【正文】 位場組成：幀起始、仲裁場、控制場、 CRC 場、應(yīng)答場和幀結(jié)束。這也由硬件來自動填充。應(yīng)答場的位填充由硬件自動確定。同理，所有正確地接收到有效報文的節(jié)點，通過在應(yīng)答間隙內(nèi)把“ 0”位寫入應(yīng)答場 的 ACK 間隙的“ 1”位來報告。 在應(yīng)答場中，發(fā)送器送出“ 1 1”，即發(fā)送時 ACK 間隙是“ 1”位，且 ACK 界定符也是“ 1”位。 CRC 的位填充均由硬件實現(xiàn)。此多項式被發(fā)生器產(chǎn)生 的多項式 控制場 仲裁場 數(shù)據(jù)場或 CRC 場 R1 R0 DLC3 DLC2 DLC1 DLC0 保留位 數(shù) 據(jù)長度碼 圖 控制場組成 CRC 場 ACK 場 CRC 序列 CRC 界定符 圖 CRC場結(jié)構(gòu) 表 數(shù)據(jù)長度碼中數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)目 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 除（系數(shù)為模 2 運算），該多項式除法的余數(shù)即為發(fā)向總線的 CRC 序列。 CRC序列由循環(huán)冗余碼求得的幀檢查序列組成，最適用于位數(shù)小于 127 （ BCH 碼）的幀。 ⑤ CRC場包括 CRC序列，后隨 CRC界定符。 數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)目 數(shù)據(jù)長度碼 DLC3 DLC2 DLC1 DLC0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 ④ 數(shù)據(jù)場由數(shù)據(jù)幀中被發(fā)送的數(shù)據(jù)組成，它可包括 0～ 8 個字節(jié)，每個字節(jié) 8位。數(shù)據(jù)長度碼中數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)目編碼如表 ，數(shù)據(jù)字節(jié)允許使用數(shù)目為 0～ 8，不能使用其它數(shù)值。 數(shù)據(jù)長度碼 DLC 指出數(shù)據(jù)場的字節(jié)數(shù)目。 ③ 控制場由 6 位組成，如圖 所示。 RTR 位為“ 0”代表是數(shù)據(jù)幀，為“ 1”代表遠程幀。仲裁場如圖 所示。所有節(jié)點都必須同步于首先開始發(fā)送的那個節(jié)點的幀起始前沿。 ① 幀起始（ SOF）標志數(shù)據(jù)幀和遠程幀的起始，它僅由一個“ 1”位構(gòu)成。 （ 1） 數(shù)據(jù)幀 數(shù)據(jù)幀由 7 個不同的位場組成，即幀起始、仲裁場、控制場、數(shù)據(jù)場、 CRC場、 ACK 場和幀結(jié)束。報文中的位流按照非歸零（ NRZ）碼方法編碼，這意味著一個完整位的位電平要么是“ 0”，要么“ l”。數(shù)據(jù)幀和遠程幀的其余位場 采用固定格式，不進行填充。 構(gòu)成一幀的幀起始、仲裁場、控制場、數(shù)據(jù)場和 CRC 序列均借助位填充規(guī)則進行編碼。為了能同其它報文進行總線訪問競爭，總線一旦空閑，重發(fā)送立即開始。對于發(fā)送器而言，如果直到幀結(jié)束末尾一直未出錯，則對于發(fā)送器報文有效。如果一個單元不是報文發(fā)送器，并且總線不處于空閑狀態(tài)，則該單元為接收器 。 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 3． 報文傳送及其幀結(jié)構(gòu) 在進行數(shù)據(jù)傳送時，發(fā)出報文的單元稱為該報文的發(fā)送器。位定時特性也是 MAC 子層的一部分。 MAC 子層的功能主要是傳送規(guī)則，亦即控制幀結(jié)構(gòu)、執(zhí)行仲裁、錯誤檢測、出錯標定和故障界定。 LLC 子層的主要功能是：為數(shù)據(jù)傳送和遠程數(shù)據(jù)請求提供服務(wù)，確認由 LLC子層接收的報文實際已被接收，并為恢復管理和通知超載提供信息 。 2． CAN 節(jié)點的分層結(jié)構(gòu) 為使設(shè)計透明和執(zhí)行靈活，遵循 ISO/OSI 標準模型， CAN 分為數(shù)據(jù)鏈路層（包括邏輯鏈路控制子層 LLC 和媒體訪問控制子層 MAC）和物理層，而在 CAN 技術(shù)規(guī)范 的版本中，數(shù)據(jù)鏈路層的 LLC 和 MAC 子層的服務(wù)和功能被描述為“目標層”和“傳送層”。睡眠狀態(tài)借助任何總線激活或者系統(tǒng)的內(nèi)部條件被喚醒而告終。在“ 0”與“ 1”同時發(fā)送期間，總線上數(shù)值將是“ 0” 。 （ 11） 連接 ： CAN 串行通信線路是一條眾多節(jié)點均可被連接的總線，理論上，單元數(shù)目是無限的，實際上，節(jié)點總數(shù)受限于延遲時間和總線的電氣負載。如果不存在新的錯誤，自檢出錯誤至下一個報文開始發(fā)送的恢復時間最多為 29 個位時間。 （ 9） 出錯標注和恢復時間 ： 己損報文由檢出錯誤的任何節(jié)點進行標注。如：當發(fā)送一個“ 1”電平，而在總線上檢測為“ 0”電平時，該單元退出仲裁，并不再傳送后續(xù)位。該仲裁由硬件自動控制。 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 （ 7） 仲裁 ： 當總線空閑時，任何單元均可開始發(fā)送報文，若同時有兩個或更多的單元開始發(fā)送，則總線數(shù)據(jù)傳輸會發(fā)生沖突，此時總線將運用逐位仲裁規(guī)則，借助標識符 ID 解決沖突。 （ 5） 遠程數(shù)據(jù)請求 ： 需要數(shù)據(jù)的節(jié)點通過發(fā)送一個遠程請求幀，可以請求其它節(jié)點發(fā)給它數(shù)據(jù)。 （ 3） 位速率 ： CAN 的數(shù)據(jù)傳輸率在不同的系統(tǒng)中是不同的，而在一個給定的系統(tǒng)中，此速度是唯一的，并且是固定的。 成組 — 由于采用了報文濾波，所有節(jié)點均可接收報文，并同時被相同的報文激活。 報文通信 — 一個報文的內(nèi)容由其標識符 ID 命名。 （ 2） 信息路由 ： 在 CAN 系統(tǒng)中，一個 CAN 節(jié)點不使用有關(guān)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的任何信息（如站地址）。 1． CAN 的一些基本概念 （ 1） 報文 ： 總線上的信息以不同格式的報文發(fā)送，但長度有限制。 給出了 CAN 報文標準格式，而 給出了標準的 和擴展的兩種格式。為此， 1991 年 9 月 Philips Semiconductors 制訂并發(fā)布了 CAN 技術(shù)規(guī)范（ ）。 10． CAN 節(jié)點在錯誤嚴重的情況下具有自動關(guān)閉輸出功能，以使總線上其它節(jié)點的操作不受影響。 8． CAN 每幀信息都有 CRC 校驗及其它檢錯措施，保證了數(shù)據(jù)出錯率極低。 6． CAN 上的節(jié)點數(shù)主要取決于總線驅(qū)動電路，目前可達 110 個；報文標識符可達 2032 種（ ）。 4． CAN 只需通過報文濾波即可實現(xiàn)點對點、一點對多點及全局廣播等幾種方式傳送接收數(shù)據(jù)，無需專門的“調(diào)度”。 3． CAN 采用非破壞性總線仲裁技術(shù)，當多個節(jié)點同時向總線發(fā)送信息時，優(yōu)先級較低的節(jié)點會主動地退出發(fā)送，而最高優(yōu)先級的節(jié)點 可不受影響地繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)，從而大大節(jié)省了總線沖突仲裁時間。利用這一特點可方便地構(gòu)成多機備份系統(tǒng)。 CAN 屬于總線式串行通信網(wǎng)絡(luò)，由于其采用了許多新技術(shù)及獨 特的設(shè)計，與一般的通信總線相比， CAN 總線的數(shù)據(jù)通信具有突出的可靠性、實時性和靈活性。其應(yīng)用范圍目前已不再局限于汽車行業(yè)，而向過程工業(yè)、機械工業(yè)、紡織機械、農(nóng)用機械、機器人、數(shù)控機床、醫(yī)療器械及傳感器等領(lǐng)域發(fā)展。 CAN 總線 CAN 的性能特點 CAN 總線即控制器局域網(wǎng)絡(luò)（ Controller Area Network）。 左側(cè)車門 開關(guān) 防盜報警模塊（主模塊） 右側(cè)車門 開關(guān) 發(fā)動機罩蓋 開關(guān) 行李箱開關(guān) 汽車喇叭 圖 汽車防盜報警 A類網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 液位、溫度 等信號 儀表單元 車燈、安全帶 等信號 發(fā)動機單元控制 車身計算機 車輛信息中心 車門開關(guān)狀態(tài) 車門開關(guān)狀態(tài) 乘客區(qū)車門控制單元 駕駛區(qū)車門控制單元 圖 基于 CAN總線的 B類網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) CAN 總線 CAN 總線 車門、窗狀態(tài) 汽車喇叭 儀表盤開關(guān) 車身計算機 行李箱開關(guān) 儀表組單元 車輛信息單元 圖 A類網(wǎng)和 B類網(wǎng)的組合應(yīng)用 發(fā)動機管理系統(tǒng) 防抱死控制系統(tǒng) 驅(qū)動控制系統(tǒng) 自動變速系統(tǒng) 故障檢測單元 巡航控制系統(tǒng) 排放控制系統(tǒng) 儀表顯示系統(tǒng) 圖 基于 CAN總線的 C類網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) CAN 總線 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 在實際應(yīng)用方面，目前一些高檔名牌汽車如 Benz（奔馳）、 BMW（寶馬）、Jaguar（美洲豹）、 Royce（勞斯萊斯）、 Porsche（寶時捷）等都已經(jīng)采用 CAN 總線來實現(xiàn)汽車內(nèi)部控制系統(tǒng)與各檢測和執(zhí)行機構(gòu)間的數(shù)據(jù)通信。 目前 B 類汽車局域網(wǎng)應(yīng)用最為廣泛， A 類網(wǎng)趨于淘 汰， C 類網(wǎng)應(yīng)用日益廣泛。為進一步減少車身線束，方便故障診斷，滿足主要電子單元或系統(tǒng)間大量數(shù)據(jù)信息實時交換需要，使汽車各方面的性能趨于最佳狀態(tài)，則需建立基于 CAN 總線的 C 類網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。組合網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)如圖 所示，圖中沒有摒棄 A 類網(wǎng)，而是通過車身計算機連接到 CAN 總線組成的 B 類網(wǎng)中，使得該 A 類網(wǎng)系統(tǒng)成為 CAN 總線的一個節(jié)點，這 樣無須在各傳感器、執(zhí)行部件安裝 CAN 控制器就能使得信號在 CAN 總線上傳輸，有效地利用了 A 類網(wǎng)成本低的優(yōu)點。車輛信息中心和儀表組單元無須單獨掛接液位、溫度、車燈及安全帶等信號傳感器，就能從總線上獲取上述信息，大大減少了傳感器和其它電子部件數(shù)量，有效節(jié)省了安裝空間和系統(tǒng)成本。 當大量共享數(shù)據(jù)需要在車輛各智能模塊間進行交換時， A 類網(wǎng)不再勝任，可采用 B 類網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。 典型的 A 類網(wǎng)應(yīng)用如圖 所示的汽車防盜報警系統(tǒng)。 三類網(wǎng)絡(luò)功能均向下涵蓋，即 B 類支持 A 類網(wǎng)的功能， C 類能同時實現(xiàn) A類、 B 類網(wǎng)功能。 C 類 ： 面向高速、實時閉環(huán)控制的多路傳輸網(wǎng)，最高位速率可達 1Mbps，主要用 于懸架控制，牽引控制、先進發(fā)動機控制、 ABS 等系統(tǒng)，以簡化分布式控制 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 和進一步減少車身線束。 A 類 ： 面向傳感器 /執(zhí)行器控制的低速網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)傳輸位速率 只有 1～ 10Kbps，主要應(yīng)用于電動門窗、座椅調(diào)節(jié)、燈光照明等控制。開展汽車總線方面的研究，決不是只靠哪一個研究單位就可以獨立完成的，這是一項需要多方協(xié)作的工作。 在汽車電器多路總線傳輸技術(shù)發(fā)展中，存在的最大問題是標準化問題，形成一個真正在市場上站得住腳的標準，必然有主導車型和配件廠響應(yīng)。 CAN 總線協(xié)議作為一種通訊協(xié)議，不可能對每一種具體使用場合作更進一步的規(guī)定，一些廠家和公司也對汽車多路總線傳輸制定了進一步的標準，如美國SAEJ170 J178 J1792 以及最新的 J1939，標準中對優(yōu)先權(quán)、數(shù)據(jù)格式、資 源共享等問題做 出了進一步的規(guī)定。在 CAN 協(xié)議推出的短短幾年內(nèi)，就有這么多的半導體廠提供眾多的 CAN 總線器件，足以證明 CAN 總線的強大生命力和誘人的市場前景。摩托羅拉公司也推出帶有 CAN 總線控制器的單片機（ 68H05X4 和 68H05X16），西門子公司也推出帶有 CAN 總線控制器的單片機（ C167C）。 80 年代末，英特爾公司己首先研制出 CAN 總線通訊控制器（ 82526），隨后菲利浦公司推出 CAN 總線通訊控制器（ 82C200）。因此在汽車中負擔“連通”重任的傳輸信號和功率的線束必須應(yīng)用多路總線傳輸技術(shù)，這已經(jīng)成為今后汽車發(fā)展的必然趨勢。由于我國中高級車主要以歐洲車型為主，因此歐洲車應(yīng)用最廣泛的 CAN 技術(shù)，也將是國產(chǎn)車引進的技術(shù)項目。 CAN 總線是德國 Bosch 公司在 80 年代初為解決數(shù)據(jù)可靠交換而開發(fā)的一種串行數(shù)據(jù)通信總線。為了提高信號的利用率，要求大批數(shù)據(jù)信息能在不同的電子單元中共享，汽車綜合控制系統(tǒng)中大量的控制信號也需要實時交換，傳統(tǒng)線束己遠遠不能滿足這種要求，于是人們選擇了網(wǎng)絡(luò)總線技術(shù)。 電子技術(shù)的迅速發(fā)展和在汽車上的廣泛應(yīng) 用使得汽車電子化程度越來越高，特別是微控制器進入汽車領(lǐng)域后，給汽車帶來了劃時代的變化，汽車的動力性、操縱穩(wěn)定性、安全性、燃油經(jīng)濟性、對環(huán)境的友好性都得到了大幅提升。系統(tǒng)設(shè)計靈活，設(shè)備維護簡單，信號傳輸質(zhì)量也大大提高，為工業(yè)現(xiàn)場控制用戶帶來巨大好處。 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 第 2章 汽車局域網(wǎng) CAN 總線原理 汽車局域網(wǎng) 汽車局域網(wǎng)概況 隨著計算機技術(shù)、通訊技術(shù)、集成電路技術(shù)的飛速發(fā)展，以全數(shù)字式現(xiàn)場總線為代表的現(xiàn)場控制儀表、設(shè)備大量應(yīng)用，使得傳統(tǒng)的 現(xiàn)場控制技術(shù)及現(xiàn)場控制設(shè)備發(fā)生了巨大的變化。 （ 4）用匯編語言編寫 節(jié)點初始化，數(shù)據(jù)發(fā)送，數(shù)據(jù)中斷接收程序以及其它相關(guān)程序。出于本設(shè)計 的特點只設(shè)計 一個節(jié)點，當 CAN 節(jié)點多的情況下簡化汽車線束的效果將非常明顯。 （ 2）把先進的網(wǎng)絡(luò)通訊 技術(shù)引入到汽車數(shù)據(jù)通訊中，解決汽車轉(zhuǎn)向數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯栴}。 （ 4） CAN 總線符合國際標準，因此可應(yīng)用不同型號控制單元間 數(shù)據(jù)傳輸。 （ 2） 控制單元對所傳輸?shù)男畔⑦M行實時檢測，檢測到故障后存儲故障碼。同時它也是數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊粋€新的形式。 意義：目前國內(nèi)大部分汽車的轉(zhuǎn)向角度，行駛速度等信號采集后，分別通過不同的信號線將數(shù)據(jù)傳送給前端儀表單元，不易布置，可靠性差，成本高、且不易維護。 關(guān)鍵詞： 現(xiàn)場總線 ； CAN 總線；汽車轉(zhuǎn)向 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） II Abstract Anglesteering signal is essential in the electronic controlling system of