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總線技術(shù)及應(yīng)用 CAN數(shù)據(jù)總線 CANBUS 第4講 CAN通信技術(shù)概述 CAN ControllerAreaNetwork 即控制器局域網(wǎng)絡(luò) 由于其高性能 高可靠性 及獨(dú)特的設(shè)計(jì) CAN越來(lái)越受到人們的重視 國(guó)外已有許多大公司的產(chǎn)品采用了這一技術(shù) CAN最初是由德國(guó)的BOSCH公司為汽車(chē)監(jiān)測(cè) 控制系統(tǒng)而設(shè)計(jì)的 現(xiàn)代汽車(chē)越來(lái)越多地采用電子裝置控制 如發(fā)動(dòng)機(jī)的定時(shí) 注油控制 加速 剎車(chē)控制 ASC 及復(fù)雜的抗鎖定剎車(chē)系統(tǒng) ABS 等 由于這些控制需檢測(cè)及交換大量數(shù)據(jù) 采用硬接信號(hào)線的方式不但煩瑣 昂貴 而且難以解決問(wèn)題 采用CAN總線上述問(wèn)題便得到很好地解決 1993年CAN成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO11898 高速應(yīng)用 和ISO11519 低速應(yīng)用 CAN的規(guī)范從CAN1 2規(guī)范 標(biāo)準(zhǔn)格式 發(fā)展為兼容CAN1 2規(guī)范的CAN2 0規(guī)范 CAN2 0A為標(biāo)準(zhǔn)格式 CAN2 0B為擴(kuò)展格式 目前應(yīng)用的CAN器件大多符合CAN2 0規(guī)范 CAN總線特點(diǎn) 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(duì)通信數(shù)據(jù)的成幀處理 包括位填充 數(shù)據(jù)塊編碼 循環(huán)冗余檢驗(yàn) 優(yōu)先級(jí)判別等項(xiàng)工作 CAN總線特點(diǎn)如下 1 可以多主方式工作 網(wǎng)絡(luò)上任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)均可以在任意時(shí)刻主動(dòng)地向網(wǎng)絡(luò)上的其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息 而不分主從 通信方式靈活 2 網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn) 信息 可分成不同的優(yōu)先級(jí) 可以滿(mǎn)足不同的實(shí)時(shí)要求 3 采用非破壞性位仲裁總線結(jié)構(gòu)機(jī)制 當(dāng)兩個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)向網(wǎng)絡(luò)上傳送信息時(shí) 優(yōu)先級(jí)低的節(jié)點(diǎn)主動(dòng)停止數(shù)據(jù)發(fā)送 而優(yōu)先級(jí)高的節(jié)點(diǎn)可不受影響地繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù) 4 可以點(diǎn)對(duì)點(diǎn) 一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn) 成組 及全局廣播幾種傳送方式接收數(shù)據(jù) 5 直接通信距離最遠(yuǎn)可達(dá)10km 速率5Kbps以下 6 通信速率最高可達(dá)1MB s 此時(shí)距離最長(zhǎng)40m 7 節(jié)點(diǎn)數(shù)實(shí)際可達(dá)110個(gè) 8 采用短幀結(jié)構(gòu) 每一幀的有效字節(jié)數(shù)為8個(gè) 9 每幀信息都有CRC校驗(yàn)及其他檢錯(cuò)措施 數(shù)據(jù)出錯(cuò)率極低 10 通信介質(zhì)可采用雙絞線 同軸電纜和光導(dǎo)纖維 一般采用廉價(jià)的雙絞線即可 無(wú)特殊要求 11 節(jié)點(diǎn)在錯(cuò)誤嚴(yán)重的情況下 具有自動(dòng)關(guān)閉總線的功能 切斷它與總線的聯(lián)系 以使總線上的其他操作不受影響 CAN的發(fā)展背景及其應(yīng)用情況 CAN的起源現(xiàn)代社會(huì)對(duì)汽車(chē)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(chē)設(shè)計(jì)中運(yùn)用微處理器及其電控技術(shù)是滿(mǎn)足這些要求的最好方法 而且已經(jīng)得到了廣泛的運(yùn)用 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 汽車(chē)電子技術(shù)發(fā)展的特點(diǎn) 汽車(chē)電子控制技術(shù)從單一的控制逐步發(fā)展到綜合控制 如點(diǎn)火時(shí)刻 燃油噴射 怠速控制 排氣再循環(huán) 電子技術(shù)從發(fā)動(dòng)機(jī)控制擴(kuò)展到汽車(chē)的各個(gè)組成部分 如制動(dòng)防抱死系統(tǒng) 自動(dòng)變速系統(tǒng) 信息顯示系統(tǒng)等 從汽車(chē)本身到融入外部社會(huì)環(huán)境 現(xiàn)代汽車(chē)電子技術(shù)的分類(lèi) 單獨(dú)控制系統(tǒng) 由一個(gè)電子控制單元 ECU 控制一個(gè)工作裝置或系統(tǒng)的電子控制系統(tǒng) 如發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng) 自動(dòng)變速器等 集中控制系統(tǒng) 由一個(gè)電子控制單元 ECU 同時(shí)控制多個(gè)工作裝置或系統(tǒng)的電子控制系統(tǒng) 如汽車(chē)底盤(pán)控制系統(tǒng) 控制器局域網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) CAN總線系統(tǒng) 由多個(gè)電子控制單元 ECU 同時(shí)控制多個(gè)工作裝置或系統(tǒng) 各控制單元 ECU 的共用信息通過(guò)總線互相傳遞 帶有中央控制單元的車(chē) 帶有三個(gè)中央控制單元的車(chē) 帶有三個(gè)中央控制單元和總線系統(tǒng)的車(chē) 帶有三個(gè)中央控制單元的CAN驅(qū)動(dòng)網(wǎng)絡(luò) 車(chē)用網(wǎng)絡(luò)發(fā)展原因 電子技術(shù)發(fā)展 線束增加線控系統(tǒng) X BY WIRE 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的廣泛應(yīng)用智能交通系統(tǒng)的應(yīng)用 汽車(chē)發(fā)展帶來(lái)的問(wèn)題 1 汽車(chē)電子技術(shù)的發(fā)展 汽車(chē)上電子裝置越來(lái)越多 汽車(chē)的整體布置空間縮小 2 傳統(tǒng)電器設(shè)備多為點(diǎn)到點(diǎn)通信 導(dǎo)致了龐大的線束 3 大量的連接器導(dǎo)致可靠性降低 粗大的線束與汽車(chē)中有限的可用空間之間的矛盾越來(lái)越尖銳 電纜的體積 可靠性和重量成為越來(lái)越突出的問(wèn)題 而且也成為汽車(chē)輕量化和進(jìn)一步電子化的最大障礙 汽車(chē)的制造和安裝也變得非常困難 4 存在冗余的傳感器 Volvo汽車(chē)近三十年來(lái)線束增長(zhǎng)的情況 車(chē)用網(wǎng)絡(luò) 通過(guò)總線將汽車(chē)上的各種電子裝置與設(shè)備連成一個(gè)網(wǎng)絡(luò) 實(shí)現(xiàn)相互之間的信息共享 既減少了線束 又可更好地控制和協(xié)調(diào)汽車(chē)的各個(gè)系統(tǒng) 使汽車(chē)性能達(dá)到最佳 汽車(chē)網(wǎng)絡(luò)化的優(yōu)點(diǎn) 布線簡(jiǎn)單 設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化 節(jié)約銅材 降低成本 可靠性提高 可維護(hù)性大為提高實(shí)現(xiàn)信息共享 提高汽車(chē)性能滿(mǎn)足現(xiàn)代汽車(chē)電子設(shè)備種類(lèi)功能越來(lái)越多的要求總之 使用汽車(chē)網(wǎng)絡(luò)不僅可以減少線束 而且能夠提高各控制系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性 減少冗余的傳感器及相應(yīng)的軟硬件配置 實(shí)現(xiàn)各子系統(tǒng)之間的資源共享 便于集中實(shí)現(xiàn)各子系統(tǒng)的在線故障診斷 Canbus的發(fā)展歷史 大眾公司首次在97年P(guān)ASSAT的舒適系統(tǒng)上采用了傳送速率為62 5Kbit m的Canbus 98年在PASSAT和GOLF的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)上增加了Canbus 傳送速率為500Kbit m 2000年 大眾公司在PASSAT和GOLF采用了帶有網(wǎng)關(guān)的第二代Canbus 2001年 大眾公司提高了Canbus的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) 將舒適系統(tǒng)Canbus提高到100Kbit m 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)提高到500Kbit m 2002年 大眾集團(tuán)在新PQ24平臺(tái)上使用帶有車(chē)載網(wǎng)絡(luò)控制單元的第三代Canbus 2003年 大眾集團(tuán)在新PQ35平臺(tái)上使用五重結(jié)構(gòu)的Canbus系統(tǒng) 并且出現(xiàn)了單線的LIN BUS 20世紀(jì)80年代 Bosch的工程人員開(kāi)始研究用于汽車(chē)的串行總線系統(tǒng) 因?yàn)楫?dāng)時(shí)還沒(méi)有一個(gè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議能完全滿(mǎn)足汽車(chē)工程的要求 參加研究的還有Mercedes Benz公司 Intel公司 還有德國(guó)兩所大學(xué)的教授 1986年 Bosch在SAE 汽車(chē)工程人員協(xié)會(huì) 大會(huì)上提出了CAN 1987年 INTEL就推出了第一片CAN控制芯片 82526 隨后Philips半導(dǎo)體推出了82C200 1993年 CAN的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO11898公布從此CAN協(xié)議被廣泛的用于各類(lèi)自動(dòng)化控制領(lǐng)域 CAN技術(shù)的發(fā)展 1992年 CIA CANinAutomation 用戶(hù)組織成立 之后制定了第一個(gè)CAN應(yīng)用層 CAL 1994年開(kāi)始有了國(guó)際CAN學(xué)術(shù)年會(huì) ICC 1994年美國(guó)汽車(chē)工程師協(xié)會(huì)以CAN為基礎(chǔ)制定了SAEJ1939標(biāo)準(zhǔn) 用于卡車(chē)和巴士控制和通信網(wǎng)絡(luò) 到今天 幾乎每一輛歐洲生產(chǎn)的轎車(chē)上都有CAN 高級(jí)客車(chē)上有兩套CAN 通過(guò)網(wǎng)關(guān)互聯(lián) 1999年一年就有近6千萬(wàn)個(gè)CAN控制器投入使用 2000年銷(xiāo)售1億多CAN的芯片 2001年用在汽車(chē)上的CAN節(jié)點(diǎn)數(shù)目超過(guò)1億個(gè) 但是轎車(chē)上基于CAN的控制網(wǎng)絡(luò)至今仍是各大公司自成系統(tǒng) 沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn) 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 任何組織或個(gè)人都可以從DeviceNet供貨商協(xié)會(huì) ODVA 獲得DeviceNet規(guī)范 購(gòu)買(mǎi)者將得到無(wú)限制的 真正免費(fèi)的開(kāi)發(fā)DeviceNet產(chǎn)品的授權(quán) DeviceNet自2002年被確立為中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)以來(lái) 已在冶金 電力 水處理 乳品飲料 煙草 水泥 石化 礦山等各個(gè)行業(yè)得到成功應(yīng)用 其低成本和高可靠性已經(jīng)得到廣泛認(rèn)同 基于CAN總線的汽車(chē)電器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 目前汽車(chē)上的網(wǎng)絡(luò)連接方式主要采用2條CAN 一條用于驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的高速CAN 速率達(dá)到500kb s 主要面向?qū)崟r(shí)性要求較高的控制單元 如發(fā)動(dòng)機(jī) 電動(dòng)機(jī)等另一條用于車(chē)身系統(tǒng)的低速CAN 速率是100kb s 主要是針對(duì)車(chē)身控制的 如車(chē)燈 車(chē)門(mén) 車(chē)窗等信號(hào)的采集以及反饋 其特征是信號(hào)多但實(shí)時(shí)性要求低 因此實(shí)現(xiàn)成本要求低 CAN總線布置 結(jié)構(gòu)和基本特點(diǎn) CAN總線系統(tǒng)上并聯(lián)有多個(gè)元件 這就要求整個(gè)系統(tǒng)的布置滿(mǎn)足以下要求 可靠性高 傳輸故障 不論是由內(nèi)部還是外部引起的 應(yīng)能準(zhǔn)確識(shí)別出來(lái) 使用方便 如果某一控制單元出現(xiàn)故障 其余系統(tǒng)應(yīng)盡可能保持原有功能 以便進(jìn)行信息交換 數(shù)據(jù)密度大 所有控制單元在任一瞬時(shí)的信息狀態(tài)均相同 這樣就使得兩控制單元之間不會(huì)有數(shù)據(jù)偏差 如果系統(tǒng)的某一處有故障 那么總線上所有連接的元件都會(huì)得到通知 數(shù)據(jù)傳輸快 連成網(wǎng)絡(luò)的各元件之間的數(shù)據(jù)交換速率必須很快 這樣才能滿(mǎn)足實(shí)時(shí)要求 CAN總線布置 結(jié)構(gòu)和基本特點(diǎn) 考慮到信號(hào)的重復(fù)率及產(chǎn)生出的數(shù)據(jù)量 CAN總線系統(tǒng)分為三個(gè)專(zhuān)門(mén)的系統(tǒng) CAN驅(qū)動(dòng)總線 高速 500Kbit s 可基本滿(mǎn)足實(shí)時(shí)要求 CAN舒適總線 低速 100Kbit s 用于對(duì)時(shí)間要求不高的情況 CAN infotainment 總線 低速 100Kbit s 用于對(duì)時(shí)間要求不高的情況 CAN BUS系統(tǒng)組成 CAN收發(fā)器 安裝在控制器內(nèi)部 同時(shí)兼具接受和發(fā)送的功能 將控制器傳來(lái)的數(shù)據(jù)化為電信號(hào)并將其送入數(shù)據(jù)傳輸線 數(shù)據(jù)傳輸終端 是一個(gè)電阻 防止數(shù)據(jù)在線端被反射 以回聲的形式返回 影響數(shù)據(jù)的傳輸 數(shù)據(jù)傳輸線 雙向數(shù)據(jù)線 由高低雙絞線組成 Canbus上的控制器中發(fā)送信息的線路通過(guò)一個(gè)開(kāi)路集電極和總線相連 Canbus的收發(fā)器如圖所示 使用一個(gè)電路進(jìn)行控制 這樣也就是說(shuō)控制單元在某一時(shí)間段只能進(jìn)行發(fā)送或接受一項(xiàng)功能 邏輯 1 所有控制器的開(kāi)關(guān)斷開(kāi) 總線電平為5Vor3 5V Canbus未通訊 邏輯 0 某一控制器閉合 總線電平為0伏 Canbus進(jìn)行通訊 Canbus的收發(fā)器 因此總線導(dǎo)線上就會(huì)出現(xiàn)兩種狀態(tài) 狀態(tài)1 截止?fàn)顟B(tài) 晶體管截止 開(kāi)關(guān)未接合 無(wú)源 總線電平 1 電阻高 狀態(tài)0 接通狀態(tài) 晶體管導(dǎo)通 開(kāi)關(guān)已接合 有源 總線電平 0 電阻低 2個(gè)以上控制器所組成的Canbus系統(tǒng)當(dāng)用2個(gè)以上的控制器連接在Canbus總線上 如圖所示 用邏輯1來(lái)表示斷開(kāi)和用邏輯0表示閉合 不考慮其他總線規(guī)則情況下 總線會(huì)出現(xiàn)下圖的情況 1 任何開(kāi)關(guān)閉合 總線上的電壓為0伏2 所有開(kāi)關(guān)斷開(kāi) 總線上的電壓為5伏 因此 1 只要任何一個(gè)控制器激活 則總線激活2 所有控制器關(guān)閉 總線處于未激活狀態(tài)激活的總線稱(chēng)為顯性電平 未激活的總線電平稱(chēng)為隱形電平 功能 CAN構(gòu)件通過(guò)RX 線來(lái)檢查總線是否有源 是否正在交換別的信息 必要時(shí)會(huì)等待 直至總線空閑下來(lái)為止 某一時(shí)間段內(nèi)的電平1 無(wú)源 如果總線空閑下來(lái) 發(fā)動(dòng)機(jī)信息就會(huì)被發(fā)送出去 Canbus采用雙絞線自身校驗(yàn)的結(jié)構(gòu) 既可以防止電磁干擾對(duì)傳輸信息的影響 也可以防止本身對(duì)外界的干擾 系統(tǒng)中采用高低電平兩根數(shù)據(jù)線 控制器輸出的信號(hào)同時(shí)向兩根通訊線發(fā)送 高低電平互為鏡像 并且每一個(gè)控制器都增加了終端電阻 已減少數(shù)據(jù)傳送時(shí)的過(guò)調(diào)效應(yīng) 基本構(gòu)造 原則上CAN總線用一條導(dǎo)線就足以滿(mǎn)足功能要求了 但該總線系統(tǒng)上還是配備了第二條導(dǎo)線 在這個(gè)第二條導(dǎo)線上 信號(hào)是按相反順序傳送的 這樣可有效抑制外部干擾 CAN導(dǎo)線的特點(diǎn) 各個(gè)CAN系統(tǒng)的所有控制單元都并聯(lián)在CAN數(shù)據(jù)總線上 CAN數(shù)據(jù)總線的兩條導(dǎo)線分別叫CAN High和CAN Low線 兩條扭絞在一起的導(dǎo)線稱(chēng)為雙絞線 雙絞線 CAN High和CAN Low線 CAN驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)總線 控制單元之間的數(shù)據(jù)交換就是通過(guò)這兩條導(dǎo)線來(lái)完成的 這些數(shù)據(jù)可能是發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 油箱油面高度及車(chē)速等 為了清楚起見(jiàn)CAN導(dǎo)線分別用單顏色來(lái)表示CAN High線總是黃色 CAN Low 線總是綠色 由于汽車(chē)不同控制器對(duì)CAN總線的性能要求不同 因此最新版本的CAN總線系統(tǒng)人為設(shè)定為5個(gè)不同的區(qū)域 分別為驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 舒適系統(tǒng) 信息系統(tǒng) 多功能儀表 診斷總線等5個(gè)局域網(wǎng) 其速率分別為 Kbit s 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 由15號(hào)線激活 500 舒適系統(tǒng) 由30號(hào)線激活 100信息系統(tǒng) 由30號(hào)線激活 100 診斷系統(tǒng) 由30號(hào)線激活 500儀表系統(tǒng) 由15號(hào)線激活 100 Lin 20最大承載 1000 基本構(gòu)造 基本構(gòu)造 網(wǎng)關(guān)由于不同區(qū)域Canbus總線的速率和識(shí)別代號(hào)不同 因此一個(gè)信號(hào)要從一個(gè)總線進(jìn)入到另一個(gè)總線區(qū)域 必須把它的識(shí)別信號(hào)和速率進(jìn)行改變 能夠讓另一個(gè)系統(tǒng)接受 這個(gè)任務(wù)由網(wǎng)關(guān) Gateway 來(lái)完成 另外 網(wǎng)關(guān)還具有改變信息優(yōu)先級(jí)的功能 如車(chē)輛發(fā)生相撞事故 氣囊控制單元會(huì)發(fā)出負(fù)加速度傳感器的信號(hào) 這個(gè)信號(hào)的優(yōu)先級(jí)在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是非常高 但轉(zhuǎn)到舒適系統(tǒng)后 網(wǎng)關(guān)調(diào)低了它的優(yōu)先級(jí) 因?yàn)樗谑孢m系統(tǒng)功能只是打開(kāi)門(mén)和燈 基本構(gòu)造 診斷總線診斷總線是用于診斷儀器和相應(yīng)控制單元之間的信息交換 它被用來(lái)代替原來(lái)的K線或者L線的功能 廢氣處理控制器除外 診斷總線目前只能在VAS5051和VAS5052下工作 而不能適用于原來(lái)的診斷工具 如1552等 診斷總線通過(guò)網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)接到相應(yīng)的CANBUS上 然后再連接相應(yīng)的控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換 隨著診斷總線的使用 大眾集團(tuán)將逐步淘汰控制器上的K線存儲(chǔ)器 而采用CAN線作為診斷儀器和控制器之間的信息連接線 我們稱(chēng)之為虛擬K線 針腳號(hào)對(duì)應(yīng)的線束115號(hào)線4接地5接地6CANBUS 高 7k線14CANBUS 低 15L線1630號(hào)線注 未標(biāo)明的針腳號(hào)暫未使用 基本構(gòu)造 當(dāng)車(chē)輛使用診斷CANBUS總線結(jié)構(gòu)后 VAS5051等診斷儀器必須使用相對(duì)應(yīng)的新型診斷線 VAS5051 5A或VAS5051 6A 否則無(wú)法讀出相應(yīng)的診斷信息 另外 車(chē)上的診斷接口也作出了相應(yīng)的改動(dòng) 具體信息看如下圖表 注 5051儀器的版本號(hào)必須大于3 0以上才能使用診斷CANBUS總線 新型診斷線能夠適用于舊型診斷接口 CAN總線 CAN總線是車(chē)內(nèi)電子裝置中的一個(gè)獨(dú)立系統(tǒng) 它就是數(shù)據(jù)線 用于在連接的控制單元之間進(jìn)行信息交換 由于自身的布置和結(jié)構(gòu)特點(diǎn) CAN總線工作時(shí)的可靠性很高 如果CAN總線系統(tǒng)出現(xiàn)故障 故障就會(huì)存入相應(yīng)的控制單元故障存儲(chǔ)器內(nèi) 可以用診斷儀讀出這些故障 控制單元擁有自診斷功能 我們通過(guò)自診斷功能還可識(shí)別出與CAN總線相關(guān)的故障 用診斷儀 如VAS5051 5052 讀出CAN總線故障記錄后 既可按這些信息準(zhǔn)確地查尋故障 控制單元內(nèi)的故障記錄用于初步確定故障 還可用于讀出排除故障后的無(wú)故障說(shuō)明 如果想要更新故障顯示內(nèi)容 須重新起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī) CAN總線正常的一個(gè)重要前提條件是 車(chē)在任何工況均不應(yīng)有CAN總線故障記錄 為了能夠確定及排除故障 就需要了解CAN總線上的數(shù)據(jù)交換基本原理 CAN總線數(shù)據(jù)交換基本原理 不同的數(shù)據(jù)傳遞 以CAN驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)總線為例 1 提高數(shù)據(jù)傳遞的可靠性 為了提高數(shù)據(jù)傳遞的可靠性 CAN數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)的兩條導(dǎo)線 雙絞線 分別用于不同的數(shù)據(jù)傳送 這兩條線分別稱(chēng)為CAN High線和CAN Low線 2 在顯性狀態(tài)和隱性狀態(tài)之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換時(shí)CAN導(dǎo)線上的電壓變化 在靜止?fàn)顟B(tài)時(shí) 這兩條導(dǎo)線上作用有相同預(yù)先設(shè)定值 該值稱(chēng)為靜電平 對(duì)于CAN驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)總線來(lái)說(shuō) 這個(gè)值大約為2 5V 靜電平也稱(chēng)為隱性狀態(tài) 因?yàn)檫B接的所有控制單元均可修改它 在顯性狀態(tài)時(shí) CAN High線上的電壓值會(huì)升高一個(gè)預(yù)定值 對(duì)CAN驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)總線來(lái)說(shuō) 這個(gè)值至少為1V 而CAN Low線上的電壓值會(huì)降低一個(gè)同樣值 對(duì)CAN驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)總線來(lái)說(shuō) 這個(gè)值至少為1V 于是在CAN驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)總線上 CAN High線就處于激活狀態(tài) 其電壓不低于3 5 2 5V 1V 3 5V 而CAN Low線上的電壓值最多可降至1 5V 2 5V 1V 1 5V 因此在隱性狀態(tài)時(shí) CAN High線與CAN Low線上的電壓差為0V 在顯性狀態(tài)時(shí)該差值最低為2V 3 CAN數(shù)據(jù)總線上的信號(hào)變化 以CAN驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)總線為例 4 收發(fā)器內(nèi)的CAN High線和CAN Low線上的信號(hào)轉(zhuǎn)換 控制單元是通過(guò)收發(fā)器聯(lián)接到CAN驅(qū)動(dòng)總線上的 在這個(gè)收發(fā)器內(nèi)有一個(gè)接收器 該接收器是安裝在接收一側(cè)的差動(dòng)信號(hào)放大器 差動(dòng)信號(hào)放大器用于處理來(lái)自CAN High線和CAN Low線的信號(hào) 除此以外還負(fù)責(zé)將轉(zhuǎn)換后的信號(hào)傳至控制單元的CAN接收區(qū) 這個(gè)轉(zhuǎn)換后的信號(hào)稱(chēng)為差動(dòng)信號(hào)放大器的輸出電壓 差動(dòng)信號(hào)放大器用CAN High線上的電壓 UCAN High 減去CAN Low線上的電壓 UCAN Low 就得出了輸出電壓 用這種方法可以消除靜電平 對(duì)于CAN驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)總線來(lái)說(shuō)是2 5V 或其它任何重疊的電壓 5 CAN驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)總線差動(dòng)信號(hào)放大器內(nèi)的信號(hào)轉(zhuǎn)換 收發(fā)器的差動(dòng)信號(hào)放大器在處理信號(hào)時(shí) 會(huì)用CAN High 線上作用的電壓減去CAN Low 線上作用的電壓 6 CAN驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)總線差動(dòng)信號(hào)放大器內(nèi)的干擾過(guò)濾 由于數(shù)據(jù)總線也要布置在發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi) 所以數(shù)據(jù)總線就要遭受各種干擾 在保養(yǎng)時(shí)要考慮對(duì)地短路和蓄電池電壓 點(diǎn)火裝置的火花放電和靜態(tài)放電 在該圖的上部可清楚地看到這種傳遞的效果 由于CAN High線和CAN Low線是扭絞在一起的 雙絞線 所以干擾脈沖X就總是有規(guī)律地作用在兩條線上 由于差動(dòng)信號(hào)放大器總是用CAN High線上的電壓 3 5V X 減去CAN Low線上的電壓 1 5V X 因此在經(jīng)過(guò)處理后 差動(dòng)信號(hào)中就不再有干擾脈沖了 3 5V X 1 5V X 2V 7 信號(hào)電平 控制單元信號(hào)在收發(fā)器內(nèi)的放大 收發(fā)器發(fā)送一側(cè)的任務(wù)是將控制單元內(nèi)的CAN控制器的較弱信號(hào)放大 使之達(dá)到CAN導(dǎo)線上的信號(hào)電平和控制單元輸入端的信號(hào)電平 聯(lián)接在CAN數(shù)據(jù)總線上的控制單元的作用就像是CAN導(dǎo)線上的一個(gè)負(fù)載電阻 因?yàn)檠b有電子元件 這個(gè)負(fù)載電阻取決于聯(lián)接的控制單元數(shù)量和其電阻 收發(fā)器將CAN信號(hào)輸送到CAN數(shù)據(jù)總線的兩條導(dǎo)線上 相應(yīng)地在CAN High線上的電壓就升高 而在CAN Low線上的電壓就降低一個(gè)同樣大小的值 對(duì)于驅(qū)動(dòng)CAN數(shù)據(jù)總線來(lái)說(shuō) 一條導(dǎo)線上的電壓改變值不低于1V 對(duì)于CAN舒適 Infotainment總線來(lái)說(shuō) 這個(gè)值不低于3 6V 8 CAN驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)總線的特點(diǎn) CAN驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)總線的速率為500kBit s 用于將CAN驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)總線方面的控制單元聯(lián)成網(wǎng)絡(luò) CAN驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)總線控制單元有 發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元 ABS 控制單元 ESP 控制單元 變速器控制單元 安全氣囊控制單元 組合儀表 CAN驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)總線由15號(hào)接線柱 點(diǎn)火開(kāi)關(guān) 接通 短時(shí)工作后 又完全關(guān)閉 CAN驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)總線上的信號(hào)變化 下面圖中所示的是一個(gè)真實(shí)的CAN 電報(bào)變化圖 它由一個(gè)收發(fā)器產(chǎn)生 并由VAS5051的數(shù)字存儲(chǔ)式示波器 DSO 接收下來(lái) 兩個(gè)電平之間的疊加信號(hào)變化表示2 5V的隱性電平 CAN High線上的顯性電壓約為3 5V CAN Low線約為1 5V CAN舒適 Infotainment數(shù)據(jù)總線的特點(diǎn) CAN舒適 Infotainment數(shù)據(jù)總線的速率為100kBit s 用于將CAN舒適總線和CANInfotainment總線方面的控制單元聯(lián)成網(wǎng) CAN舒適 Infotainment數(shù)據(jù)總線控制單元有 全自動(dòng)空調(diào) 空調(diào)控制單元 車(chē)門(mén)控制單元 舒適控制單元 收音機(jī)和導(dǎo)航顯示單元控制單元 控制單元通過(guò)CAN驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)總線的CAN High線和CAN Low線來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換 如車(chē)門(mén)開(kāi) 關(guān) 車(chē)內(nèi)燈開(kāi) 關(guān) 車(chē)輛位置 GPS 等等 由于使用同樣的脈沖頻率 所以CAN舒適數(shù)據(jù)總線和CANInfotainment總線可以共同使用一對(duì)導(dǎo)線 當(dāng)然前提條件是相應(yīng)的車(chē)上有這兩種數(shù)據(jù)總線 如GolfIVundPoloMJ2002 舒適系統(tǒng)的信號(hào)圖 舒適系統(tǒng)的Canbus信號(hào)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有很大區(qū)別 Can High的高電平為 3 6伏Can High的低電平為 0伏Can Low的高電平為 5伏Can low的低電平為 1 4伏邏輯 1 Can high 3 6VCan low 1 4V邏輯 0 Can high 0VCan low 5V 1 CAN舒適 Infotainment數(shù)據(jù)總線的差動(dòng)數(shù)據(jù)傳遞 為了使低速CAN抗干擾性強(qiáng)且電流消耗低 與CAN驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)總線相比就需做一些改動(dòng) 首先 由于使用了單獨(dú)的驅(qū)動(dòng)器 功率放大器 這兩個(gè)CAN信號(hào)就不再有彼此依賴(lài)的關(guān)系了 與CAN驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)總線不同 CAN舒適 Infotainment數(shù)據(jù)總線的CAN High線和CAN Low線不是通過(guò)電阻相連的 也就是說(shuō) CAN High線和CAN Low線不再彼此相互影響 而是彼此獨(dú)立作為電壓源來(lái)工作 另外還放棄了共同的中壓 在隱性狀態(tài) 靜電平 時(shí) CAN High信號(hào)為0V 在顯性狀態(tài)時(shí) 3 6V 對(duì)于CAN Low信號(hào)來(lái)說(shuō) 隱性電平為5V 顯性電平 1 4V 于是在差頻信號(hào)放大器內(nèi)相減后 隱性電平為 5V 顯性電平為2 2V 那么隱性電平和顯性電平之間的電壓變化 電壓提升 就提高到 7 2V 2 CAN舒適 Infotainment數(shù)據(jù)總線的CAN 收發(fā)器 測(cè)舒適系統(tǒng)高低線的電阻為無(wú)窮大 總系統(tǒng) 通過(guò)網(wǎng)關(guān)將三個(gè)系統(tǒng)聯(lián)成網(wǎng)絡(luò) 由于電壓電平和電阻配置不同 所以在CAN驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)總線和CAN舒適 Infotainment數(shù)據(jù)總線之間無(wú)法進(jìn)行耦合聯(lián)接 另外這兩種數(shù)據(jù)總線的傳輸速率是不同的 這就決定了它們無(wú)法使用不同的信號(hào) 這就需要在這兩個(gè)系統(tǒng)之間能完成一個(gè)轉(zhuǎn)換 這個(gè)轉(zhuǎn)換過(guò)程是通過(guò)所謂的網(wǎng)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)的 根據(jù)車(chē)輛的不同 網(wǎng)關(guān)可能安裝在組合儀表內(nèi) 車(chē)上供電控制單元內(nèi)或在自己的網(wǎng)關(guān)控制單元內(nèi) 由于通過(guò)CAN數(shù)據(jù)總線的所有信息都供網(wǎng)關(guān)使用 所以網(wǎng)關(guān)也用作診斷接口 目前是通過(guò)網(wǎng)關(guān)的K 線來(lái)查詢(xún)?cè)\斷信息 從Touran車(chē)開(kāi)始是通過(guò)CAN數(shù)據(jù)總線診斷線來(lái)完成這個(gè)工作的 可以用火車(chē)站作為例子來(lái)清楚地說(shuō)明網(wǎng)關(guān)的原理 與CAN舒適數(shù)據(jù)總線和CANInfotainment數(shù)據(jù)總線不同 CAN驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)總線不可與CAN舒適數(shù)據(jù)總線或CANInfotainment數(shù)據(jù)總線通過(guò)電氣相連 CAN舒適數(shù)據(jù)總線與CAN舒適 Infotainment數(shù)據(jù)總線是不同的數(shù)據(jù)總線系統(tǒng) 它們之間只能通過(guò)所謂網(wǎng)關(guān)相連 提示 1 2 3 基本術(shù)語(yǔ) CAN的報(bào)文及結(jié)構(gòu) 同步 CAN協(xié)議規(guī)范 CAN協(xié)議規(guī)范 CAN協(xié)議規(guī)范 CAN為串行通訊協(xié)議 能有效地支持具有很高安全等級(jí)的分布實(shí)時(shí)控制 CAN的應(yīng)用范圍很廣 從高速的網(wǎng)絡(luò)到低價(jià)位的多路接線都可以使用CAN 在汽車(chē)電子行業(yè)里 使用CAN連接發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元 傳感器 防剎車(chē)系統(tǒng) 等等 其傳輸速度可達(dá)1Mbit s 同時(shí) 可以將CAN安裝在卡車(chē)本體的電子控制系統(tǒng)里 諸如車(chē)燈組 電氣車(chē)窗等等 用以代替接線配線裝置 技術(shù)規(guī)范的目的是為了在任何兩個(gè)CAN儀器之間建立兼容性 可是 兼容性有不同的方面 比如電氣特性和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的解釋 為了達(dá)到設(shè)計(jì)透明度以及實(shí)現(xiàn)靈活性 根據(jù)ISO OSI參考模型 CAN2 0規(guī)范細(xì)分為以下不同的層次 數(shù)據(jù)鏈路層和物理層 如圖所示 CAN協(xié)議規(guī)范 位編碼 解碼位定時(shí)同步驅(qū)動(dòng)器接收器特性 邏輯鏈路子層LLC接收濾波超載通知恢復(fù)管理 介質(zhì)訪問(wèn)控制子層MAC數(shù)據(jù)包裝 解包幀編碼介質(zhì)訪問(wèn)管理錯(cuò)誤監(jiān)測(cè)出錯(cuò)標(biāo)定應(yīng)答串并轉(zhuǎn)換 數(shù)據(jù)鏈路層 物理層 故障界定 總線故障管理 監(jiān)控器 圖CAN協(xié)議分層結(jié)構(gòu)和功能 CAN協(xié)議規(guī)范 在以前版本的CAN規(guī)范中 數(shù)據(jù)鏈路層的LLC子層和MAC子層的服務(wù)及功能分別被解釋為 對(duì)象層 和 傳輸層 邏輯鏈路控制子層 LLC 的作用范圍如下 為遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)請(qǐng)求以及數(shù)據(jù)傳輸提供服務(wù) 確定由實(shí)際要使用的LLC子層接收哪一個(gè)報(bào)文 為恢復(fù)管理和過(guò)載通知提供手段 MAC子層的作用主要是傳送規(guī)則 也就是控制幀結(jié)構(gòu) 執(zhí)行仲裁 錯(cuò)誤檢測(cè) 出錯(cuò)標(biāo)定 故障界定 位定時(shí)的一些普通功能也可以看作是MAC子層的一部分 物理層的作用是在不同節(jié)點(diǎn)之間根據(jù)所有的電氣屬性進(jìn)行位的實(shí)際傳輸 CAN具有以下的屬性 報(bào)文的優(yōu)先權(quán) 保證延遲時(shí)間 設(shè)置靈活 時(shí)間同步的多點(diǎn)接收 系統(tǒng)內(nèi)數(shù)據(jù)的連貫性 多主機(jī) 錯(cuò)誤檢測(cè)和錯(cuò)誤標(biāo)定 只要總線一處于空閑 就自動(dòng)將破壞的報(bào)文重新傳輸 將節(jié)點(diǎn)的暫時(shí)性錯(cuò)誤和永久性錯(cuò)誤區(qū)分開(kāi)來(lái) 并且可以自動(dòng)關(guān)閉由OSI參考模型分層CAN結(jié)構(gòu)的錯(cuò)誤的節(jié)點(diǎn) CAN協(xié)議規(guī)范 依據(jù)ISO OSI參考模型的層結(jié)構(gòu)具有以下功能 物理層定義信號(hào)是如何實(shí)際地傳輸?shù)?因此涉及到位時(shí)間 位編碼 同步的解釋 技術(shù)規(guī)范沒(méi)有定義物理層的驅(qū)動(dòng)器 接收器特性 以便允許根據(jù)它們的應(yīng)用 對(duì)發(fā)送媒體和信號(hào)電平進(jìn)行優(yōu)化 MAC子層是CAN協(xié)議的核心 它把接收到的報(bào)文提供給LLC子層 并接收來(lái)自LLC子層的報(bào)文 MAC子層負(fù)責(zé)報(bào)文分幀 仲裁 應(yīng)答 錯(cuò)誤檢測(cè)和標(biāo)定 MAC子層也被稱(chēng)作故障界定的管理實(shí)體監(jiān)管 此故障界定為自檢機(jī)制 以便把永久故障和短時(shí)擾動(dòng)區(qū)別開(kāi)來(lái) LLC子層涉及報(bào)文濾波 過(guò)載通知 以及恢復(fù)管理 CAN協(xié)議規(guī)范 1 基本術(shù)語(yǔ) 1 報(bào)文總線上的報(bào)文以不同的固定報(bào)文格式發(fā)送 但長(zhǎng)度受限 當(dāng)總線空閑時(shí)任何連接的單元都可以開(kāi)始發(fā)送新的報(bào)文 2 信息路由 在CAN系統(tǒng)中 一個(gè)CAN節(jié)點(diǎn)不使用有關(guān)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的任何信息 如站地址 包含一些重要概念 系統(tǒng)靈活性 節(jié)點(diǎn)可在不要求所有節(jié)點(diǎn)及其應(yīng)用層改變?nèi)魏诬浖蛴布那闆r下 被接于CAN網(wǎng)絡(luò) 成組 由于采用了報(bào)文濾波 所有節(jié)點(diǎn)均可接收?qǐng)?bào)文 并同時(shí)被相同的報(bào)文激活 數(shù)據(jù)相容性 在CAN網(wǎng)絡(luò)內(nèi) 可以確保報(bào)文同時(shí)被所有節(jié)點(diǎn)或者沒(méi)有節(jié)點(diǎn)接收 因此 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)相容性是借助于成組和出錯(cuò)處理達(dá)到的 1 基本術(shù)語(yǔ) 3 位速率不同的系統(tǒng) CAN的速度不同 在一個(gè)給定的系統(tǒng)里 位速率是唯一的 并且是固定的 4 優(yōu)先權(quán)在總線訪問(wèn)期間 識(shí)別符定義一個(gè)靜態(tài)的報(bào)文優(yōu)先權(quán) 5 遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)請(qǐng)求通過(guò)發(fā)送遠(yuǎn)程幀 需要數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)可以請(qǐng)求另一節(jié)點(diǎn)發(fā)送相應(yīng)的數(shù)據(jù)幀 數(shù)據(jù)幀和相應(yīng)的遠(yuǎn)程幀是由相同的識(shí)別符命名的 1 基本術(shù)語(yǔ) 6 仲裁只要總線空閑 任何單元都可以開(kāi)始發(fā)送報(bào)文 具有較高優(yōu)先權(quán)報(bào)文的單元可以獲得總線訪問(wèn)權(quán) 如果2個(gè)或2個(gè)以上的單元同時(shí)開(kāi)始傳送報(bào)文 那么就會(huì)有總線訪問(wèn)沖突 仲裁的機(jī)制確保了報(bào)文和時(shí)間均不損失 當(dāng)具有相同識(shí)別符的數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀同時(shí)初始化時(shí) 數(shù)據(jù)幀優(yōu)先于遠(yuǎn)程幀 仲裁期間 每一個(gè)發(fā)送器都對(duì)發(fā)送位的電平與被監(jiān)控的總線電平進(jìn)行比較 如果電平相同 則這個(gè)單元可以繼續(xù)發(fā)送 如果發(fā)送的是一 隱性 電平而監(jiān)視的是一 顯性 電平 見(jiàn)總線值 那么單元就失去了仲裁 必須退出發(fā)送狀態(tài) 1 基本術(shù)語(yǔ) 7 錯(cuò)誤檢測(cè)要進(jìn)行檢測(cè)錯(cuò)誤 必須采取以下措施 監(jiān)視 發(fā)送器對(duì)發(fā)送位的電平與被監(jiān)控的總線電平進(jìn)行比較 循環(huán)冗余檢查 位填充 報(bào)文格式檢查 1 基本術(shù)語(yǔ) 8 故障界定CAN節(jié)點(diǎn)能夠把永久故障和短暫擾動(dòng)區(qū)別開(kāi)來(lái) 故障的節(jié)點(diǎn)會(huì)被關(guān)閉 9 總線值總線有二個(gè)互補(bǔ)的邏輯值 顯性 或 隱性 顯性 位和 隱性 位同時(shí)傳送時(shí) 總線的結(jié)果值為 顯性 比如 在總線的 寫(xiě)與 執(zhí)行時(shí) 邏輯0代表 顯性 等級(jí) 邏輯1代表 隱性 等級(jí) 10 應(yīng)答所有的接收器檢查報(bào)文的連貫性 對(duì)于連貫的報(bào)文 接收器應(yīng)答 對(duì)于不連貫的報(bào)文 接收器作出標(biāo)志 2 CAN的報(bào)文及結(jié)構(gòu) CAN信息包格式說(shuō)明 CAN信息包分為兩部分 信息部分和數(shù)據(jù)部分 頭兩個(gè)字節(jié)為信息部分 其前十一位為標(biāo)識(shí)符 標(biāo)識(shí)符中的前八位用作接收判斷 應(yīng)包含本信息包的目的站地址 然后是一位RTR位 應(yīng)設(shè)為0 最后是四位的DLC 數(shù)據(jù)長(zhǎng)度位 即所發(fā)數(shù)據(jù)的實(shí)際長(zhǎng)度 單位 字節(jié) 其余八個(gè)字節(jié)是數(shù)據(jù)部分 存有實(shí)際要發(fā)的數(shù)據(jù) 詳見(jiàn)下圖 2 CAN的報(bào)文及結(jié)構(gòu) 2 CAN的報(bào)文及結(jié)構(gòu) 在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送時(shí) 發(fā)出報(bào)文的單元稱(chēng)為該報(bào)文的發(fā)送器 該單元在總線空閑或丟失仲裁前恒為發(fā)送器 如果一個(gè)單元不是報(bào)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 對(duì)于報(bào)文發(fā)送器和接收器 報(bào)文的實(shí)際有效時(shí)刻是不同的 對(duì)于發(fā)送器而言 如果直到幀結(jié)束末尾一直末出錯(cuò) 則對(duì)于發(fā)送器報(bào)文有效 如果報(bào)文受損 將允許按照優(yōu)先權(quán)順序自動(dòng)重發(fā)送 為了能同其他報(bào)文進(jìn)行總線訪問(wèn)競(jìng)爭(zhēng) 總線一旦空閑 重發(fā)送立即開(kāi)始 對(duì)于接收器而言 如果直到幀結(jié)束的最后一位一直末出錯(cuò) 則對(duì)于接收器報(bào)文有效 2 CAN的報(bào)文及結(jié)構(gòu) 構(gòu)成一幀的幀起始 仲裁場(chǎng) 控制場(chǎng) 數(shù)據(jù)場(chǎng)和CRC序列均借助位填充規(guī)則進(jìn)行編碼 當(dāng)發(fā)送器在發(fā)送的位流中檢測(cè)到5位連續(xù)的相同數(shù)值時(shí) 將自動(dòng)地在實(shí)際發(fā)送的位流中插入一個(gè)補(bǔ)碼位 數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀的其余位場(chǎng)采用固定格式 不進(jìn)行填充 出錯(cuò)幀和超載幀同樣是固定格式 也不進(jìn)行位填充 報(bào)文傳送由4種不同類(lèi)型的幀表示和控制 數(shù)據(jù)幀攜帶數(shù)據(jù)由發(fā)送器至接收器 遠(yuǎn)程幀通過(guò)總線單元發(fā)送 以請(qǐng)求發(fā)送具有相同標(biāo)識(shí)符的數(shù)據(jù)幀 出錯(cuò)幀由檢測(cè)出總線錯(cuò)誤的任何單元發(fā)送 超載幀用于提供當(dāng)前的和后續(xù)的數(shù)據(jù)幀的附加延遲 數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀借助幀間空間與當(dāng)前幀分開(kāi) 3 同步 同步機(jī)制 總線的位同步只有在節(jié)點(diǎn)檢測(cè)到 隱性位 邏輯 到 顯性位 邏輯 的跳變時(shí)才會(huì)產(chǎn)生 當(dāng)跳變沿不位于位周期的同步段之內(nèi)時(shí)將會(huì)產(chǎn)生相位誤差 該相位誤差就是跳變沿與同步段結(jié)束位置之間的距離 如果跳變沿發(fā)生在同步段之后采樣點(diǎn)之前為正的相位誤差 如果跳變沿位于同步段之前采樣點(diǎn)之后為負(fù)的相位誤差 相位誤差源于節(jié)點(diǎn)的振蕩器漂移 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間的傳播延遲以及噪聲干擾等 協(xié)議規(guī)定了兩種類(lèi)型的同步 硬同步和重同步 3 同步 硬同步硬同步只在總線空閑時(shí)通過(guò)一個(gè)下降沿 幀起始 來(lái)完成 此時(shí)不管有沒(méi)有相位誤差 所有節(jié)點(diǎn)的位時(shí)間重新開(kāi)始 強(qiáng)迫引起硬同步的跳變沿位于重新開(kāi)始的位時(shí)間的同步段之內(nèi) 重同步在消息幀的隨后位中 每當(dāng)有從 隱性位 到 顯性位 的跳變 并且該跳變落在了同步段之外 就會(huì)引起一次重同步 重同步機(jī)制可以根據(jù)跳變沿增長(zhǎng)或者縮短位時(shí)間以調(diào)整采樣點(diǎn)的位置 保證正確采樣 協(xié)議的位填充機(jī)制除實(shí)現(xiàn)仲裁場(chǎng) 控制場(chǎng) 數(shù)據(jù)場(chǎng)和 序列的數(shù)據(jù)的透明性外 還增加了從 隱性位 到 顯性位 跳變的機(jī)會(huì) 也就是增多重同步的數(shù)量 提高同步質(zhì)量 1 2 3 CAN通信控制器82C200 SJA1000CAN控制器 PCA82C250CAN收發(fā)器 典型CAN總線器件及應(yīng)用 典型CAN總線器件及其應(yīng)用 4 CANBUS節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)舉例 CAN總線的突出優(yōu)點(diǎn)使其在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用得到迅速發(fā)展 這使得許多器件廠商競(jìng)相推出各種CAN總線器件產(chǎn)品 已逐步形成系列 而豐富廉價(jià)的CAN總線器件又進(jìn)一步促進(jìn)了CAN總線應(yīng)用的迅速推廣 目前 CAN已不僅是應(yīng)用于某些領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場(chǎng)總線 它正在成為微控制器的系統(tǒng)擴(kuò)展及多機(jī)通信接口 下表列出了一些主要的CAN總線產(chǎn)品 這里僅對(duì)典型的芯片加以介紹 4 典型CAN總線器件及其應(yīng)用 1 CAN通信控制器82C200 完成CAN規(guī)范所規(guī)定的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層大部分功能 有微處理器接口 易于連接單片機(jī) 結(jié)構(gòu)分兩種類(lèi)型 獨(dú)立IC或與單片機(jī)集成在一起 82C200 SJA1000 屬于前者 屬于后者的有 PHILIPS的87C591 LPC2119 西門(mén)子的C167C INTEL的80C196CA等 都遵循CAN2 0規(guī)范 掌握其中一種就可觸類(lèi)旁通 1 CAN通信控制器82C200 CAN的通信協(xié)議主要由CAN控制器完成 CAN控制器主要由實(shí)現(xiàn)CAN總線協(xié)議部分和與微控制器接口部分電路組成 對(duì)于不同型號(hào)的CAN總線通信控制器 實(shí)現(xiàn)CAN協(xié)議部分電路的結(jié)構(gòu)和功能大都相同 而與微控制器接口部分的結(jié)構(gòu)及方式存在一些差異 這里主要以PHILIPS82C200為代表對(duì)CAN控制器的結(jié)構(gòu) 功能及應(yīng)用加以介紹 1 CAN通信控制器82C200 1 CAN通信控制器82C200 1 CAN通信控制器82C200 2 SJA1000CAN控制器 SJA1000是一個(gè)獨(dú)立的CAN控制器 它在汽車(chē)和普通的工業(yè)應(yīng)用上有先進(jìn)的特征 適合于多種應(yīng)用特別在系統(tǒng)優(yōu)化診斷和維護(hù)方面非常重要 SJA1000獨(dú)立的CAN控制器有2個(gè)不同的操作模式 1BasicCAN模式 和PCA82C200兼容 BasicCAN模式是上電后默認(rèn)的操作模式 因此用PCA82C200開(kāi)發(fā)的已有硬件和軟件 可以直接在SJA1000上使用而不用作任何修改 2PeliCAN模式 是新的操作模式 它能夠處理所有CAN2 0B規(guī)范的幀類(lèi)型 而且它還提供一些增強(qiáng)功能 使SJA1000能應(yīng)用于更寬的領(lǐng)域 工作模式通過(guò)時(shí)鐘分頻寄存器中的CAN模式位來(lái)選擇 復(fù)位時(shí)默認(rèn)模式是BasicCAN模式 2 SJA1000CAN控制器 CAN控制器SJA1000在系統(tǒng)中的位置 2 SJA1000CAN控制器 1 SJA1000控制器的結(jié)構(gòu) 2 SJA1000CAN控制器 CAN核心模塊 根據(jù)CAN規(guī)范控制CAN幀的發(fā)送和接收 接口管理邏輯 用于連接外部主控制器 SJA1000通過(guò)復(fù)用的地址 數(shù)據(jù)總線 與主控制器聯(lián)系 發(fā)送緩沖器 用于存儲(chǔ)一個(gè)完整的擴(kuò)展的或標(biāo)準(zhǔn)的報(bào)文 當(dāng)主控制器初始發(fā)送時(shí) 接口管理邏輯會(huì)使CAN核心模塊從發(fā)送緩沖器讀CAN報(bào)文 驗(yàn)收濾波器 通過(guò)這個(gè)可編程的濾波器能確定主控制器要接收哪些報(bào)文 接收FIFO 用于存儲(chǔ)所有收到的報(bào)文 儲(chǔ)存報(bào)文的多少由工作模式?jīng)Q定 最多能存儲(chǔ)32個(gè)報(bào)文 3 PCA82C250CAN收發(fā)器 PCA82C250是CAN協(xié)議控制器和物理總線的接口 此器件對(duì)總線提供差動(dòng)發(fā)送能力 對(duì)CAN控制器提供差動(dòng)接收能力 又稱(chēng)為總線驅(qū)動(dòng)器 符合ISO11898標(biāo)準(zhǔn) 最高速率1Mbps 抗汽車(chē)環(huán)境瞬間干擾 具有保護(hù)總線能力 斜率控制 降低射頻干擾RFI 熱保護(hù)以及電源和地短路保護(hù) 低電流待機(jī)模式 未上電的節(jié)點(diǎn)對(duì)總線無(wú)影響 可連接110個(gè)節(jié)點(diǎn) 工作溫度 40 125 3 PCA82C250CAN收發(fā)器 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 雖然短路出現(xiàn)時(shí)功耗增加但不至于損壞器件 若結(jié)溫超過(guò)160 則兩個(gè)輸出端電流限將減小 從而限制了芯片溫升 器件的所有其他部分將繼續(xù)工作 雙線差分驅(qū)動(dòng)有助于抑制汽車(chē)等惡劣電器環(huán)境下的瞬變干擾 4 CANBUS節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)舉例 CANBUS節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)舉例1 網(wǎng)絡(luò)拓樸CAN bus采用總線網(wǎng)絡(luò)拓樸結(jié)構(gòu) 在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上至少需要有2個(gè)CAN bus節(jié)點(diǎn)存在 在總線的2個(gè)終端 各需要安裝1個(gè)120 的終端電阻 如果節(jié)點(diǎn)數(shù)目大于2個(gè) 中間節(jié)點(diǎn)就不要求安裝120 終端電阻 4 CANBUS節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)舉例 雖然每一個(gè)節(jié)點(diǎn)根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)的任務(wù)有各自控制功能 但完成CAN bus信息交換的功能是相同的 CANbus節(jié)點(diǎn)一般由微處理器 CAN控制器 CAN收發(fā)器三部分組成 圖CANbus節(jié)點(diǎn)示意圖 傳送安全性和故障處理 典型故障 1 Can Low斷路 示波儀判斷 典型故障 2 Can high斷路 示波儀判斷 典型故障 3 Can Low與電瓶短接 示波儀判斷 典型故障 4 Can Low與地短接 示波儀判斷 典型故障 5 Can Low與Can high短接 示波儀判斷 典型故障 6 Can Low與Can high交叉連接 示波儀判斷 本講結(jié)束 謝謝