN 協(xié)議被廣泛的用于各類自動化控制領(lǐng)域。在 1992 年，奔馳公司首先在他們的高級轎車上使用了 CAN 技術(shù)。這是 CAN 技術(shù)在車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的首次實際使用。 CAN 網(wǎng)絡(luò)是現(xiàn)場總線技術(shù)的一種，它是一種架構(gòu)開放、廣播式的新一代網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，稱為控制器局域網(wǎng)現(xiàn)場總線 ,是國際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場總線之一。隨著汽車 電子技術(shù)的不斷發(fā)展，汽車上各種電子控制單元的數(shù)目不斷增加，連接導(dǎo)線顯著增加， 6 因而提高控制單元間通訊可靠性和降低導(dǎo)線成本已成為迫切需要解決的問題。 CAN 推出之初是用于汽車內(nèi)部測量和執(zhí)行部件之間的數(shù)據(jù)通信。例如汽車剎車、防抱死系統(tǒng)、安全氣囊等。機動車輛總線和對現(xiàn)場總線的需求有許多相似之處，即能夠以較低的成本、較高的實時處理能力在強電磁干擾環(huán)境下可靠地工作。 CAN 總線可廣泛應(yīng)用于離散控制領(lǐng)域中的過程監(jiān)測和控制，特別是工業(yè)自動化的底層監(jiān)控，以解決控制與測試之間的可靠和實時數(shù)據(jù)交換。 CAN 總線能有效支持分布式控制或?qū)?時控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)，具有抗干擾性強和使用可靠等優(yōu)點，現(xiàn)在廣泛應(yīng)用于汽車工業(yè)、航空工業(yè)和工業(yè)控制等自動化領(lǐng)域，如分布式環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)、溫室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)、變電站變監(jiān)測系統(tǒng)等， CAN 總線可在同一網(wǎng)絡(luò)上連接多種不同功能的傳感器（如位置，溫度或壓力等）。 總線上的每個 CAN 組件都分配有一個軟件賦值的 ID?？偩€在邏輯上等效于線與功能，可以被任意一個試圖發(fā)送數(shù)據(jù)的組件拉低。發(fā)送時脈是由發(fā)送組件產(chǎn)生的，因此所有接收組件必須重建時脈和數(shù)據(jù)位。組件之間傳送的數(shù)據(jù)遵循標(biāo)準(zhǔn)的 CAN 通訊格式，其中包括目的組件 ID、控制和數(shù)據(jù)信息負荷 以及 CRC。最終指定的接收器將把總線拉低以確認(rèn)收到一個完整的、 CRC 正確的訊框，然后釋放總線使之回到空閑狀態(tài)。每個試圖發(fā)送的組件在發(fā)送之前首先要檢查總線是否處于空閑狀態(tài)。如果出現(xiàn)多個組件試圖同時發(fā)送的情況，并且總線上數(shù)據(jù)出錯時它們必須相互偵聽，先后退一段時間然后再嘗試發(fā)送。 CAN 總線是一種串行多主站控制器局域網(wǎng)總線，是一種有效支持分布式控制或?qū)崟r控制的串性通訊網(wǎng)絡(luò)。 CAN 總線的通信介質(zhì)可以是雙絞線，同軸電纜或光導(dǎo)纖維，通信速率可達 1Mbps/40m，通信距離可達 10Km/40Kbps。由于其通信速率高，可 靠性好以及價格低廉等特點，使其特別適合中小規(guī)模的工業(yè)過程監(jiān)控設(shè)備的互連和交通運載工具電氣系統(tǒng)中?，F(xiàn)代汽車典型的控制單元有電控燃油噴射系統(tǒng)，電控傳動系統(tǒng)，防抱死制動系統(tǒng) (ABS)，防滑控制系統(tǒng) (ASR)，廢氣再循環(huán)系統(tǒng)，巡航系統(tǒng)和空調(diào)系統(tǒng)，車身電子控制系統(tǒng) (包括照明指示和車窗，刮雨器等 )。 CAN 總線基本特點 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，可完成對數(shù)據(jù)的成幀處理，用戶可在其基礎(chǔ)上開發(fā)適應(yīng)系統(tǒng)實際需要的應(yīng)用層通信協(xié)議 [7]。 CAN 協(xié)議的一個 最大特點是廢除了傳統(tǒng)的站地址編碼，而代之以對通信數(shù)據(jù)塊編碼，采用這種方法可使網(wǎng)絡(luò)內(nèi)節(jié)點個數(shù)在理論上不受限制，還可使不同的節(jié)點同時收到相同的數(shù)據(jù)。 CAN 采用非破壞性仲裁技術(shù)，當(dāng)兩個節(jié)點同時向網(wǎng)絡(luò)上傳送數(shù)據(jù)時，優(yōu)先級低的節(jié)點主動停止數(shù)據(jù)發(fā)送，而優(yōu)先級高的節(jié)點可不受影響地繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)， 7 有效避免了總線沖突 ,節(jié)省了總線沖突仲裁時間； CAN 采用短幀結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)段長度最多為 8 個字節(jié) ,每一幀的有效字節(jié)數(shù)為 8 個（ CAN 技術(shù)規(guī)范 ），數(shù)據(jù)傳輸時間短，受干擾的概率低，重新發(fā)送的時間短， 8 個字節(jié)不會占用總線時間過長，從而保證了通信的實時性。 CAN 的每幀數(shù)據(jù)都有 CRC 效驗及其他檢錯措施，保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)母呖煽啃?，適于在高干擾環(huán)境中使用； CAN 節(jié)點在錯誤嚴(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，以使總線上其它操作不受影響； CAN 是一種多主總線，即每個節(jié)點機均可成為主機，且節(jié)點機之間也可進行。 通信網(wǎng)絡(luò)上任意節(jié)點均可以在任意時刻主動地向總線上其它節(jié)點發(fā)送信息 ,可以點對點、一點對多點（成組）及全局廣播集中方式傳送和接受數(shù)據(jù)； CAN 總線提供高速數(shù)據(jù)傳送，通信介質(zhì)可以是雙絞線、同軸電纜或光導(dǎo)纖維，在短距離 (40m)條件下具有 高速 (1Mbit/s)數(shù)據(jù)傳輸能力，而在最大距離 10000m 時具有低速 (5kbits/s)傳輸能力，采用不歸零碼（ NRZNonReturntoZero）編碼／解碼方式，并采用位填充（插入）技術(shù)。 CAN 總線介質(zhì)通訊訪問方式 CAN 采用了的 3 層模型：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層。 CAN 支持的拓撲結(jié)構(gòu)為總線型。傳輸介質(zhì)為雙絞線、同軸電纜和光纖等。采用雙絞線通信時，速率為1Mbps/40m,50Kbps/10Km,結(jié)點數(shù)可達 110 個。 CAN 的通信介質(zhì)訪問為帶有優(yōu)先級的CSMA/CA。采用多主競 爭方式結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)上任意節(jié)點均可以在任意時刻主動地向網(wǎng)絡(luò)上其它節(jié)點發(fā)送信息，而不分主從，即當(dāng)發(fā)現(xiàn)總線空閑時，各個節(jié)點都有權(quán)使用網(wǎng)絡(luò)。在發(fā)生沖突時，采用非破壞性總線優(yōu)先仲裁技術(shù)，當(dāng)幾個節(jié)點同時向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送消息時，運用逐位仲裁原則，借助幀中開始部分的表示符，優(yōu)先級低的節(jié)點主動停止發(fā)送數(shù)據(jù)，而優(yōu)先級高的節(jié)點可不受影響的繼續(xù)發(fā)送信息，從而有效地避免了總線沖突，使信息和時間均無損失。例如，規(guī)定 0 的優(yōu)先級高，在節(jié)點發(fā)送信息時， CAN 總線作與運算。每個節(jié)點都是邊發(fā)送信息邊檢測網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，當(dāng)某一個節(jié)點發(fā)送 1 而檢測到 0時，此節(jié)點知 道有更高優(yōu)先級的信息在發(fā)送，它就停止發(fā)送信息，直到再一次檢測到網(wǎng)絡(luò)空閑。 CAN 的傳輸信號采用短幀結(jié)構(gòu)（有效數(shù)據(jù)最多為 8 個字節(jié)）和帶優(yōu)先級的CSMA/CA 通信介質(zhì)訪問控制方式，對高優(yōu)先級的通信請求來說，在 1Mbps 通信速率時，最長的等待時間為 ，完全可以滿足現(xiàn)場控制的實時性要求。 CAN 突出的差錯檢驗機理，如 5 種錯誤檢測、出錯標(biāo)定和故障界定； CAN 傳輸信號為短幀結(jié)構(gòu)，因而傳輸時間短，受干擾概率低，這些保證了出錯率極低。另外， CAN 節(jié)點在嚴(yán)重錯誤的情況下，具有自動關(guān)閉輸出的功能，以使總線上其它節(jié)點的 操作不受其影響。 8 CAN 的通信協(xié)議主要有 CAN 總線控制器完成。 CAN 控制器主要由實現(xiàn) CAN 總線協(xié)議部分和微控制器接口部分電路組成。通過簡單的連接即可完成 CAN 協(xié)議的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的所有功能，應(yīng)用層功能由微控制器完成。 CAN 總線上的節(jié)點即可以是基于微控制器的智能節(jié)點，也可以是具有 CAN 接口的 I/O 器件 [8]。 CAN 總線物理層設(shè)計 CAN 總線協(xié)議對物理層沒有嚴(yán)格定義，給使用者較大的靈活性，同時也給設(shè)計者帶來了困難。 CAN 總線物理層的設(shè)計原則是：針對 CTXO 的輸出狀態(tài)顯性、隱性，總線應(yīng)具有兩種 不同電平，接收端呈現(xiàn)（顯性和隱性）兩種狀態(tài)。不要求總線必須是數(shù)字邏輯電平，只要是能夠呈現(xiàn)兩種電平（顯性和隱性）的模擬量，滿足上述設(shè)計原則就可以。 CAN 控制器芯片的片內(nèi)輸出驅(qū)動器和輸入比較器可編程，它可方便地提供多種發(fā)送類型，諸如：單線總線、雙線總線（差分）和光纜總線。它可以直接驅(qū)動總線，若網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模比較大，節(jié)點數(shù)比較多，需要外加總線驅(qū)動元件，以增大輸出電流。用 CAN收發(fā)器作為 CAN 控制器和物理總線之間的接口，提供向總線的差動發(fā)送能力和對CAN 控制器的差動接收能力。一般在驅(qū)動芯片和 CAN 控制器之間加入光電耦 合器 ,增加抗干擾能力。 CAN 總線的速度將由光電耦合器的速度決定。比如：用 4N27 光耦，因為它的響應(yīng)速度比較慢， CAN 網(wǎng)絡(luò)的位速度只能達到幾十 Kbit/S。如果采用 6N137高速光電耦合器， CAN 網(wǎng)絡(luò)速度可以達到和電阻網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動時的速度一樣。 CAN 應(yīng)用軟件設(shè)計原則 CAN 控制器其內(nèi)部硬件實現(xiàn) CAN 總線物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的所有協(xié)議內(nèi)容，有關(guān) CAN 總線的通信功能均由 CAN 控制器自動管理執(zhí)行。 CAN 控制器對于 CPU 來說，是以確保雙方獨立工作的存儲影像外圍設(shè)備出現(xiàn)的。 CAN 控制器的地址域由控制段和報文緩存 器組成，在初始化向下加載期間，控制段可被編程以配置通信參數(shù)。 CAN 總線上的通信也通過此段由 CPU 控制，被發(fā)送的報文必須寫入發(fā)送緩存器，成功接收后，CPU 可以從接收緩存器讀取報文，然后釋放它，以備下次使用。對于在片的 CAN 控制器，它與 CPU 之間的接口一般借助于 4 個特殊寄存器： CAN 地址寄存器、數(shù)據(jù)寄存器、控制寄存器、狀態(tài)寄存器。對于單獨的 CAN 控制器， MCU 可以通過其地址總線對其寄存器直接尋址，就像 MCU 對一般外部 RAM 尋址一樣。通過對這些寄存器編程操作，可很方便控制 CAN 控制器完成通訊功能。 汽車其他 總線 LIN 總線簡介 LIN 總線是用于車體控制應(yīng)用的新興標(biāo)準(zhǔn)，用于汽車中分布電子系統(tǒng)的新型低成 9 本串行通訊系統(tǒng)，它是現(xiàn)有汽車多重傳輸網(wǎng)絡(luò)的補充。 LIN 瞄準(zhǔn)一些低端應(yīng)用，在這些應(yīng)用中每個節(jié)點的通訊成本都必須大大低于 CAN 而且不需要 CAN 的高性能、高帶寬和多功能。 LIN 相對于 CAN 的成本節(jié)省主要是由于采用單線傳輸、硅片中硬件或軟件的低實現(xiàn)成本和無需在從屬節(jié)點中使用石英或陶瓷諧振器。 LIN 總線是一種串行通信網(wǎng)絡(luò)，可以將開關(guān)、顯示器、傳感器和執(zhí)行器等簡單控制設(shè)備連接起來，主要用于汽車中的分布式電子控制系統(tǒng) 。 LIN 采用單主機 /多從機的總線拓撲結(jié)構(gòu)（沒有總線仲裁），僅使用一根 12V 信號總線。主節(jié)點包含主任務(wù)和從任務(wù)，從節(jié)點只包含從任務(wù)。它不需要專門的片上通訊模塊，采用標(biāo)準(zhǔn)串行通信接口 USART，速率可達 20kbps，總線長度不大于 40m。 LIN 總線作為一種輔助的總線網(wǎng)絡(luò)，在不需要 CAN 總線的優(yōu)越性能的場合，相比于 CAN 總線具有更高的性價比 LIN 瞄準(zhǔn)一些低端應(yīng)用，在這些應(yīng)用中每個節(jié)點的通訊成本都必須大大低于 CAN 而且不需要 CAN 的高性能、高帶寬和多功能。 LIN 是關(guān)于汽車本地互連網(wǎng)絡(luò)的一個總體通訊概念。該 規(guī)范包含協(xié)議的定義、物理層以及用于開發(fā)工具和應(yīng)用軟件的接口定義。對于不需要控制器局域網(wǎng)絡(luò)的高帶寬和多種功能的應(yīng)用， LIN 實現(xiàn)了一種具有成本效益的智能傳感器和執(zhí)行器的通訊方式。這種通訊是基于串行通訊接口 (SCI)、數(shù)據(jù)格式、單宿主 /多從概念、單線 12V 總線和沒有穩(wěn)定時間基的節(jié)點的時鐘同步。低端多路通訊的汽車標(biāo)準(zhǔn)不久前才出現(xiàn)。 LIN 協(xié)會開發(fā)了一個串行低成本通訊概念和開發(fā)環(huán)境的標(biāo)準(zhǔn)，采用這個標(biāo)準(zhǔn)，汽車制造商及其供應(yīng)商能以非常經(jīng)濟的方式創(chuàng)建、實現(xiàn)和處理復(fù)雜的分層化多路復(fù)用系統(tǒng)。 LIN 規(guī)范包含傳輸協(xié)議、傳輸介質(zhì)以及 用于開發(fā)工具和應(yīng)用軟件的接口。 LIN 在硬件和軟件方面支持網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的互操作性并具有可預(yù)測的電磁兼容 (EMC)行為。這個概念可以實現(xiàn)無縫的開發(fā)和設(shè)計工具鏈并提高了開發(fā)速度和網(wǎng)絡(luò)的可靠性。 LIN 瞄準(zhǔn)一些低端應(yīng)用，在這些應(yīng)用中每個節(jié)點的通訊成本都必須大大低于 CAN 而且不需要CAN 的高性能、高帶寬和多功能。 LIN 相對于 CAN 的成本節(jié)省主要是由于采用單線傳輸、硅片中硬件或軟件的低實現(xiàn)成本和無需在從屬節(jié)點中使用石英或陶瓷諧振器。這些優(yōu)點是以較低的帶寬和受局限的單宿主總線訪問方法為代價的。 FLEXRAY 總線簡 介 FlexRay 標(biāo)準(zhǔn)在車內(nèi)通信網(wǎng)絡(luò)中具有較大優(yōu)勢和廣泛的潛在應(yīng)用機會。在 FlexRay協(xié)議制定 5 年后，該協(xié)議規(guī)范的第二版 ()在 20xx 年春季發(fā)布。由于新技術(shù)能實現(xiàn)經(jīng)濟高效的新應(yīng)用，整個行業(yè)對這個標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)生了濃厚的興趣， FlexRay 提供了傳統(tǒng)車內(nèi)通信協(xié)議所不具備的大量特性，包括： 2 10Mbps 的數(shù)據(jù)速率， FlexRay 支持兩個通信信道，每個信道的速度達到 10Mbps。與 CAN 協(xié)議相比，將可用帶寬提高 1040 10 倍，具體大小取決于配置和對比模式的不同。 FlexRay 中使用的訪問方法是基于同步時基的。該 時基通過協(xié)議自動建立和同步，并提供給應(yīng)用。時基的精確度介于 和 10us 之間 (通常為 12us)。知道消息的到達時間，通信是在不斷循環(huán)的周期中進行的，特定消息在通信周期中擁有固定位置，因此接收器已經(jīng)提前知道了消息到達的時間。到達時間的臨時偏差幅度會非常小，并能得到保證。 冗余和非冗余通信為了增強系統(tǒng)的可用性， FlexRay 提供了冗余傳輸消息的選項。消息能夠冗余傳輸，但并不是所有消息都必須冗余傳輸，否則會導(dǎo)致帶寬的過多損耗。在 FlexRay 協(xié)議的開發(fā)過程中，關(guān)注的主要問題是靈活性。不僅提供消息冗余傳輸或非冗余傳輸兩種選擇，系統(tǒng)還可以進行優(yōu)化，以提高可用性 (靜態(tài)帶寬分配 )或吞吐量 (動態(tài)帶寬分配 )。用戶還可以擴展系統(tǒng)，而無需調(diào)整現(xiàn)有節(jié)點中的軟件。同時，還支持總線或星型拓撲。 F