CAN总线的介绍(最终版)

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CAN基本原理
CAN的总线访问
“线与”机制
“显性”位可以覆 节点A 盖“隐性”位；只 有所有节点都发送 “隐性”位，总线 节点B 才处于“隐性”状 态
节点C
节点在发送报文时 进行回读
通过ID仲裁，ID数 总线 值越小，报文优先 级越高，占有总线
lose
优先级 最高
win lose
报文
…
错误检测 错误处理
报文
数据链路层
比特流
物理层
EMI
…
差分电压
CAN_H 40m@1Mbps CAN_L
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概述
CAN的特性
使用双绞线作为总线介质时，总线长度<=40 米, 传输速率可达1Mbps
采用NRZ和位填充 的位编码方式
位速率与总线长度的关系
位速率/kbps
1000
NRZ和位填充
DLC
Data Field
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CAN基本原理
错误检测
位检测
CRC检测
格式检测
S Bus Idle O
F
ID
SI RD RE
Extended ID
R T R
r 1
r 0
DLC
Data Field
CRC
DA D E C E EOF LKL
I T Bus Idle M
填充检测
CRC检测CRC错误
ACK检测
节点计算的CRC序列与接收到的CRC序列不同
（CAN，LIN，MOST） 2003年，VW发布带35个ECU的新型Golf
……
未来，CAN总线将部分被FlexRay所取代， 但CAN总线将仍会被持续应用相当长的时间
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概述
CAN的特性
CAN_H Udiff
采用双线差分信号
隐性
CAN_L 显性
隐性
协议本身对节点的数量没有限制，总线上节
总线电平
高速CAN电平
逻辑1
逻辑0
差分电 压
3.5V 2.5V 1.5V
CAN_H CAN_L
隐性
显性
隐性
隐性表示1，显性表示0
t
低速、容错CAN电平
5V 4V
2.5V
1V
0V 隐性
显性
单线CAN电平
5V 4V
2.5V
1V 0V
隐性
显性
CAN逻辑表示
显性
隐性
CAN_L CAN_H
隐性
隐性
显性或隐性
CAN 2.0A
11位ID数据帧 OK
29位ID数据帧 OK
OK
容纳
OK
总线错误
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CAN基本原理
CAN标准
ISO11898
OSI参考模型
CAN
2 数据 链路层
LLC MAC
CAN2.0
1 物理层
PLS PMA MDI
CAN物理层
ISO11898
ISO11898-1
ISO11898-2 ISO11898-3
CAN节点 滤波器
CAN节点 滤波器
CAN
…
滤波器 CAN节点
滤波器 CAN节点
ID Data
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概述
CAN的特性
保证系统数据一致性
CAN提供了一套复杂的错误检测与错误处理机制，
比如CRC检测、接口的抗电磁干扰能力、错误报
文的自动重发、临时错误的恢复以及永久错误的
关闭
节点A
节点n
应用层
汽车和工业自 动化领域广泛
应用
5 会话层
4 传输层 3 网络层 2 数据链路层 1 物理层
2 数据 链路层
1 物理层
LLC LLC, Logical Link Control
MAC
PLS PMA MDI
MAC, Medium Access Control PLS, Physical Signaling Sublayer PMA, Physical Medium Attachment MDI, Medium Dependent Interface
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CAN基本原理
汽车总线
汽车总线的分类
类 位速率
别
/kbps
应用场合
应用范围
协议
A
~10
车身系统
电动门窗、座椅调节、灯光照 LIN
明控制等
CAN
B 10~125
状态系统
电子仪表、驾驶信息、故障诊 断、安全气囊、自动空调等
J1850 VAN CAN
C
125~1000
实时控制系 统
芯片 1991年，Bosch颁布CAN 2.0技术规范，
CAN2.0包括A和B两个部分 1991年，CAN总线最先在Benz S系列轿车上
实现
6
概述
CAN的历史
1993年，ISO颁布CAN国际标准 ISO-11898 1994年，SAE颁布基于CAN的J1939标准 2003年，Maybach发布带76个ECU的新车型
发动机控制、变速控制、ABS、 悬架控制、转向控制等
CAN
D
1000~
多媒体系统
MOST FlexRay D2B IEEE1394
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CAN基本原理
汽车总线
汽车总线的应用
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CAN基本原理
CAN标准
CAN与OSI参考模型
OSI参考模型 7 应用层 6 表示层
CAL, CANopen (CiA) DeviceNet (ODVA) SDS (Honeywell) NMEA-2000(NMEA) J1939(SAE)
逻辑链路控制 媒介访问控制 物理信令子层 物理介质连接 介质相关接口
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CAN基本原理
CAN标准
CAN2.0版本
2.0A—将29位ID视为错误 2.0B被动—忽略29位ID的报文 2.0B主动—可处理11位和29位两种ID的报文
CAN 2.0B Active
CAN 2.0B Passive
Body Control
Seat Control
Power Locks
低速CAN
Air Condition
Light Control
Airbag
5
概述
CAN的历史
1983年，Bosch开始研究车上网络技术 1986年，Bosch在SAE大会公布CAN协议 1987年，Intel和Philips先后推出CAN控制器
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CAN基本原理
CAN的总线访问
非破坏性仲裁
CSMA/ DA
任何节点在总 线空闲时都能
节点A
ID＝75 Data
节点B
ID＝250 Data
节点C
ID＝1000 Data
发送报文 CAN
发送低优先级
节点A
ID＝75 Data
报文的节点退
出仲裁后，在 节点B ID＝250
ID＝250 Data
Light Control
Power Locks
Airbag
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概述
CAN的起源
汽车的CAN网络
Powertrain Control
Engine Control
Transmission
Control
高速CAN
ABS/ASR
Active
Suspension
Dash
board
Door Control
ISO 11898-5
Road vehicles -- Controller area network (CAN) -- Part 5: High-speed medium access unit with low-power mode
CAN实现 CAN控制器 CAN收发器
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CAN基本原理
CAN标准
ISO 11898-1：2003
Road vehicles -- Controller area network (CAN) -- Part 1: Data link layer and physical signalling
ISO 11898-2：2003
Road vehicles -- Controller area network (CAN) -- Part 2: High-speed medium access unit
下次总线空闲 节点C ID＝1000
ID＝1000
ID＝1000 Data
时重发报文
总线
ID＝75
Data ITM ID＝250 Data ITM ID＝1000 Data
竞争阶段
竞争阶段
竞争阶段
t
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CAN基本原理
CAN的帧格式
数据帧携带从发送节点至接收节点的数据 远程帧向其他节点请求发送具有同一标识
ISO 11898-3：2006
Road vehicles -- Controller area network (CAN) -- Part 3: Low-speed, fault-tolerant, medium-dependent interface
ISO 11898-4：2004
Road vehicles -- Controller area network (CAN) -- Part 4: Time-triggered communication
CAN基础
主要内容
概述 CAN基本原理 CAN总线的国内外发展现状 CAN总线电磁兼容设计
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概述
CAN的起源
CAN—Controller Area Network—是20世纪 80年代初德国Bosch公司为解决现代汽车中 众多控制单元、测试仪器之间的实时数据交 换而开发的一种串行通信协议
拓扑结构
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CAN基本原理 CAN节点硬件电路框图
微控制器、CAN控制器、CAN收发器
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CAN基本原理
CAN标准
拓扑结构
CPU
CAN Controller
RxD TxD
CAN_H CAN_L
RTL
CAN_H
RxD
TxD
CAN_L
RTL
终端电阻 的
替代形式
Cg
Rt=120Ω
CAN_H
这两根线之间的电位差可以对应 两个不同的逻辑状态进行编码。 t
4.5V
如果CAN H – CAN L > 2
2.5V
那么比特为 0
0.5V
t 如果CAN H – CAN L = 0
那么比特为 1
10110010
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概述
CAN的特性
CAN H
4.5V 2.5V 0.5V
CAN L
4.5V 2.5V 0.5V
限制传输辐射， 补偿接地差， 能够很好地抗干扰。
t CAN H
+
S
CAN L -
t
10
概述
CAN的特性
多主站结构
每个报文的内容通过标识符识别，标识符在 网络中是唯一的
标识符描述了数据的含义 某些特定的应用对标识符的分配进行了标准化
根据需要可进行相 关性报文过滤
CAN节点 滤波器
3
概述
CAN的起源
传统的汽车线束连接
Powertrain Control
Engine Control
Transmission
Control
ABS/ASR
Active
Suspension
Dash
board
Door Control
Body Control
Seat Control
Air Condition
500
隐性
200
显性
100
50
填充位
20
10 5
总线长度/m
0 10 40 100
200
1000
100wk.baidu.com0
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概述
CAN的特性
总线访问—非破坏性仲裁的载波侦听多路访 问/冲突检测CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection)
Rt/2
Rt/2 Cg
Rt/2
Rt/2
CAN_L
Rt/2=62Ω Cg=10...100nF
EMS ABS
高速 CAN
低速、容错 CAN
Seat Control
Door Control
AT Rt=120Ω
… …
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CAN基本原理
CAN标准
总线电平
差分电 压
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CAN基本原理
CAN标准
格式检测格式错误
固定格式位场（如CRC界定符、ACK界定符、帧 结束等）含有一个或更多非法位
ACK检测ACK错误
发送节点在ACK位期间未检测到“显性”位
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CAN基本原理
错误检测
填充检测
S Bus Idle O
F
ID
SI RD RE
Extended ID
R T R
r 1
r 0
符的数据帧 错误帧节点检测到错误后发送错误帧 超载帧在先行的和后续的数据帧（或远程
帧）之间附加一段延时—通常不用
帧间空间数据帧（或远程帧）通过帧间空 间与前述的各帧分开
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CAN基本原理 CAN错误检测
1）循环冗余检查(CRC) 2）帧检查(格式检查) 3）应答错误 4）总线检测 (位检测) 5）位填充
载波侦听，网络上各个节点在发送数据前都要检 测总线上是否有数据传输
网络上有数据不发送数据，等待网络空闲 网络上无数据立即发送已经准备好的数据
多路访问，网络上所有节点收发数据共同使用同 一条总线，且发送数据是广播式的
冲突检测，节点在发送数据过程中要不停地检测 发送的数据，确定是否与其它节点数据发生冲突
点的数量可以动态改变
广播发送报文， 报文可以被所有 节点同时接收
节点A 应用层
报文
…
报文
数据链路层
比特流
物理层
EMI
…
差分电压
节点n
CAN_H 40m@1Mbps CAN_L
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概述
CAN的特性
采用双线差分信号
Can H
4.5V 2.5V 0.5V
Can L
两根线构成总线，CAN High与CAN Low。