车载网络系统及CAN协议的应用分析
车载网络系统及CAN协议的应用分析
原作者:神龙汽车有限公司技术中心 操小军 出处:OneTwoFree.Sp
【论文摘要】
[摘要] 现代社会对汽车各方面的要求不断提高，在汽车设计中运用电子控制技术是满足这些要求的最好方法，为了满足汽车内部信息交换量急剧增加的要求，有必要使用多路传输方式的车载的串行网络系统。目前，CAN协议及其网络系统已被全球汽车厂商普遍接受。CAN 协议明确的定义了数据链路层和物理层的内容。CAN 具有十分优越的特点，这使得绝大多数的工程师都选择它作为车载网络协议的标准。在汽车领域，目前存在的多种车载网络标准，其侧重的功能也有所不同。SAE 将车载网络按传输速率的不同划分为三类。即将投产的“标致307”系列车型采用的是CAN 网络结构。CAN 必将在汽车领域得到更广泛的应用。
关键词：CAN 车载网络 网络协议 LIN
1 汽车电子技术的发展推动了车载网络系统广泛研究和使用。
1.1 汽车电子技术的发展提出了网络化的要求
现代社会对汽车各方面的要求不断提高，这些要求包括：极高的主动安全性和被动安全性；乘坐的舒适性；驾驶与使用的便捷和人性化；尤其是低排放和低油耗的要求等。在汽车设计中运用计算机微处理器及其电控技术是满足这些要求的最好方法，而且已经得到了广泛的运用。目前这些系统有：ABS（防抱系统）、EMS（发动机管理系统）、多功能数字化仪表、主动悬架、导航系统、电子防盗系统、自动空调和自动CD 机等。这些系统由多个电控单元相互连接而成，可分为控制器、传感器、执行器等。同时各个系统之间也互相连接，进行着越来越多的数据交换。这样就需要使用大量的线束和插接器来实现互连，进行它们之间的数据交换。随着汽车电子技术的不断发展，这种需求的增长是惊人的。图1 给出了它的增长情况。
图1
由于线束和插接器的数量不断增加，整车电子系统的复杂程度愈来愈高，其可靠性将难以保证，故障率会提高，维修更加困难。为了满足汽车内部信息交换量急剧增加的要求，有必要使用一种实现多路传输方式的车载网络系统。这种网络系统采用串行总线结构，通过总线信道共享，减少线束的数量。
1.2 车载网络系统的应用要求
车载网络系统的建立可参考现有的局域网络系统，但又有较大的不同，尤其是使用环境不同于一般局域网，其要求更加苛刻。一般汽车内（主要是机舱内）：温度变化大，可达－45℃～100℃；汽车在行驶中可能出现较大的振动；点火喷射系统等的装置也会带来较大的电磁干扰；同时对一些电控系统如EMS、ABS 等的信息传递要求迅速及时。另外由于涉及安全性的考虑，要求网络系统有很好的可靠性。
这就要求网络除了采用总线拓扑结构方式外，必须具有极好的抗干扰能力；系统自身的健壮性；极强的差错检测和处理能力；信息传输实时性要求；同时具备故障的诊断和处理能力等。另外考虑到成本因素，要求其控制接口结构简单，易于配置。
1.3 车载网络的发展现状
众多的国际知名公司早在20 世纪80 年代就积极致力于汽车网络技术的研究及应用。到目前为止已形成了多种网络标准，如：SAE（汽车工程师协会）的J1850 和J1939、德国大众的ABUS、法国PSA 的VAN、美国商用机器的AutoCAN、德国BOSCH的CAN 等等。
近几年，在欧洲和美国推出的车型基本上都配备了一个、两个甚至多个网络系统，不光高档车装备有，甚至低档经济型车也有。日本的汽车公司也开始逐步使用车载网络系统。
我国近一两年和欧洲同步推出的几款车型也装备了汽车网络系统,如：神龙汽车有限公司去年推出的“毕加索”轿车装备了VAN 网、明年即将推出的“萨拉”N7 轿车将装备VAN 和CAN 混合网、后年推出的“标致307”系列车将采用FullCAN 网系统；一汽大众的“宝来”轿车在动力系统和舒适系统中装备了两套速率不同的CAN 网；上海大众的“波罗”也装备了CAN 网。
正如一些汽车专家认为的：就像汽车电子技术在上世纪70 年代引入集成电路、80 年代引入微处理器一样，近十年来车载网络技术的引入也将是汽车电子技术发展的一个里程碑。
2 CAN 网逐渐发展成为车载网络领域中应用最为广泛的国际标准
2.1 CAN 网络协议的产生和发展
1986 年2 月，Robert Bosch 公司在SAE 年会上介绍了一种新型的串行总线系统—CAN（Controller Area Network）。根据这个CAN 协议，在1987 年中期，Intel 开发了首个CAN 控制器—82526。不久，Philips半导体也推出了82C200。这两种CAN 控制器在报文过滤和控制上有许多的不同。Philips 半导体的方式叫BasicCAN；Intel 的方式叫FullCAN，由此后的不断发展，从而形成了FullCAN 和BasicCAN 两大阵营。
在20 世纪90 年代初，Bosch CAN 规范（CAN 2.0）被提交给了国际标准化组织。经过讨论，应一些法国主要汽车商的要求，包含了吸收一些VAN 网（Vehicle Area Network）的内容。并于1993 年11 月出版了正式的CAN 国际标准ISO11898。从此CAN 协议被广泛的用于各类自动化控制领域。在1992 年，奔驰公司首先在他们的高级轿车上使用了CAN 技术。这是CAN 技术在车载网络系统中的首次实际使用。
目前，CAN 协议及其网络系统已被全球汽车厂商普遍接受，成为车载网络系统的计算机网络技术基础。
在欧洲几乎每一辆新款汽车均装配有CAN 局域网。同样，CAN 也用于其他类型的交通工具，从火车到轮船或者用于工业控制。CAN 已经成为全球范围内最重要的总线之一——甚至领导着串行总线。在1999 年，接近6 千万个CAN 控制器投入应用。到了2000 年，全球市场销售了超过1 亿个CAN 元器件。
2.2 CAN 网络协议的内容和基本原理
作为一种网络协议一般应符合ISO/OSI 模型，即国际标准化组织的开放系统互连参考模型。但目前广泛应用的许多网络协议并不完全符合这个模型，CAN 就是这种网络协议。对照ISO/OSI
模型中的7 层次，CAN 仅明确定义了相当于数据链路层和物理层的内容。图2 给出它的层次结构。其中对象层和传输层包括所有由ISO/OSI 模型定义的数据链路层的服务和功能。
图2
CAN 是一种总线网，一般是采用廉价的双绞线作为其传输介质。一根线为高电位，另一根为反向的低电位，这样总体对外电磁辐射相互抵消。
CAN 协议的报文传输由以下四种不同的帧类型所表示和控制：
- 数据帧：数据帧携带数据从一个节点的发送器至所有节点的接收器。
- 远程请求帧：总线的一个节点发出远程请求帧，请求某个节点响应具有同一识别符的数据帧。
- 错误帧：总线上的任何节点一旦检测到总线的错误就发出错误帧。
- 过载帧：过载帧用以在先行的和后续的数据帧（或远程帧）之间提供一附加的延时，防止产生接收器过载。
CAN 协议在其帧结构中定义了多种校验方式，确保信息传送的可靠性。信息在网络中采用广播的方式，总线上所有的节点均先接收到报文，然后根据帧结构中的11 位或29 位标识符进行识别，接收所需的信息，屏蔽掉本节点不需要的信息。
在报文发送时是采用内容（而不是一般的地址方式）择优的优先级方式，我们称其为载波侦听多路访问/冲突检测，即：CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access with Collision Detect）。
如果利用一般的CSMA 访问总线，可对总线上信号进行检测，只有当总线处于空闲状态时才允许发送。利用这种方法可以允许多个节点挂接到同一网络上，但当检测到一个冲突位时，所有节点将重新回到监听总线的状态，直到该冲突时间过后才开始发送。在总线超载的情况下，这种技术可能会造成发送信号经过许多延迟。为了避免发送延时可利用CSMA/CD 方式访问总线：当总线上有两个节点同时进行发送时，必须通过无损的逐位仲裁方法来使有最高优先权的的报文优先发送。在CAN 总线上发送的每一条报文都具有唯一的一个11 位或29 位的标识符 ，CAN 总线状态取决于二进制数0 而不是1 ，所以ID 号越小则该报文拥有越高的优先权。因此一个为全0 标志符的报文具有总线上的最高级优先权。可用另外的方法来解释,在消息冲突的位置第一个节点发送0，而另外的节点发送1，那么发送0 的节点将取得总线的控制权，并且能够成功的发送出它的信息。这种独特的总线争用方式保证了高优先级报文的及时发送，减少了时延。
在差错处理方面CAN 也有其独特的优势。对于一个帧可以用互不排斥的5 种方式检查出出错的帧。
另外还有一个计数机制，当一个节点错误的次数满足一定条件时，会被进行相应的故障处理，以防止出故障的节点对整个系统的影响，保证其他节点之间的正常通信。
2.3 CAN 协议适宜于车载网络应用的优势
正如本文1.2 节中所描述的那样，一个适宜于汽车环境的网络协议必须满足许多苛刻的要求，并具有一些独特的特性。CAN 具有十分优越的特点，这使得绝大多数的工程师都选择它作为车载网络协议的标准。这些优点包括以下内容：
(1) 低成本。由于CAN 已经成为车载网络中应用最广泛的标准，这使得相关元器件的产量很大，从而大大的降低了成本。对于已经竞争非常激烈的汽车产业来说是十分重要的。
(2) 极高的总线利用率。如前一节分析的那样，其发送冲突解决方案是一种冲突规避的设计方式，减少了信息重发可能性，从而提高了利用率，对于发送优先级高的重要信息尤为如此。
(3) 高速的数据传输速率可高达1 Mbit/s，完全可满足汽车动力和悬架等高速系统的传输需求。
(4) 可根据报文的ID 决定接收或屏蔽该报文，而不是采用一般的地址方式。方便与网络相连的汽车电器系统的灵活配置。
(5) 可靠的错误处理和检错机制；发送的信息遭到破坏后可自动重发；节点在错误严重的情况下具有自动退出总线；这些特点都保证了系统极高的可靠性、安全性和健壮性。很明显，这对于车载的网络系统是十分重要的要求。
(6) 报文帧结构相对比较简单，占用总线时间短，从而保证了通信很高的实时性。
can总线的常用波特率
can总线的常用波特率
CAN总线是一种常用的通信协议，广泛应用于汽车、工业控制、航空航天等领域。在CAN总线中，波特率是一个重要参数，它决定了数据传输的速率和可靠性。本文将介绍CAN总线的常用波特率及其应用。
一、CAN总线简介
CAN（Controller Area Network）总线是一种串行通信协议，最初由德国Bosch公司开发，用于车载网络系统。CAN总线采用差分信号线传输数据，具有抗干扰能力强、可靠性高的特点，被广泛应用于汽车和工业控制领域。
二、CAN总线的波特率
波特率是指在单位时间内传输的数据位数，通常用bps（bit per
second）表示。在CAN总线中，常用的波特率有以下几种：
1. 10kbps（千位每秒）：这是最低的波特率，适用于数据传输要求不高的应用场景，如汽车中的低速通信。
2. 100kbps：这是较低的波特率，适用于大部分汽车和工控系统中的通信需求。
3. 250kbps：这是一种中等波特率，适用于一些对实时性要求较高的应用，如发动机控制、传感器数据传输等。
4. 500kbps：这是一种较高的波特率，适用于一些对实时性要求更高的应用，如车身控制系统等。
5. 1Mbps（兆位每秒）：这是最高的波特率，适用于一些对数据传输速率要求非常高的应用，如高速数据采集系统。
三、CAN总线波特率的选择
选择合适的波特率对于CAN总线的正常工作非常重要。波特率过低会导致数据传输速率慢，影响实时性；波特率过高则会增加通信的复杂性和成本。
在选择波特率时，需要考虑以下几个因素：
1. 数据传输速率要求：根据具体应用的实时性需求和数据量大小，选择合适的波特率。
2. 网络拓扑结构：CAN总线可以采用多主机或者多从机的网络拓扑结构，不同的拓扑结构对波特率的要求也不同。
3. 电缆长度和传输距离：长距离传输需要较低的波特率，而短距离传输可以选择较高的波特率。
4. 抗干扰能力：较高的波特率对干扰更为敏感，如果环境中存在较强的电磁干扰，应选择较低的波特率。
波罗的CAN数据总线与车载网络系统(上)
波罗的ＣＡＮ数据息线与
随着人们对汽车的安全 性、舒适性、尾气排放及燃油 经济性的要求越来越苛刻， 这使得控制单元之间的信息 交换越来越密集，传感器和 导线的数量迅速增加，无形 中加大了排除故障和维修的 难度。为此，必须找到一种设 计优良的解决方案来使车内 电子系统在不占用太大空间 的情况下仍然保持其可操作 性，ＣＡＮ数据总线这时应运 而生。它是德国博世公司专 门为大众和奥迪车系设计的， 国内像奥迪Ａ６、帕萨特Ｂ５、波 罗、宝来都采用ＣＡＮ数据总 线．ＣＡＮ是ＣＯＮＴＲＯＬＬＥＲ ＡＲＥＡ ＮＥＴＷＯＲＫ（控制单元 区域网络）的缩写，这就意味 着将各个控制单元之间网络 化并可进行数据交流。这又 是计算机网络系统在现代汽 车上的应用，利用ＣＡＮ数据 总线将各个控制单元连接起 来，形成了车载网络系统。 ＣＡＮ数据总线是一种各 控制单元间的数据传输形式， 它将各个控制单元形成一个 整体，所有信息都沿两条线 路传输，与所参与的控制单 元数及所涉及的信息量的大 小无关，这样就解决了随着 新车
车鼓网络 统（上） ＠丁世伟 新增信息量的加大，线路及 控制单元上的插头的数目也 增加的问题，并且每条信息 需要不同线路的问题也得以 解决。故国产新车宝来、波罗 都应用了ＣＡＮ数据总线系 统，具体表现出如下优点： （１）如果数据扩展以增 加新的信息，只需升级软件 即可。 （２）控制单元对所传输 的信息进行实时监测，监测 到故障后存储故障码。 （３）使用小型控制单元 及小型控制单元插孔可节省 空ｆａ－］。 （４）使传感器信号线减 至最少，控制单元问可做到 高速数据传输。 （５）ＣＡＮ数据总线符合 国家标准，因此可应用不同 型号控制单元间的数据传输。 然而，ＣＡＮ数据总线为 什么具有如此功能呢？让我 们了解一下ＣＡＮ数据总线的 组成、结构和数据传输原理。 艄嗍 ＣＡＮ数据总线由一个控 制器，一个收发器，两个数据 传输终端以及两条数据传输线 组成。除了数据传输线，其他 元件都置于控制单元内部。控 上图１ 制单元功能不变，如图１所示。 （１）ＣＡＮ控制器 ＣＡＮ控制器是接收控制 单元中的微电脑传来的数据， 对这些数据进行处理并将其 传￣］Ｆ＿ＣＡＮ收发器。同样．ＣＡＮ 控制器也接收由ＣＡＮ收发器 传来的数据，对这些数据进 行处理并将其传往控制单元 中的微电脑。 （２）ＣＡＮ收发器 它将ＣＡＮ控制器传来的 数据转化为电信号将其送入 数据传输线。它也为ＣＡＮ控 制器接收和转发数据。 （３）数据传输终端 它是一个电阻器。它防 止数据在线端被反射，以回 声的形式返回，这会影响数 据的传输。 （４）数据传输线 它是双向的，对数据进 行传输。两条线分别被称为 ＣＡＮ高线和ＣＡＮ低线。数据 传输线为了防止外界电磁波 的干扰和向外辐射。ＣＡＮ总 线采用两条线缠绕在一起， 如图２所示。
CAN总线应用简介
CAN总线应用简介
CAN，全称为“Controller Area Network”，即控制器局域网，采用串行通信，是国际上应用最广泛的现场总线之一。CAN总线最早在1986年由德国Bosch公司最先提出，使用CAN连接发动机控制单元、传感器、防刹车系统等，解决日益复杂的汽车电子装置之间的连线问题，其传输速度可达1Mb/s，能有效地支持具有很高安全等级的分布实时控制。
一、CAN总线技术规范
1、CAN通信模型
CAN技术规范（CAN-bus规范V2.0版本）的目的是为了在任何两个CAN仪器之间建立兼容性。为了兼容CAN2.0，要求CAN的仪器应兼容A部分或B部分。CAN-bus规范V2.0版本由两部分组成：
（1）A部分
在这部分中，CAN的报文格式说明按CAN1.2规范定义。
为了达到设计透明度以及实现柔韧性，CAN被细分为以下层次：对象层、传输层、物理层。
物理层定义不同节点间的信号根据电气属性进行位信息的传输方法。同一网络内，物理层对于所有的节点必须是相同的。A部分没有定义物理层，以便允许根据实际应用，对发送媒体和信号电平进行优化。
传输层是CAN协议的核心。她把接收到的报文提供给对象层，以及接收来自对象层的报文。传输层负责位定时及同步、报文分帧、仲裁、应答、错误检测和标定、故障界定。
对象层的功能是报文过滤以及状态和报文的处理。
CAN节点的层结构及其开发系统互联模型OSI之间的对应关系如图所示。
（2）B部分
B部分包含了报文标准格式和扩展格式的说明。B部分的目的是定义数据链路层中MAC子层和一小部分LLC子层，以及定义CAN协议于周围各层当中所发挥的作用。
根据ISO/OSI参考模型，CAN被细分为数据链路层和物理层。
CAN总线的层结构及其与开发系统互联模型OSI之间的对应关系如图所示。
物理层定义信号是如何实际地传输的，因此涉及位时间、位编码、同步的解释。B部分没有定义物理层的驱动器/接收器特性，以便允许根据它们的应用，对发送媒体和信号电平进行优化。
大众车系CAN数据传输系统原理应用和故障诊断(修改)
大众车系CAN—BUS的原理与检修
窦在学 （初审修改稿，编号：.2005-68 ）
摘要：简要阐述了大众车系CAN数据总线系统的原理、组成，结合实例分析了CAN数据总线系统的故障原因与检修方法。
关键词： CAN数据总线 故障分析 故障检修
前言：目前，汽车电子技术已发展到控制系统综合化、信息共享化、机能智能化的新阶段，随着汽车电子设备的不断增加，势必会引起导线数量的不断增多，元器件、导线布置困难，故障率增加等诸多问题。在汽车各电控单元之间采用类似于计算机内部总线的方式进行数据传递，可以达到信息共享，减少布线，降低成本以及提高整体可靠性的目的。大众车系的奥迪A6、宝来、帕萨特B5、POLO轿车都不同程度地引入了CAN数据总线系统，也称为ＣＡＮ－ＢＵＳ。因此，了解其原理、组成、使用与检修是汽车维修业面临的新课题。
1． 车载控制器局域网的分类
为了解决汽车各电控单元之间的信息交换与共享，世界各主要车系均不同程度地引入了车载控制器局域网，CAN数据总线系统就是其中之一。其分类主要以其适用的网络协议即标准划分的。目前存在多种汽车控制器局域网网络标准，为方便研究和设计应用，ＳAE车辆网络委员会将汽车控制器局域网划分为A、B、C三类。
1．1．A类：面向传感器/执行器控制的低速网络，数据传输位速率通常只有1-10kbit /s。主要应用于电动门窗、中控锁、座椅调节、灯光照明等控制。
1．2．B类：面向独立模块间数据共享的中速网络，位速率一般为10-100kbit/s。主要应用于电子车辆信息中心、故障诊断、仪表显示、安全气囊等系统，以减少冗余的传感器和其它电子部件。
1．3．C类：面向高速、实时闭环控制的多路传输网，最高位速率可达1Mbit/s，主要用于发动机和自动变速的动力控制、防滑控制、悬架控制等系统，以简化分布式控制和进一步减少车身线束。到目前为止，满足C类网要求的汽车控制器局域网只有CAN协议。
商用车控制系统局域网络(CAN 总线 )通信协议
《商用车控制系统局域网络（CAN总线 ）通信协议》
编制说明
一、 任务来源
本标准是根据国家质量监督检验检疫总局国家标准制修订计划
20030943-T-5号进行编制。
二、 制定的目的、意义
随着汽车行业越来越重视汽车安全、环保等问题，大大促进了新技术的开
发运用，越来越多的电子技术应用到汽车上，如电喷、ABS、电子点火系统、
安全气囊等，大量的传感器、控制器在汽车上应用。，大大改善了汽车的安全、
环保、舒适等性能，提高了汽车的整体性能和水平，汽车电子战已经在行业
打响，并体现在新开发设计的车型中。为了减少线束的使用，实现系统之间
的快速通讯和数据共享，现代汽车广泛采用网络技术。汽车技术发展到今天，
可以说网络技术的应用是一次革命，是高新技术在汽车上应用的最好体现。
有了网络通讯必须有通讯协议，以保证系统节点之间的对话和信息流的正常
传送。通讯协议要解决网络的优先权问题、灵活性问题，实现可扩展性、鲁
棒性及数据共享等。
三、 国内外情况的简要说明
CAN总线是一种串行数据通信协议，最早由德国BOSCH公司推出 ,用
于汽车内部测量与执行部件之间的数据通信。CAN推出之后，世界上各大半
导体生产厂商迅速推出各种集成有CAN协议的产品，由于得到众多产品的支
持，使得CAN在短期内得到广泛应用。CAN总线规范于1993年被ISO国际
标准组织制订为国际标准, 包括用于高速场合的ISO11898和用于低速场合的
ISO11519，CAN是目前总线规范中唯一取得国际标准的。基于CAN的网络
已经安装于很多公司生产的乘用车及商用车上，目前在美国CAN已基本取代
基于J1850的网络。预计到2005年,CAN将会占据整个汽车网络协议市场的
63%。在欧洲，基于CAN的网络也占有了大约88％的市场。我国多家合资公
司在外资技术的支持下早已安装使用CAN网络，且随着CAN网络技术被越
来越多的厂家认可和掌握，这一技术在我国已被广泛推广和使用。CAN在全
浅析CAN总线技术在公交的应用
浅析CAN总线技术在公交的应用
随着信息技术的不断发展，通过采用先进的通信、计算机、CAN总线技术来实现对公交车辆行车状态的监测，更好地保障公交行车安全，实现公交运营智能化管理。
1、CAN总线概述及技术原理
CAN是控制器局域网络(Controller Area Network, CAN)的简称，是ISO国际标准化的串行通信协议。车辆中各种电子控制系统之间通信所用的数据类型不尽相同，由多条总线构成的情况很多，线束的数量也随之增加，为适应"减少线束的数量"、"通过多个LAN，进行大量数据的高速通信"的需要，德国BOSCH公司开发出面向汽车的CAN通信协议，CAN总线为分布式控制系统实现各节点之间实时、可靠的数据通信提供强有力的技术支持。
CAN总线使用串行数据传输方式，可以1Mb/s的速率在40m的双绞线上运行，也可以使用光缆连接，而且支持多主控制器。当CAN总线上的一个节点（站）发送数据时，它以报文形式广播给网络中所有节点。对每个节点来说，无论数据是否是发给自己的，都对其进行接收。
2、CAN总线特征
（1）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，等待总线空闲时，所有与总线相连的单元都可以发送新消息，多个单元同时开始发送时，高优先级单元可获得优先发送权。
（2）多路访问
网络上所有的节点收发数据共同使用同一条总线，且发
送数据采用固定广播格式。
（3）冲突避免
节点在发送数据过程中要不停地检测发送的数据，确定
是否与其他节点数据发生冲突。
（4）保证系统数据一致性
CAN提供一套复杂的错误检测与错误处理机制。
3、CAN总线技术在公交的应用
公交车辆采用CAN总线模式，相当于安装了一套车载局域网设备，整个车辆接入网络中的设备都受此设备控制。车载终端CAN总线分为两条，一条传输车辆技术数据，将发动机、仪表数据、刹车、开门行车等数据信息进行联机工作，实现仪表数据监控、事故分析、驾驶员不规范操作管理，综合感知的数据上传至车辆技术监控平台。另一条CAN总线传输运营数据，将车载终端、报站器、车屏、刷卡机、车载视频等设备及其它车载电子设备进行联机工作，综合感知的车辆运营数据，上传到智能调度平台。
can总线技术及其在汽车仪表中的应用
CAN总线技术及其在汽车仪表中的应用
摘 要 本文首先介绍了CAN总线技术，然后给出了CAN总线技术在以摩托罗拉16位单片机MC9S12为中央控制器的某汽车仪表系统中的应用，并对该系统总体结构及其中CAN通信模块的软硬件设计作了详细说明。
关键词 CAN总线，MC9S12，汽车，仪表
0
引言
控制局域网CAN (controllerareanetwork)是国际上应用最广泛的现场总线之一，是德国Bosch公司为解决现代汽车中众多的控制与测试仪器之间的数据交换而开发的一种通讯协议，它作为汽车环境中的微控制器通讯，在车载各电子控制装置ECU之间交换信息，形成汽车电子控制网络。比如：发动机管理系统、变速箱控制器、仪表装备、电子主干系统中，均嵌入CAN控制装置。CAN是一种多主方式的串行通讯总线，基本设计规范要求有高的位速率，高抗电磁干扰性，而且能够检测出产生的任何错误。当信号传输距离达到10Km时，CAN仍可提供高达50 kbit/s的数据传输速率。它是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通讯网络。CAN的应用范围遍及从高速网络到低成本的多线路网络。在自动化电子领域的汽车发动机控制部件、传感器、抗滑系统等应用中，CAN的位速率可高达1 Mbps。CAN网络具有反映快,可靠度高的特性，应用于要求实时处理的场合，例如汽车刹车防锁死系统安全气囊等。今天此项通信协议已得到广泛应用，成为现代汽车设计中必须采用的装置，奔驰、宝马、大众、沃尔沃及雷诺汽车都将CAN作为控制器联网的手段。
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CAN总线的特点及通讯协议
1.1 CAN总线的特点
can总线在客车上的实现
车辆工程技术23车辆技术
1 前言 网络化是汽车电器发展的必然趋势。未来汽车电器的整个网络将是CAN、LIN、MOST三网合一的整体。CAN负责重要的电器控制单元，如发动机、变速箱、制动、安全气囊等；LIN负责次要的电器控制单元，如门窗、车灯等；MOST负责音视频。 随着国内客车产业的飞速发展，网络系统被逐步运用到客车电器中。极大地推动了CAN总线网络系统（下文简称CAN总线）在大型高档客车上的实施。2 客车CAN总线的应用和优势 CAN总线全称为“控制器局域网（CAN—Controller Area Network）”。CAN总线是一种现场总线（区别于办公室总线），是德国Bosch公司为解决现代汽车中众多的电控模块之间的数据交换而开发的一种串行通信协议。 为什么客车电器需要应用CAN总线呢？随着客车电气设备越来越多，从发动机控制到传动系统控制，从行驶、制动、转向系统控制到安全保证系统及仪表报警系统，从电源管理到为提高舒适性而作的各种努力，各种传统意义上的电气系统相互联系，形成一个复杂的大系统。这个大系统需要一个车载局域网来统一管理，这就需要用到CAN总线的实施。 CAN总线系统具有传统电器系统无法比拟的优点： （1）布线角度分析，传统的电气系统大多采用点对点的单一通信方式，相互之间少有联系，这样必然造成庞大的布线系统。据统计，一辆采用传统布线方法的高档客车中，导线长度可达2000米，电器连接点达1500个，该数字大约每十年增长1倍。采用CAN总线系统能大大缓解导线过长，电器连接点过多的问题。 （2）通信角度分析，现代典型的控制单元有发动机电控燃油喷射系统、电控传动系统、防抱死制动系统（ABS）、防滑控制系统（ASR）、巡航系统和空调系统。为满足各子系统的实时性，有必要对车辆的公共数据共享，每个控制单元对实时性的要求是因数据的更新速率和控制周期不同而不同的。CAN总线正是为满足这些要求而设计的，而传统电器系统则难以实现。 （3）数据共享减少了数据的重复处理。对于具有CAN总线接口的电喷发动机，仪表可共享其提供的转速、水温、机油压力、机油温度、油量瞬时流速等等。在传统电器系统中这些电器都分别要有一套自己的车速处理电路，浪费了资源。 （4）硬件方案的软件化实现，扩充性强。比如，发动机起动控制，前起动时，必须满足下列条件：①后仓门关闭；②空档。后点火时，必须满足下列条件：①空档；②钥匙门处于ON档。 另外还需增加起动机保护功能，传统电器系统是靠一系列继电器来实现这些功能，既不可靠，又增加硬件成本。而CAN总线通过软件编程实现，既可靠又无资金投入。 （5）具有错误诊断能力和自动恢复能力。故障诊断可通过CAN分析模块自动完成。比如，某回路出现短路，CAN总线系统会自动切断该回路的输出电源，进入短路保护状态。当故障排除，CAN总线系统则自动恢复。除了短路保护外，CAN总线系统还提供了传统电器系统所不能实现的过载保护，使电器更可靠、更安全。 另外，CAN总线系统还有很好的人机交互平台。比如可将发动机ECU、ABS ECU等电器控制单元提供的二进制诊断码解析为文字，显示在仪表屏幕上，方便维修人员查阅。 （6）提供应急安全策略。比如，车辆在行使途中左后转向灯灯泡损坏，CAN总线系统会立刻在仪表屏幕上高亮显示该故障。此后，若驾驶员拨动左转向灯开关，左倒车灯会替代左后转向灯闪烁。这种替代功能有助于车辆安全地返回。3 客车CAN总线系统分类 （1）目前，从总体架构上来看客车CAN总线系统可分为两类，即单一CAN总线和CAN、LIN结合的总线系统。 单一CAN总线系统的每一个模块间都采用CAN通信，不需要给出信息接收者的地址，各种信息经过编码后发送给所有的接收者，以短帧多发的方式实现数据的高实时性。 单一CAN总线系统的高性能伴随着每个模块的高成本，使得CAN总线系统在节约硬件成本方面的优势被削弱。针对这个问题，国内一些企业开发出了CAN、LIN结合的总线系统。LIN总线是一种低成本的串行通讯网络，采用LIN的模块通过网关与CAN网络相联。LIN的抗干扰能力也很强，主要用于非实时传输。但可靠性不如单一CAN总线系统。 （2）从模块使用特性来看客车CAN总线系统也可分为两类，一类是专用模块型，另一类是通用模块型。 1）专用模块是指针对客车上的特定用电器的工作特性而设计的模块。比如为雨刮器设计的雨刮模块，为前组合灯设计的前灯模块，为采集发动机信号设计的发动机模块等。专用模块可以紧挨用电器安装，进一步节省导线。 2）通用模块型CAN总线系统由一个集成了仪表的主控模块和若干个硬件上完全一致的执行模块组成。为车辆编写的程序被保存在主控模块中，各执行模块由主控模块来激活并初始化，每个执行模块管理车辆一个区域的信号采集和功率驱动。执行模块上有多个特性不同的通用输入/输出针脚（I/O接口），用于连接客车上多个不同的电器。 因为具有了以上特性，通用模块型CAN总线系统具有以下优点： ①模块数量相对较少，与导线的连接点较少，可靠性高； ②模块的通用性强，安装形式统一，维护方便； ③模块的功能强大，功能配置和功能扩展灵活。 通用模块型CAN总线系统的典型布局是将主控模块布置在司机正前方的仪表板上，仪表台内、顶篷、底盘前部、底盘后部分别布置一个执行模块。 执行模块的输入接口实时采集车辆各种信息，并传输至主控模块。主控模块将执行模块采集到的车辆信息通过仪表上的指针、指示灯、液晶屏、蜂鸣器等向驾驶员表达。驾驶员根据需要操作驾驶区的各种开关。主控模块把接收到的驾驶员开关操作（包括有操作和无操作两种情况）和执行模块采集到的车辆信息进行综合分析，然后向执行模块发出执行指令。执行模块通过输出接口控制各电器的工作。 目前国内市场主流的通用模块型CAN总线品牌有SIEMENS VDO和ACTIA，这两大国外品牌提供的执行模块价格相对较高。4 结束语 CAN总线在客车上的运用为客车电器的发展开拓了广阔的空间。虽然目前模块的高价位是CAN总线应用的一大瓶颈，但是这无法掩盖其诸多优势，也不能阻止其发展。相信随着CAN总线的推广，模块的价格将会很快下降到一个为广大客车用户所乐于接受的程度，客车电器系统将进入CAN总线时代。CAN总线在客车上的实现李 萍,何进文（广西轻工技师学院,南宁 530000）摘 要：浅析客车CAN总线网络系统，优化实施方案。关键词：CAN总线；模块；客车电器；方案优化
汽车CAN通讯总线全面解析
汽车CAN通讯总线全面解析
一起解读CAN通讯总线：
日新月异，随着时代的高速发展，汽车电子技术不断更新， 所以我们要通过不断的学习来提高技术水平。本期我们一起解读汽车CAN通讯总线，从CAN的由来、原理、设计、应用以及维修，一篇文章全方面解析读懂CAN通讯！
CAN通讯总线的由来
由于消费者对于汽车功能的要求越来越多,而这些功能的实现大多是基于电子操作的,这就使得电子装置之间的通讯越来越复杂,同时意味着需要更多的连接信号线。提出CAN总线的最初动机就是为了解决现代汽车中庞大的电子控制装置之间的通讯,减少不断增加的信号线。
CAN通讯的起源
1983年首先由德国的博世BOSCH公司设计了CAN数据总线，越来越多的车辆采用了CAN数据总线，使车上的各个电脑可以被挂接在该总线上都能进行数据交流，形成车载网络系统。
“什么是CAN总线？”
汽车不管有多少块电控单元，不管信息容量有多大，每块电控单元都只需引出两条线共同接在两个节点上，这两条导线就称作数据总线，亦称BUS线。整个网络则称CAN，CAN是Controller Area
Network(控制单元区域网络)的缩写，意思是控制单元通过网络交换数据。
CAN-BUS总线形象介绍：
公交车:
车辆通讯CAN总线：
作一个比喻：
总线系统又称作CAN-BUS，其实也是因为它的工作原理与运行中的公共汽车很类似。其中每个站点相当于一个控制单元，而行驶路线则是CAN总线，CAN总线上传递的是数据，而公共汽车上承载的是乘客。某个控制单元接收到负责向它发送数据的传感器的信息后，经过分析处理会采取相应措施，并将此信息发送到总线系统上。这样此信息会在总线系统上进行传递，每个与总线系统连接的控制单元都会接收到此信息，如果此信息对自己有用则会存储下来，如果对其无用，则会进行忽略。
CAN总线的通讯原理：
第一种『每项信息都通过各自独立的数据线进行交换』
目前在车辆上应用的信息传递形式有两种。第一种是每项信息都通过各自独立的数据线进行交换。比如两个控制单元间有5种信息需要传递，那么则需要5根独立的数据线。也就是说信息的种类越多，数据线的数量和控制单元的针脚数也会相应增加。这些复杂繁多的线束无疑会增加车身重量，也为整车的布线带来一定困难。
汽车通信协议
汽车通信协议
汽车通信协议是指用于汽车之间或汽车与外部设备之间进行数据通信的一种标准协议。随着智能化和自动化的发展，汽车通信协议对于提高驾驶安全、提升车辆性能和提供更好的用户体验至关重要。
在汽车通信协议中，最重要的是车载网络系统。车载网络系统连接了车辆内部的各个电子控制单元（ECU），并提供了数据传输和控制功能。目前，主流的汽车通信协议主要有Controller Area Network（CAN）、Local Interconnect Network（LIN）和FlexRay。CAN是一种广泛采用的汽车通信协议，用于传输大量的实时数据。LIN主要用于传输低速数据，如舒适性和控制系统数据。FlexRay则是一种高速、实时的通信协议，用于传输故障检测和控制系统数据。
除了车载网络系统，汽车通信协议还包括与外部设备进行数据通信的协议。例如，汽车与智能手机之间可以通过蓝牙进行通信，这使得驾驶者可以通过手机控制车辆的音频系统、导航系统等。此外，汽车与互联网之间的通信也成为了现代汽车的一个重要特点。通过与互联网的连接，汽车可以获取实时的交通信息、天气信息等，并进行远程控制和诊断。
对于汽车通信协议的开发和应用，有几个关键的挑战需要克服。首先是安全性。汽车通信协议在传输车辆数据的同时，必须确保数据的机密性和完整性，以防止黑客攻击和数据篡改。其次是可靠性。汽车通信协议必须能够在不同环境和条件下稳定工作，以保证数据的及时传输和正确处理。此外，还需要考虑不同汽车厂商和不同车型之间的兼容性，以便实现跨厂商和跨车型的数据交换和控制。
在未来，随着智能交通和自动驾驶技术的发展，汽车通信协议将继续演变和完善。例如，5G通信技术的普及和应用，将使车辆之间和车辆与基础设施之间的通信更加可靠和高效。此外，车辆之间的协作和共享数据也将成为汽车通信协议的一个重要发展方向。
总之，汽车通信协议对于实现智能化和自动化的汽车技术非常重要。通过规范和统一的数据通信协议，车辆可以实现各种功能，提高驾驶安全性和车辆性能，并为用户提供更好的驾驶体验。未来的发展将进一步推动汽车通信协议的创新和应用。