【正文】 ，因?yàn)楫?dāng)時(shí)還沒有一個(gè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議能完全滿足汽車工程的要求。 ? 車載 網(wǎng)絡(luò)除了要求采用總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)方式外，必須具有極好的抗干擾能力；極強(qiáng)的差錯(cuò)檢測(cè)和處理能力；滿足信息傳輸實(shí)時(shí)性要求；同時(shí)具備故障的診斷和處理能力等。 ? 為了滿足汽車內(nèi)部信息交換量急劇增加的要求，有必要使用一種實(shí)現(xiàn)多路傳輸方式的車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。隨著汽車電子技術(shù)的不斷發(fā)展，這種需求的增長(zhǎng)是驚人的（如圖）。同時(shí)各個(gè)系統(tǒng)之間也互相連接，進(jìn)行著越來越多的數(shù)據(jù)交換。目前這些系統(tǒng)有： ABS（防抱系統(tǒng)）、 EBD（制動(dòng)力分配系統(tǒng)） 、 EMS（發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)）、多功能數(shù)字化儀表、主動(dòng)懸架、導(dǎo)航系統(tǒng)、電子防盜系統(tǒng)、自動(dòng)空調(diào)和自動(dòng) CD 機(jī)等?，F(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng) 第 5章、 CAN總線通信技術(shù) 概述 CAN的發(fā)展概況 ? 現(xiàn)代社會(huì)對(duì)汽車的要求不斷提高，這些要求包括：極高的主動(dòng)安全性和被動(dòng)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(jì)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。 CAN的發(fā)展概況 ? 這些系統(tǒng)由多個(gè)電控單元相互連接而成，可分為控制器、傳感器、執(zhí)行器等。這樣就需要使用大量的線束和插接器來實(shí)現(xiàn)互連，進(jìn)行它們之間的數(shù)據(jù)交換。 CAN的發(fā)展概況 ? 由于線束和插接器的數(shù)量不斷增加，整車電子系統(tǒng)的復(fù)雜程度愈來愈高，其可靠性將難以保證，故障率會(huì)提高，維修會(huì)更加困難。這種網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)采用串行總線結(jié)構(gòu)，通過總線信道共享，減少線束的數(shù)量。另外考慮到成本因素，要求其控制接口結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于配臵。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。 ? 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(dòng)化控制領(lǐng)域。 ? 1994年開始有了國際 CAN學(xué)術(shù)年會(huì)（ ICC）。 ? 到今天，幾乎每一輛歐洲生產(chǎn)的轎車上都有 CAN；高級(jí)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(gè) 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(gè) 。 CAN的發(fā)展概況 ? 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(dòng)化） 和 CANopen（適合于機(jī)械控制的嵌入式應(yīng)用）。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)。 CAN的性能特點(diǎn) ? 有專門的國際標(biāo)準(zhǔn) ISO11898 。 ? 報(bào)文以標(biāo)識(shí)符分為不同的優(yōu)先級(jí)，可滿足不同的實(shí)時(shí)性要求。 ? 非破壞性總線仲裁技術(shù)，大大節(jié)省了總線沖突的仲裁時(shí)間。 ? 速率最高可達(dá) 1Mbps，最遠(yuǎn)可達(dá) 10km ? 節(jié)點(diǎn)數(shù)可達(dá) 110個(gè)，標(biāo)識(shí)符幾乎不受限制 CAN的性能特點(diǎn) ? 短幀結(jié)構(gòu)，傳輸時(shí)間短，受干擾概率低，適于工業(yè)環(huán)境 ? 每幀信息都采用 CRC校驗(yàn)及其他檢錯(cuò)措施，數(shù)據(jù)出錯(cuò)率極低。 ? 性價(jià)比高，器件容易購臵，節(jié)點(diǎn)價(jià)格低。 位數(shù)值表示和通信距離 ? “顯性 ” 位 0和 “ 隱性 ” 位 1 ? 若總線上有兩個(gè)以上驅(qū)動(dòng)器同時(shí)分別發(fā)送 “ 0”和“ 1”，其結(jié)果是總線數(shù)值為顯性 “ 0” 。 ? CAN報(bào)文的標(biāo)準(zhǔn)格式 ? ? 1993年 11月 ISO正式將它頒布為：道路交通工具 數(shù)據(jù)信息交換 高速通信控制器局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)ISO11898。所以我們介紹 。仲裁區(qū)值最小的競(jìng)爭(zhēng)者將贏得仲裁。（錯(cuò)誤幀和過載幀以及幀結(jié)束標(biāo)志不執(zhí)行位填充） 2）采用不歸零（ NRZ）編碼 數(shù)據(jù)幀 ? 由 7個(gè)不同的場(chǎng)組成。所有站都必須同步于首先發(fā)送的那個(gè)幀起始前沿 ? 仲裁場(chǎng)（標(biāo)準(zhǔn)格式） 由 11位標(biāo)識(shí)符 ID28~ ID1遠(yuǎn)程發(fā)送請(qǐng)求位 RTR組成，其中 ID高七位不可全為 1（隱性）。 ? IDE=1（隱性）代表擴(kuò)展格式。 數(shù)據(jù)幀的標(biāo)準(zhǔn)格式和擴(kuò)展格式 ? 控制場(chǎng) 由 6個(gè)位組成 ? 數(shù)據(jù)長(zhǎng)度碼 DLC3~DLC0指示數(shù)據(jù)場(chǎng)的字節(jié)數(shù)，0~8，其他數(shù)值不允許使用。CRC界定符為一隱性位。 ? 在應(yīng)答間隙時(shí)間，發(fā)送器發(fā)隱位；所有正確接收到有效報(bào)文的接收器發(fā)一個(gè)顯位。 ? 幀結(jié)束： 由 7個(gè)隱位組成，不進(jìn)行位填充。 錯(cuò)誤幀 ? 錯(cuò)誤幀由兩個(gè)不同的場(chǎng)組成，第一個(gè)場(chǎng)是不同站提供的錯(cuò)誤標(biāo)志的疊加，第二個(gè)場(chǎng)是錯(cuò)誤界定符。疊加在一起最多 12個(gè)顯性位 錯(cuò)誤標(biāo)志的重疊 錯(cuò)誤界定符 幀間空間或過載幀 錯(cuò)誤幀 數(shù)據(jù)幀 錯(cuò)誤標(biāo)志 錯(cuò)誤幀 ? 檢測(cè)到錯(cuò)誤條件的 “ 錯(cuò)誤被動(dòng) ” 站發(fā)送被動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志。一個(gè)站發(fā)送錯(cuò)誤標(biāo)志以后，就發(fā)送一個(gè)隱性位，并一直監(jiān)視總線，直到發(fā)現(xiàn)一個(gè)隱性位，就發(fā)送其余 7個(gè)隱性位。 ? 過載界定符 的形式與錯(cuò)誤界定符一樣。 過載標(biāo)志的重疊 過載界定符 幀間空間或過載幀 過載幀 幀結(jié)束或錯(cuò)誤界定符或過載界定符 過載標(biāo)志 幀間空間 ? 對(duì)于數(shù)據(jù)幀或遠(yuǎn)程幀，無論它前面是什么幀，都用幀間空間來分開；但是對(duì)于過載幀或錯(cuò)誤幀，沒有幀間空間與前面幀分開 ? 間歇場(chǎng)由 3個(gè)隱位組成。 ? 總線空閑周期可為任意長(zhǎng)度。 間歇場(chǎng) 總線空閑 幀 幀間空間 幀 錯(cuò)誤類型和界定 ? 5種錯(cuò)誤類型： (1)位錯(cuò)誤：發(fā)送器監(jiān)視到總線位數(shù)值與發(fā)出的位數(shù)值不同。 (3)CRC錯(cuò)誤：計(jì)算結(jié)果與收到的 CRC不同 (4)形式錯(cuò)誤：固定形式的位場(chǎng)中出現(xiàn)非法位 (5)應(yīng)答錯(cuò)誤：在應(yīng)答間隙，發(fā)送器未檢測(cè)到顯位 錯(cuò)誤類型和界定 ? 檢測(cè)到 CRC錯(cuò)誤，應(yīng)在應(yīng)答界定符后發(fā)送錯(cuò)誤標(biāo)志；檢測(cè)到其他錯(cuò)誤應(yīng)在下一位發(fā)送錯(cuò)誤標(biāo)志。 ? 同步段用于同步各節(jié)點(diǎn)，正常情況下跳變沿落在此段內(nèi) ? 傳播段用于補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的傳輸延時(shí) ? 采樣點(diǎn)時(shí)刻讀取的電平代表這個(gè)位的電平 同步段 4時(shí)間份額 1時(shí)間份額 1位時(shí)間 = 10時(shí)間份額 傳播段 1時(shí)間份額 4時(shí)間份額 相位緩沖段 1 相位緩沖段 2 采樣點(diǎn) 位定時(shí)與同步 ? 時(shí)間份額由振蕩器周期分頻而得 ? 各時(shí)間段長(zhǎng)度為：同步段 1份額，傳播段 1~8份額，相位緩沖段 1， 1~8份額，相位緩沖段 2， Max(相位緩沖段 1，信息處理時(shí)間 )，其中信息處理時(shí)間=2份額。 ? 同步的規(guī)則： (1)在總線空閑時(shí)，只要檢測(cè)到一個(gè)隱性到顯性的邊沿，就執(zhí)行一次硬同步（以該邊沿作為同步段） (2)在總線不空閑時(shí)，若邊沿落在同步段以外，則按其與同步段之差執(zhí)行再同步： 位定時(shí)與同步 (3) 再同步情況①：邊沿落在同步段以后，則把所差份額加到相位緩沖段 1 (4) 再同步情況② ：邊沿落在同步段以前，則從相位緩沖段 2減去所差份額 (5) 再同步所加減的份額有個(gè)上限，該上限可取值1~4個(gè)時(shí)間份額，但不可大于相位緩沖段 1。最大可能時(shí)間間隔是 29個(gè)位。 CAN收發(fā)器 82C250主要特性 ? 內(nèi)部具有限流電路，可防止發(fā)送輸出級(jí)對(duì)電源、地或負(fù)載短路。若結(jié)溫超過 160℃ ，則兩個(gè)輸出端電流限將減小，從而限制了芯片溫升。雙線差分驅(qū)動(dòng)有助于抑制汽車等惡劣電器環(huán)境下的瞬變干擾。SJA1000的 RX和 TX分別通過光電隔離電路連接到 82C250，82C250的差動(dòng)收發(fā)端 CANH和 CANL連接到總線電纜。Vref輸出電壓是 Vcc，（ Vcc=5V）。 DeviceNet技術(shù)概述 工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)底層節(jié)點(diǎn)相對(duì)簡(jiǎn)單，傳輸數(shù)據(jù)量小，但節(jié)點(diǎn)數(shù)量大，要求節(jié)點(diǎn)費(fèi)用低。 DeviceNet有兩個(gè)主要用途： 1. 傳送與低端設(shè)備關(guān)聯(lián)的面向控制的信息； 2. 傳送與被控系統(tǒng)間接關(guān)聯(lián)的其他信息（例如配臵參數(shù)）。 DeviceNet技術(shù)概述 ? 通信特性： 1. 物理信號(hào)及 MAC使用 CAN； 2. 基于連接概念的協(xié)議，要與設(shè)備交換信息須先與它連接； 3. 典型的請(qǐng)求 /響應(yīng)方式，適用于兩個(gè)設(shè)備間多用途的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)報(bào)文傳遞； 4. I/O數(shù)據(jù)的高效傳輸； 5. 為長(zhǎng)度大于 8字節(jié)的報(bào)文提供分段服務(wù)； 6. 重復(fù)節(jié)點(diǎn)地址（ MAC ID）的檢測(cè)。 ? 生產(chǎn)者 /消費(fèi)者模式的特點(diǎn)： 1. 一個(gè)生產(chǎn)者，多個(gè)消費(fèi)者； 2. 數(shù)據(jù)更新在多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)生； 3. 提供多級(jí)優(yōu)先，適用于實(shí)時(shí) I/O數(shù)據(jù)交換。 收發(fā)器可采用市面上的集成 CAN收發(fā)器。 DeviceNet的物理層 —媒體訪問單元 ? 誤接線保護(hù)（ MWP）電路如圖，要求節(jié)點(diǎn)能承受連接器 5根線的各種組合的接線錯(cuò)誤。 VD1防止 U端子誤接了 U+電壓； VT1作為電源線上接入的開關(guān)防止 U斷開造成損害。干線末端必須有終端電阻。支線最長(zhǎng) 6m，允許連接多個(gè)節(jié)點(diǎn)。總線線纜中包括 24VDC電源線、信號(hào)線及屏蔽線。 DeviceNet的物理層 —傳輸介質(zhì) ? 終端電阻： 121Ω ， 1%金屬膜電阻，