1、CAN CAN 數據總線（數據總線（CAN BUSCAN BUS）第第4講講CANCAN通信技術概述通信技術概述 CAN ( Controller Area Network ) 即控制器局域即控制器局域網絡。由于其高性能、高可靠性、及獨特的設計，網絡。由于其高性能、高可靠性、及獨特的設計，CAN越來越受到人們的重視。國外已有許多大公司的越來越受到人們的重視。國外已有許多大公司的產品采用了這一技術。產品采用了這一技術。 CAN最初是由德國的最初是由德國的BOSCH公司為汽車監測、公司為汽車監測、控制系統而設計的。現代汽車越來越多地采用電子裝控制系統而設計的。現代汽車越來越多地采用電子裝置控制，如

2、發動機的定時、注油控制，加速、剎車控置控制，如發動機的定時、注油控制，加速、剎車控制制(ASC)及復雜的抗鎖定剎車系統及復雜的抗鎖定剎車系統(ABS)等。由于這些等。由于這些控制需檢測及交換大量數據，采用硬接信號線的方式控制需檢測及交換大量數據，采用硬接信號線的方式不但煩瑣、昂貴，而且難以解決問題，采用不但煩瑣、昂貴，而且難以解決問題，采用CAN總線總線上述問題便得到很好地解決。上述問題便得到很好地解決。 1993年年CAN 成為國際標準成為國際標準ISO11898(高速應用高速應用)和和ISO11519（低速應用）。（低速應用）。 CAN的規范從的規范從CAN 1.2 規范規范(標準格式標準

3、格式)發展為兼發展為兼容容CAN 1.2 規范的規范的CAN2.0規范規范(CAN2.0A為標準格為標準格式，式，CAN2.0B為擴展格式為擴展格式)，目前應用的，目前應用的CAN器件大器件大多符合多符合CAN2.0規范。規范。 CANCAN總線特點總線特點 CANCAN總線是一種串行數據通信協議，其通信接口中集成了總線是一種串行數據通信協議，其通信接口中集成了CANCAN協協議的物理層和數據鏈路層功能，可完成對通信數據的成幀處理，包議的物理層和數據鏈路層功能，可完成對通信數據的成幀處理，包括位填充、數據塊編碼、循環冗余檢驗、優先級判別等項工作。括位填充、數據塊編碼、循環冗余檢驗、優先級判別等

4、項工作。 CANCAN總線特點如下：總線特點如下：（1 1）可以多主方式工作，網絡上任意一個節點均可以在任意時刻）可以多主方式工作，網絡上任意一個節點均可以在任意時刻主動地向網絡上的其他節點發送信息，而不分主從，通信方式靈活。主動地向網絡上的其他節點發送信息，而不分主從，通信方式靈活。（2）網絡上的節點（信息）可分成不同的優先級）網絡上的節點（信息）可分成不同的優先級,可以滿足不同的可以滿足不同的實時要求。實時要求。 （3）采用非破壞性位仲裁總線結構機制，當兩個節點同時向網絡）采用非破壞性位仲裁總線結構機制，當兩個節點同時向網絡上傳送信息時，優先級低的節點主動停止數據發送，而優先級高的上傳送信

5、息時，優先級低的節點主動停止數據發送，而優先級高的節點可不受影響地繼續傳輸數據。節點可不受影響地繼續傳輸數據。（4 4）可以點對點、一點對多點（成組）及全局廣播幾種傳送方式）可以點對點、一點對多點（成組）及全局廣播幾種傳送方式接收數據。接收數據。（5 5）直接通信距離最遠可達）直接通信距離最遠可達10km10km（速率（速率5Kbps5Kbps以下）。以下）。（6）通信速率最高可達）通信速率最高可達1MB/s（此時距離最長（此時距離最長40m）。）。（7）節點數實際可達）節點數實際可達110個。個。（8）采用短幀結構，每一幀的有效字節數為）采用短幀結構，每一幀的有效字節數為8個。個。（9）每幀

6、信息都有）每幀信息都有CRC校驗及其他檢錯措施，數據出錯率極低。校驗及其他檢錯措施，數據出錯率極低。（10）通信介質可采用雙絞線，同軸電纜和光導纖維，一般采用）通信介質可采用雙絞線，同軸電纜和光導纖維，一般采用廉價的雙絞線即可，無特殊要求。廉價的雙絞線即可，無特殊要求。（11） 節點在錯誤嚴重的情況下，具有自動關閉總線的功能，切節點在錯誤嚴重的情況下，具有自動關閉總線的功能，切斷它與總線的聯系，以使總線上的其他操作不受影響。斷它與總線的聯系，以使總線上的其他操作不受影響。CAN的發展背景及其應用情況的發展背景及其應用情況 現代社會對汽車的要求不斷提高，這些要求包括：極高現代社會對汽車的要求不斷

7、提高，這些要求包括：極高的主動安全性和被動安全性；乘坐的舒適性；駕駛與使用的主動安全性和被動安全性；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。的便捷和人性化；尤其是低排放和低油耗的要求等。 在汽車設計中運用微處理器及其電控技術是滿足這些要在汽車設計中運用微處理器及其電控技術是滿足這些要求的最好方法，而且已經得到了廣泛的運用。目前這些系求的最好方法，而且已經得到了廣泛的運用。目前這些系統有：統有：ABS（防抱系統）、（防抱系統）、EBD（制動力分配系統）、（制動力分配系統）、EMS（發動機管理系統）、多功能數字化儀表、主動懸架、（發動機管理系統）、多功能數字化儀表、主

8、動懸架、導航系統、電子防盜系統、自動空調和自動導航系統、電子防盜系統、自動空調和自動CD 機等。機等。汽車電子技術發展的特點：汽車電子技術發展的特點：n汽車電子控制技術從單一的控制逐步發展到汽車電子控制技術從單一的控制逐步發展到綜合控制，如點火時刻、燃油噴射、怠速控綜合控制，如點火時刻、燃油噴射、怠速控制、排氣再循環。制、排氣再循環。n電子技術從發動機控制擴展到汽車的各個組電子技術從發動機控制擴展到汽車的各個組成部分，如制動防抱死系統、自動變速系統、成部分，如制動防抱死系統、自動變速系統、信息顯示系統等。信息顯示系統等。n從汽車本身到融入外部社會環境。從汽車本身到融入外部社會環境。 現代汽車電

9、子技術的分類：現代汽車電子技術的分類：n 單獨控制系統：單獨控制系統：由一個電子控制單元（由一個電子控制單元（ECU）控制）控制一個工作裝置或系統的電子控制系統，如發動機控一個工作裝置或系統的電子控制系統，如發動機控制系統、自動變速器等。制系統、自動變速器等。n 集中控制系統：集中控制系統：由一個電子控制單元（由一個電子控制單元（ECU）同時）同時控制多個工作裝置或系統的電子控制系統。如汽車控制多個工作裝置或系統的電子控制系統。如汽車底盤控制系統。底盤控制系統。n 控制器局域網絡系統控制器局域網絡系統（CAN總線系統）：由多個電總線系統）：由多個電子控制單元（子控制單元（ECU）同時控制多個工

10、作裝置或系統，）同時控制多個工作裝置或系統，各控制單元（各控制單元（ECU）的共用信息通過總線互相傳遞。）的共用信息通過總線互相傳遞。帶有中央控制單元的車帶有中央控制單元的車帶有三個中央控制單元的車帶有三個中央控制單元的車帶有三個中央控制單元和總線系統的車帶有三個中央控制單元和總線系統的車帶有三個中央控制單元的帶有三個中央控制單元的CAN驅動網絡驅動網絡車用網絡發展原因車用網絡發展原因n電子技術發展電子技術發展-線束增加線束增加n線控系統（線控系統（X-BY-WIRE）n計算機網絡的廣泛應用計算機網絡的廣泛應用n智能交通系統的應用智能交通系統的應用汽車發展帶來的問題汽車發展帶來的問題n （1）

11、汽車電子技術的發展）汽車電子技術的發展汽車上電子裝置越來汽車上電子裝置越來越多越多汽車的整體布置空間縮小汽車的整體布置空間縮小 n （2）傳統電器設備多為點到點通信）傳統電器設備多為點到點通信導致了龐大導致了龐大的線束的線束 n （3）大量的連接器導致可靠性降低。大量的連接器導致可靠性降低。n粗大的線束粗大的線束與汽車中有限的可用空間之間的矛與汽車中有限的可用空間之間的矛盾越來越尖銳，電纜的體積、可靠性和重量成為越盾越來越尖銳，電纜的體積、可靠性和重量成為越來越突出的問題，而且也成為汽車輕量化和進一步來越突出的問題，而且也成為汽車輕量化和進一步電子化的最大障礙，汽車的制造和安裝也變得非常電子化

12、的最大障礙，汽車的制造和安裝也變得非常困難。困難。n （4）存在冗余的傳感器。）存在冗余的傳感器。nVo l v o 汽車近三十年來線束增長的情況汽車近三十年來線束增長的情況 n 車用網絡：通過總線將汽車上的各種電子裝置與設車用網絡：通過總線將汽車上的各種電子裝置與設備連成一個網絡，實現相互之間的信息共享，既減備連成一個網絡，實現相互之間的信息共享，既減少了線束，又可更好地控制和協調汽車的各個系統，少了線束，又可更好地控制和協調汽車的各個系統，使汽車性能達到最佳。使汽車性能達到最佳。汽車網絡化的優點汽車網絡化的優點 n布線簡單，設計簡化，節約銅材，降低成本。布線簡單，設計簡化，節約銅材，降低成

13、本。n可靠性提高，可維護性大為提高可靠性提高，可維護性大為提高 n實現信息共享，提高汽車性能實現信息共享，提高汽車性能n滿足現代汽車電子設備種類功能越來越多的滿足現代汽車電子設備種類功能越來越多的要求要求 n總之，使用汽車網絡不僅可以減少線束，而總之，使用汽車網絡不僅可以減少線束，而且能夠提高各控制系統的運行可靠性，減少且能夠提高各控制系統的運行可靠性，減少冗余的傳感器及相應的軟硬件配置，實現各冗余的傳感器及相應的軟硬件配置，實現各子系統之間的資源共享，便于集中實現各子子系統之間的資源共享，便于集中實現各子系統的在線故障診斷。系統的在線故障診斷。 CanbusCanbus的發展歷史的發展歷史大

14、眾公司首次在大眾公司首次在9797年年PASSATPASSAT的舒適系統上的舒適系統上采用了傳送速率為采用了傳送速率為62.562.5Kbit/mKbit/m的的CanbusCanbus。9898年在年在PASSATPASSAT和和GOLFGOLF的驅動系統上增的驅動系統上增加了加了CanbusCanbus，傳送速率為，傳送速率為500500Kbit/mKbit/m。20002000年，大眾公司在年，大眾公司在PASSATPASSAT和和GOLFGOLF采用了帶有網關的第二代采用了帶有網關的第二代CanbusCanbus。20012001年，大眾公司提高了年，大眾公司提高了CanbusCanb

15、us的設計標的設計標準，將舒適系統準，將舒適系統CanbusCanbus提高到提高到100Kbit/m, 100Kbit/m, 驅動系統提高到驅動系統提高到500500Kbit/mKbit/m。20022002年，大眾集團在新年，大眾集團在新PQ24PQ24平臺上使用帶平臺上使用帶有車載網絡控制單元的第三代有車載網絡控制單元的第三代CanbusCanbus。20032003年，大眾集團在新年，大眾集團在新PQ35PQ35平臺上使用五重結平臺上使用五重結構的構的CanbusCanbus系統，并且出現了單線的系統，并且出現了單線的LIN-BUSLIN-BUS。20世紀世紀80年代，年代，Bosch

16、的工程人員開始研究用于汽車的串的工程人員開始研究用于汽車的串行總線系統，因為當時還沒有一個網絡協議能完全滿足汽車行總線系統，因為當時還沒有一個網絡協議能完全滿足汽車工程的要求。參加研究的還有工程的要求。參加研究的還有Mercedes-Benz公司、公司、Intel公司，還有德國兩所大學的教授。公司，還有德國兩所大學的教授。 1986年，年， Bosch在在SAE（汽車工程人員協會）大會上提（汽車工程人員協會）大會上提出了出了CAN 1987年，年，INTEL就推出了第一片就推出了第一片CAN控制芯片控制芯片82526；隨后隨后Philips半導體推出了半導體推出了82C200。 1993年，年

17、，CAN的國際標準的國際標準ISO11898公布公布從此從此CAN 協議被廣泛的用于各類自動化控制領域。協議被廣泛的用于各類自動化控制領域。 1992年，年，CIA（CAN in Automation）用戶組織成立，之后）用戶組織成立，之后制定了第一個制定了第一個CAN應用層應用層“CAL”。 1994年開始有了國際年開始有了國際CAN學術年會（學術年會（ICC）。）。 1994年美國汽車工程師協會以年美國汽車工程師協會以CAN為基礎制定了為基礎制定了SAEJ1939標準，用于卡車和巴士控制和通信網絡。標準，用于卡車和巴士控制和通信網絡。 到今天，幾乎每一輛歐洲生產的轎車上都有到今天，幾乎每一

18、輛歐洲生產的轎車上都有CAN；高級客；高級客車上有兩套車上有兩套CAN，通過網關互聯；，通過網關互聯；1999年一年就有近年一年就有近6千萬個千萬個CAN控制器投入使用；控制器投入使用；2000年銷售年銷售1億多億多CAN的芯片；的芯片；2001年用在汽車上的年用在汽車上的CAN節點數目超過節點數目超過1億個億個 。 但是轎車上基于但是轎車上基于CAN的控制網絡至今仍是各大公司自成系的控制網絡至今仍是各大公司自成系統，沒有一個統一標準。統，沒有一個統一標準。 基于基于CAN總線的汽車電器網絡結構總線的汽車電器網絡結構發動機ECU自動變速器ECUABS/TCSECU安全氣囊ECU電控懸架ECU巡

19、航控制ECU動力轉向ECU電機控制ECU電池管理ECU燈光控制ECU刮雨洗滌控制ECU電動座椅ECU門鎖防盜ECU電動車窗ECU后視鏡喇叭ECU氣候控制ECU警告信號ECU儀表顯示ECU整車控制器ECU（網關）整車控制器ECU（網關）高速總線低速總線故障診斷ECU 目前汽車上的網絡連接方式主要采用目前汽車上的網絡連接方式主要采用2條條CAN： 一條用于驅動系統的高速一條用于驅動系統的高速CAN，速率達到，速率達到500kb/s。主要面向實時性要求較高的控制。主要面向實時性要求較高的控制單元，如發動機、電動機等單元，如發動機、電動機等 另一條用于車身系統的低速另一條用于車身系統的低速CAN，速率

20、是，速率是100kb/s。主要是針對車身控制的，如車燈、。主要是針對車身控制的，如車燈、車門、車窗等信號的采集以及反饋。其特征車門、車窗等信號的采集以及反饋。其特征是信號多但實時性要求低，因此實現成本要是信號多但實時性要求低，因此實現成本要求低。求低。 CAN總線布置、結構和基本特點總線布置、結構和基本特點CAN總線系統上并聯有多個元件。這就要求整個系統的布置總線系統上并聯有多個元件。這就要求整個系統的布置滿足以下要求：滿足以下要求： 可靠性高：可靠性高：傳輸故障（不論是由內部還是外部引起的）應能傳輸故障（不論是由內部還是外部引起的）應能準確識別出來準確識別出來 使用方便：使用方便：如果某一控

21、制單元出現故障，其余系統應盡可能如果某一控制單元出現故障，其余系統應盡可能保持原有功能，以便進行信息交換保持原有功能，以便進行信息交換 數據密度大：數據密度大：所有控制單元在任一瞬時的信息狀態均相同，所有控制單元在任一瞬時的信息狀態均相同，這樣就使得兩控制單元之間不會有數據偏差。如果系統的某一這樣就使得兩控制單元之間不會有數據偏差。如果系統的某一處有故障，那么總線上所有連接的元件都會得到通知。處有故障，那么總線上所有連接的元件都會得到通知。 數據傳輸快數據傳輸快：連成網絡的各元件之間的數據交換速率必須：連成網絡的各元件之間的數據交換速率必須很快，這樣才能滿足實時要求。很快，這樣才能滿足實時要求

22、。CAN總線布置、結構和基本特點總線布置、結構和基本特點考慮到信號的重復率及產生出的數據量，考慮到信號的重復率及產生出的數據量，CAN總線系統分為總線系統分為三個專門的系統三個專門的系統 CAN驅動總線（高速），驅動總線（高速），500Kbit/s，可基本滿足實時要求。，可基本滿足實時要求。 CAN舒適總線（低速），舒適總線（低速），100 Kbit/s，用于對時間要求不高，用于對時間要求不高的情況。的情況。 CAN“infotainment”總線（低速），總線（低速），100Kbit/s，用于對時，用于對時間要求不高的情況。間要求不高的情況。CAN-BUSCAN-BUS系統組成：系統組成：C

23、ANCAN收發器收發器: : 安裝在控制器內部，同時兼具接受和發送的功能，將控制器傳安裝在控制器內部，同時兼具接受和發送的功能，將控制器傳來的數據化為電信號并將其送入數據傳輸線。來的數據化為電信號并將其送入數據傳輸線。數據傳輸終端：是一個電阻，防止數據在線端被反射，以回聲的形式返回，數據傳輸終端：是一個電阻，防止數據在線端被反射，以回聲的形式返回，影響數據的傳輸。影響數據的傳輸。數據傳輸線：雙向數據線，由高低雙絞線組成。數據傳輸線：雙向數據線，由高低雙絞線組成。Canbus上的控制器中發送信息的線路通過一個開路集電極和總線相連。CanbusCanbus的收發器如圖所示，使用一個電路進行控制，這

24、樣也就是的收發器如圖所示，使用一個電路進行控制，這樣也就是說控制單元在某一時間段只能進行發送或接受一項功能。說控制單元在某一時間段只能進行發送或接受一項功能。邏輯邏輯“1”“1”：所有控制器的開關斷開；總線電平為：所有控制器的開關斷開；總線電平為5 5Vor3.5VVor3.5V；CanbusCanbus未通訊。未通訊。邏輯邏輯“0”“0”：某一控制器閉合；總線電平為：某一控制器閉合；總線電平為0 0伏；伏； CanbusCanbus進行通訊進行通訊。Canbus的收發器的收發器因此總線導線上就會出現兩種狀態：因此總線導線上就會出現兩種狀態：狀態狀態1： 截止狀態，晶體管截止（開關未接合）截止

25、狀態，晶體管截止（開關未接合）無源：無源： 總線電平總線電平=1，電阻高，電阻高狀態狀態0： 接通狀態，晶體管導通（開關已接合）接通狀態，晶體管導通（開關已接合）有源：有源： 總線電平總線電平=0，電阻低，電阻低2 2個以上控制器所組成的個以上控制器所組成的CanbusCanbus系統系統當用當用2 2個以上的控制器連接在個以上的控制器連接在CanbusCanbus總線總線上（如圖所示），用邏輯上（如圖所示），用邏輯1 1來表示斷開和來表示斷開和用邏輯用邏輯0 0表示閉合。不考慮其他總線規則表示閉合。不考慮其他總線規則情況下，總線會出現下圖的情況：情況下，總線會出現下圖的情況：1.1.任何開關

26、閉合，總線上的電壓為任何開關閉合，總線上的電壓為0 0伏伏2.2.所有開關斷開，總線上的電壓為所有開關斷開，總線上的電壓為5 5伏伏因此：因此：1.1.只要任何一個控制器激活，則總線激活只要任何一個控制器激活，則總線激活2.2.所有控制器關閉，總線處于未激活狀態所有控制器關閉，總線處于未激活狀態激活的總線稱為激活的總線稱為顯性電平顯性電平；未激活的總線電平稱為未激活的總線電平稱為隱形電平隱形電平功能功能CAN構件通過構件通過RX-線來檢查總線是否有源（是否正在交換別線來檢查總線是否有源（是否正在交換別的信息），必要時會等待，直至總線空閑下來為止。的信息），必要時會等待，直至總線空閑下來為止。（

27、某一時間段內的電平（某一時間段內的電平1（無源）如果總線空閑下來，發（無源）如果總線空閑下來，發動機信息就會被發送出去。動機信息就會被發送出去。 Canbus Canbus采用雙絞線自身校驗的結構，既可以防止電磁干擾對傳輸信息的采用雙絞線自身校驗的結構，既可以防止電磁干擾對傳輸信息的影響，也可以防止本身對外界的干擾。系統中采用高低電平兩根數據線，影響，也可以防止本身對外界的干擾。系統中采用高低電平兩根數據線，控制器輸出的信號同時向兩根通訊線發送，高低電平互為鏡像。并且每一控制器輸出的信號同時向兩根通訊線發送，高低電平互為鏡像。并且每一個控制器都增加了終端電阻，已減少數據傳送時的過調效應。個控制

28、器都增加了終端電阻，已減少數據傳送時的過調效應。基本構造基本構造+1V-1V外界的干擾同時作用于兩根導線外界的干擾同時作用于兩根導線產生的電磁波輻射相互抵消產生的電磁波輻射相互抵消0 V數據傳輸線數據傳輸終端數據傳輸終端CAN收發器CAN收發器原則上原則上CAN總線用一條導線就足以滿足功能要求了，但該總總線用一條導線就足以滿足功能要求了，但該總線系統上還是配備了第二條導線。在這個第二條導線上，信線系統上還是配備了第二條導線。在這個第二條導線上，信號是按相反順序傳送的，這樣可有效抑制外部干擾。號是按相反順序傳送的，這樣可有效抑制外部干擾。CAN導線的特點導線的特點 各個各個CAN系統的所有控制單

29、元都并聯在系統的所有控制單元都并聯在CAN數據總線上。數據總線上。CAN數據總線的兩條導線分別叫數據總線的兩條導線分別叫CAN-High和和CAN-Low線。線。兩條扭絞在一起的導線稱為兩條扭絞在一起的導線稱為雙絞線雙絞線。雙絞線雙絞線, CAN-High 和和 CAN-Low線線 (CAN驅動數據總線）驅動數據總線）控制單元之間的數據交換就是通過這兩條導線來完成的，控制單元之間的數據交換就是通過這兩條導線來完成的，這些數據可能是發動機轉速、油箱油面高度及車速等。這些數據可能是發動機轉速、油箱油面高度及車速等。為了清楚起見為了清楚起見CAN導線分別用單顏色來表示導線分別用單顏色來表示CAN-H

30、igh線總線總是黃色，是黃色，CAN-Low-線總是綠色線總是綠色 由于汽車不同控制器對由于汽車不同控制器對CAN總線的性能要求不同，因此最新版本的總線的性能要求不同，因此最新版本的CAN總線系統人為設定為總線系統人為設定為5個不同的區域，分別為驅動系統、舒適系統、信個不同的區域，分別為驅動系統、舒適系統、信息系統、多功能儀表、診斷總線等息系統、多功能儀表、診斷總線等5個局域網。其速率分別為個局域網。其速率分別為(Kbit/s)：驅動系統（由驅動系統（由15號線激活）：號線激活）：500; 舒適系統（由舒適系統（由30號線激活）：號線激活）：100信息系統（由信息系統（由30號線激活）：號線激

31、活）：100；診斷系統（由診斷系統（由30號線激活）：號線激活）：500儀表系統（由儀表系統（由15號線激活）：號線激活）：100；Lin: 20最大承載：最大承載：1000CAN 儀表CAN 驅動CAN 信息CAN 舒適 CAN 診斷基本構造基本構造基本構造基本構造網關網關 由于不同區域由于不同區域CanbusCanbus總線的速率和識別代號不同，因此一總線的速率和識別代號不同，因此一個信號要從一個總線進入到另一個總線區域，必須把它的識別個信號要從一個總線進入到另一個總線區域，必須把它的識別信號和速率進行改變，能夠讓另一個系統接受，這個任務由網信號和速率進行改變，能夠讓另一個系統接受，這個任

32、務由網關關(Gateway)(Gateway)來完成。另外，網關還具有改變信息優先級的功能來完成。另外，網關還具有改變信息優先級的功能。如車輛發生相撞事故，氣囊控制單元會發出負加速度傳感器。如車輛發生相撞事故，氣囊控制單元會發出負加速度傳感器的信號，這個信號的優先級在驅動系統是非常高，但轉到舒適的信號，這個信號的優先級在驅動系統是非常高，但轉到舒適系統后，網關調低了它的優先級，因為它在舒適系統功能只是系統后，網關調低了它的優先級，因為它在舒適系統功能只是打開門和燈。打開門和燈。基本構造基本構造診斷總線診斷總線網關網關儀表總線儀表總線驅動總線驅動總線舒適總線舒適總線信息總線信息總線診斷總線診斷總

33、線診斷總線是用于診斷儀器和相應控制單元診斷總線是用于診斷儀器和相應控制單元之間的信息交換，它被用來代替原來的之間的信息交換，它被用來代替原來的K K線線或者或者L L線的功能（廢氣處理控制器除外）。線的功能（廢氣處理控制器除外）。診斷總線目前只能在診斷總線目前只能在VAS5051VAS5051和和VAS5052VAS5052下下工作，而不能適用于原來的診斷工具，如工作，而不能適用于原來的診斷工具，如15521552等。診斷總線通過網關轉接到相應的等。診斷總線通過網關轉接到相應的CANBUSCANBUS上，然后再連接相應的控制器進行上，然后再連接相應的控制器進行數據交換。數據交換。隨著診斷總線的

34、使用，大眾集團將逐步淘隨著診斷總線的使用，大眾集團將逐步淘汰控制器上的汰控制器上的K K線存儲器，而采用線存儲器，而采用CANCAN線作線作為診斷儀器和控制器之間的信息連接線，為診斷儀器和控制器之間的信息連接線，我們稱之為虛擬我們稱之為虛擬K K線。線。針腳號 對應的線束 1 15號線 4 接地 5 接地 6 CANBUS(高） 7 k線 14 CANBUS(低） 15 L線 16 30號線注：未標明的針腳號暫未使用。基本構造基本構造當車輛使用診斷當車輛使用診斷CANBUSCANBUS總線結構后，總線結構后，VAS5051VAS5051等診斷儀器必須使用相對應的新等診斷儀器必須使用相對應的新型

35、診斷線（型診斷線（VAS5051/5AVAS5051/5A或或VAS5051/6AVAS5051/6A）, , 否則無法讀出相應的診斷信息。另外，車否則無法讀出相應的診斷信息。另外，車上的診斷接口也作出了相應的改動，具體上的診斷接口也作出了相應的改動，具體信息看如下圖表：信息看如下圖表：注：注：50515051儀器的版本號必須大于儀器的版本號必須大于3.03.0以上以上 才能使用診斷才能使用診斷CANBUSCANBUS總線。總線。新型診斷線能夠適用于舊型診斷接口。新型診斷線能夠適用于舊型診斷接口。CAN總線總線CAN總線是車內電子裝置中的一個獨立系統，它就是數據線，總線是車內電子裝置中的一個獨

36、立系統，它就是數據線，用于在連接的控制單元之間進行信息交換。用于在連接的控制單元之間進行信息交換。由于自身的布置和結構特點，由于自身的布置和結構特點，CAN總線工作時的可靠性很高總線工作時的可靠性很高如果如果CAN總線系統出現故障，故障就會存入相應的控制單總線系統出現故障，故障就會存入相應的控制單元故障存儲器內，可以用診斷儀讀出這些故障。元故障存儲器內，可以用診斷儀讀出這些故障。控制單元擁有自診斷功能，我們通過自診斷功能還可識別出與控制單元擁有自診斷功能，我們通過自診斷功能還可識別出與CAN總線相關的故障。總線相關的故障。用診斷儀（如用診斷儀（如VAS5051，5052）讀出）讀出CAN總線故

37、障記錄后，總線故障記錄后，既可按這些信息準確地查尋故障既可按這些信息準確地查尋故障控制單元內的故障記錄用于初步確定故障，還可用于讀出排除控制單元內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故障說明。如果想要更新故障顯示內容，須重新起故障后的無故障說明。如果想要更新故障顯示內容，須重新起動發動機。動發動機。CAN總線正常的一個重要前提條件是：車在任何工況均不應有總線正常的一個重要前提條件是：車在任何工況均不應有CAN總線故障記錄。總線故障記錄。 為了能夠確定及排除故障，就需要了解為了能夠確定及排除故障，就需要了解CAN總線上的數據總線上的數據交換基本原理。交換基本原理。CAN總線數據

38、交換基本原理總線數據交換基本原理不同的數據傳遞（以不同的數據傳遞（以CAN驅動數據總線為例）驅動數據總線為例）1、提高數據傳遞的可靠性、提高數據傳遞的可靠性 為了提高數據傳遞的可靠性，為了提高數據傳遞的可靠性，CAN數據總線系統的兩數據總線系統的兩條導線（雙絞線）分別用于不同的數據傳送，這兩條線分條導線（雙絞線）分別用于不同的數據傳送，這兩條線分別稱為別稱為CAN-High線和線和CAN-Low線。線。2、在顯性狀態和隱性狀態之間進行轉換時、在顯性狀態和隱性狀態之間進行轉換時CAN導線上的電導線上的電壓變化壓變化 在靜止狀態時，這兩條導線上作用有相同預先設定值，在靜止狀態時，這兩條導線上作用有

39、相同預先設定值，該值稱為該值稱為靜電平靜電平。對于CAN驅動數據總線來說，這個值大約為2.5V。 靜電平也稱為隱性狀態，因為連接的所有控制單元均可靜電平也稱為隱性狀態，因為連接的所有控制單元均可修改它。修改它。 在顯性狀態時，在顯性狀態時，CAN-High線上的電壓值會升高一個預線上的電壓值會升高一個預定值（對定值（對CAN驅動數據總線來說，這個值至少為驅動數據總線來說，這個值至少為1V）。而）。而CAN-Low線上的電壓值會降低一個同樣值（對線上的電壓值會降低一個同樣值（對CAN驅動數驅動數據總線來說，這個值至少為據總線來說，這個值至少為1V）。于是在）。于是在CAN驅動數據總驅動數據總線上

40、，線上，CAN-High線就處于激活狀態，其電壓不低于線就處于激活狀態，其電壓不低于3.5（2.5V+1V=3.5V)，而，而CAN-Low線上的電壓值最多可降至線上的電壓值最多可降至1.5V(2.5V-1V=1.5V)。因此在隱性狀態時，因此在隱性狀態時，CAN-High線與線與CAN-Low線上的電壓差線上的電壓差為為0V，在顯性狀態時該差值最低為，在顯性狀態時該差值最低為2V。3、CAN數據總線上的信號變化（以數據總線上的信號變化（以CAN驅動數據總線為例）驅動數據總線為例）4、收發器內的、收發器內的CAN-High線和線和 CAN-Low線上的信號轉換線上的信號轉換 控制單元是通過收發

41、器聯接到控制單元是通過收發器聯接到CAN驅動總線上的，在這驅動總線上的，在這個收發器內有一個接收器，該接收器是安裝在接收一側的差個收發器內有一個接收器，該接收器是安裝在接收一側的差動信號放大器。動信號放大器。 差動信號放大器差動信號放大器用于處理來自用于處理來自CAN-High線和線和CAN-Low線的信號，除此以外還負責將轉換后的信號傳至控制單元的線的信號，除此以外還負責將轉換后的信號傳至控制單元的CAN接收區。這個轉換后的信號稱為差動信號放大器的輸出接收區。這個轉換后的信號稱為差動信號放大器的輸出電壓。電壓。 差動信號放大器用差動信號放大器用CAN-High線上的電壓（線上的電壓（UCAN

42、-High）減去減去CAN-Low線上的電壓（線上的電壓（UCAN-Low），就得出了輸出電），就得出了輸出電壓，用這種方法可以消除靜電平（對于壓，用這種方法可以消除靜電平（對于CAN驅動數據總線來驅動數據總線來說是說是2.5V）或其它任何重疊的電壓。）或其它任何重疊的電壓。5、CAN驅動數據總線差動信號放大器內的信號轉換驅動數據總線差動信號放大器內的信號轉換 收發器的差動信號放大器在處理信號時，會用收發器的差動信號放大器在處理信號時，會用CAN-High-線上作用的電壓減去線上作用的電壓減去CAN-Low-線上作用的電壓。線上作用的電壓。6、CAN驅動數據總線差動信號放大器內的干擾過濾驅動數

43、據總線差動信號放大器內的干擾過濾由于數據總線也要布置在發動機艙內，所以數據總線就要遭受各種干擾。在由于數據總線也要布置在發動機艙內，所以數據總線就要遭受各種干擾。在保養時要考慮對保養時要考慮對 地地 短短 路路 和和 蓄蓄 電電 池池 電電 壓壓 、 點點 火火 裝裝 置置 的的 火火 花花 放放 電電 和和 靜靜 態態 放放 電電 。在該圖的上部可清楚地看到這種傳遞的效果。在該圖的上部可清楚地看到這種傳遞的效果。由于由于CAN-High線和線和CAN-Low線是扭絞在一起的（雙絞線是扭絞在一起的（雙絞線），所以干擾脈沖線），所以干擾脈沖X就總是有規律地作用在兩條線上。就總是有規律地作用在兩條

44、線上。由于差動信號放大器總是用由于差動信號放大器總是用CAN-High線上的電壓（線上的電壓（3.5V-X)減去減去CAN-Low線上的電壓線上的電壓(1.5V-X)，因此在經過處理后，因此在經過處理后,差動信號中就不再有干擾脈沖了差動信號中就不再有干擾脈沖了.(3,5V - X) - (1,5V - X) = 2V7、信號電平、信號電平控制單元信號在收發器內的放大控制單元信號在收發器內的放大收發器發送一側的任務是將控制單元內的收發器發送一側的任務是將控制單元內的CAN控制器的較控制器的較弱信號放大，使之達到弱信號放大，使之達到CAN導線上的信號電平和控制單元導線上的信號電平和控制單元輸入端的

45、信號電平。輸入端的信號電平。聯接在聯接在CAN數據總線上的控制單元的作用就像是數據總線上的控制單元的作用就像是CAN導導線上的一個負載電阻（因為裝有電子元件）。這個負載線上的一個負載電阻（因為裝有電子元件）。這個負載電阻取決于聯接的控制單元數量和其電阻。電阻取決于聯接的控制單元數量和其電阻。收發器將收發器將CAN信號輸送到信號輸送到CAN數據總線的兩條導線上，相應數據總線的兩條導線上，相應地在地在CAN-High線上的電壓就升高，而在線上的電壓就升高，而在CAN-Low線上的電線上的電壓就降低一個同樣大小的值。對于驅動壓就降低一個同樣大小的值。對于驅動CAN數據總線來說，數據總線來說，一條導線

46、上的電壓改變值不低于一條導線上的電壓改變值不低于1V，對于，對于CAN舒適舒適/Infotainment總線來說，這個值不低于總線來說，這個值不低于3.6V。8、CAN驅動數據總線的特點驅動數據總線的特點CAN驅動數據總線的速率為驅動數據總線的速率為500 kBit/s，用于將，用于將CAN驅動數驅動數據總線方面的控制單元聯成網絡。據總線方面的控制單元聯成網絡。CAN驅動數據總線控制單元有：驅動數據總線控制單元有：- 發動機控制單元發動機控制單元- ABS-控制單元控制單元- ESP-控制單元控制單元- 變速器控制單元變速器控制單元- 安全氣囊控制單元安全氣囊控制單元- 組合儀表組合儀表CAN

47、驅動數據總線由驅動數據總線由15號接線柱（點火開關）接通，短時工號接線柱（點火開關）接通，短時工作后，又完全關閉。作后，又完全關閉。CAN驅動數據總線上的信號變化驅動數據總線上的信號變化下面圖中所示的是一個真實的下面圖中所示的是一個真實的CAN-電報變化圖，它由一個收發器產生，電報變化圖，它由一個收發器產生，并由并由VAS5051的數字存儲式示波器（的數字存儲式示波器（DSO）接收下來。兩個電平之間）接收下來。兩個電平之間的疊加信號變化表示的疊加信號變化表示2.5V的隱性電平。的隱性電平。CAN-High線上的顯性電壓約線上的顯性電壓約為為3.5V，CAN-Low線約為線約為1.5V。CAN舒

48、適舒適/ Infotainment數據總線的特點數據總線的特點CAN舒適舒適/ Infotainment數據總線的速率為數據總線的速率為100 kBit/s，用，用于將于將CAN舒適總線和舒適總線和CAN Infotainment總線方面的控制總線方面的控制單元聯成網。單元聯成網。CAN舒適舒適/ Infotainment數據總線控制單元有：數據總線控制單元有：- 全自動空調全自動空調/空調控制單元空調控制單元- 車門控制單元車門控制單元- 舒適控制單元舒適控制單元- 收音機和導航顯示單元控制單元收音機和導航顯示單元控制單元 控制單元通過控制單元通過CAN驅動數據總線的驅動數據總線的CAN-H

49、igh線和線和CAN-Low線來進行數據交換，如車門開線來進行數據交換，如車門開/關、車內燈開關、車內燈開/關、車輛關、車輛位置（位置（GPS)等等。等等。 由于使用同樣的脈沖頻率，所以由于使用同樣的脈沖頻率，所以CAN舒適數據總線和舒適數據總線和CAN Infotainment總線可以共同使用一對導線，當然前提總線可以共同使用一對導線，當然前提條件是相應的車上有這兩種數據總線（條件是相應的車上有這兩種數據總線（(如如 Golf IV und Polo MJ 2002)。舒適系統的信號圖舒適系統的信號圖舒適系統的舒適系統的CanbusCanbus信號和驅動系統信號和驅動系統有很大區別：有很大區

50、別：Can-HighCan-High的高電平為：的高電平為：3.63.6伏伏Can-HighCan-High的低電平為：的低電平為：0 0伏伏Can-Low Can-Low 的高電平為的高電平為: 5: 5伏伏Can-low Can-low 的低電平為：的低電平為：1.41.4伏伏邏輯邏輯“1”1”：Can-high=3.6VCan-high=3.6V Can-low=1.4VCan-low=1.4V邏輯邏輯“0”0”：Can-high=0VCan-high=0VCan-low=5VCan-low=5V1、CAN舒適舒適/ Infotainment數據總線的差動數據傳遞數據總線的差動數據傳遞

51、為了使低速為了使低速CAN抗干擾性強且電流消耗低，與抗干擾性強且電流消耗低，與CAN驅動數驅動數據總線相比就需做一些改動。據總線相比就需做一些改動。 首先首先，由于使用了單獨的驅動器（功率放大器），這兩個，由于使用了單獨的驅動器（功率放大器），這兩個CAN信號就不再有彼此依賴的關系了。與信號就不再有彼此依賴的關系了。與CAN驅動數據總線驅動數據總線不同，不同，CAN舒適舒適/ Infotainment數據總線的數據總線的CAN-High線和線和CAN-Low線不是通過電阻相連的。也就是說：線不是通過電阻相連的。也就是說：CAN-High線和線和CAN-Low線不再彼此相互影響，而是彼此獨立作為

52、電壓源來線不再彼此相互影響，而是彼此獨立作為電壓源來工作。工作。 另外另外還放棄了共同的中壓，在隱性狀態（靜電平）時，還放棄了共同的中壓，在隱性狀態（靜電平）時，CAN-High信號為信號為0V，在顯性狀態時，在顯性狀態時3.6V。 對于對于CAN-Low信號來說，隱性電平為信號來說，隱性電平為5V，顯性電平，顯性電平1.4V。于是在差頻信號放大器內相減后，隱性電平為于是在差頻信號放大器內相減后，隱性電平為-5V，顯性電平，顯性電平為為2.2V，那么隱性電平和顯性電平之間的電壓變化（電壓提升），那么隱性電平和顯性電平之間的電壓變化（電壓提升）就提高到就提高到7.2V。2、CAN舒適舒適/Inf

53、otainment數據總線的數據總線的CAN-收發器收發器測舒適系統高低線的電阻為無窮大！總系統總系統通過網關將三個系統聯成網絡通過網關將三個系統聯成網絡 由于電壓電平和電阻配置不同，所以在由于電壓電平和電阻配置不同，所以在CAN驅動數據驅動數據總線和總線和CAN舒適舒適/Infotainment數據總線之間無法進行耦合數據總線之間無法進行耦合聯接。另外這兩種數據總線的傳輸速率是不同的，這就決聯接。另外這兩種數據總線的傳輸速率是不同的，這就決定了它們無法使用不同的信號。定了它們無法使用不同的信號。 這就需要在這兩個系統之間能完成一個轉換。這個轉這就需要在這兩個系統之間能完成一個轉換。這個轉換過

54、程是通過所謂的網關來實現的。根據車輛的不同，網換過程是通過所謂的網關來實現的。根據車輛的不同，網關可能安裝在組合儀表內、車上供電控制單元內或在自己關可能安裝在組合儀表內、車上供電控制單元內或在自己的網關控制單元內。的網關控制單元內。 由于通過由于通過CAN數據總線的所有信息都供網關使用，所以數據總線的所有信息都供網關使用，所以網關也用作診斷接口。網關也用作診斷接口。 目前是通過網關的目前是通過網關的K-線來查詢診斷信息，從線來查詢診斷信息，從Touran車開車開始是通過始是通過CAN數據總線診斷線來完成這個工作的。數據總線診斷線來完成這個工作的。可以用火車站作為例子來清楚地說明網關的原理可以用

55、火車站作為例子來清楚地說明網關的原理與與CAN舒適數據總線和舒適數據總線和CAN Infotainment數據數據總線不同，總線不同，CAN驅動數據總線不可與驅動數據總線不可與CAN舒適舒適數據總線或數據總線或CAN Infotainment數據總線通過電數據總線通過電氣相連！氣相連！CAN舒適數據總線與舒適數據總線與CAN舒適舒適/ Infotainment數據總線是不同的數據總線系統，數據總線是不同的數據總線系統，它們之間只能通過所謂網關相連。它們之間只能通過所謂網關相連。提示！提示！123基本術語基本術語CAN的報文及結構的報文及結構同步同步CAN協議規范協議規范CANCAN協議規范協議

56、規范CANCAN協議規范協議規范 CANCAN為串行通訊協議，能有效地支持具有很高安全等級的分為串行通訊協議，能有效地支持具有很高安全等級的分布實時控制。布實時控制。CANCAN的應用范圍很廣，從高速的網絡到低價位的的應用范圍很廣，從高速的網絡到低價位的多路接線都可以使用多路接線都可以使用CANCAN。在汽車電子行業里，使用。在汽車電子行業里，使用CANCAN連接發連接發動機控制單元、傳感器、防剎車系統、等等，其傳輸速度可達動機控制單元、傳感器、防剎車系統、等等，其傳輸速度可達1Mbit/s1Mbit/s。同時，可以將。同時，可以將CANCAN安裝在卡車本體的電子控制系統里，安裝在卡車本體的電

57、子控制系統里，諸如車燈組、電氣車窗等等，用以代替接線配線裝置。諸如車燈組、電氣車窗等等，用以代替接線配線裝置。 技術規范的目的是為了在任何兩個技術規范的目的是為了在任何兩個CANCAN儀器之間建立兼容儀器之間建立兼容性。可是，兼容性有不同的方面，比如電氣特性和數據轉換的性。可是，兼容性有不同的方面，比如電氣特性和數據轉換的解釋。為了達到設計透明度以及實現靈活性，根據解釋。為了達到設計透明度以及實現靈活性，根據ISO/OSIISO/OSI參參考模型，考模型，CAN 2.0CAN 2.0規范細分為以下不同的層次：數據鏈路層和規范細分為以下不同的層次：數據鏈路層和物理層物理層( (如圖所示如圖所示)

58、 )。 CANCAN協議規范協議規范 位編碼位編碼/解碼解碼 位定時位定時 同步同步 驅動器接收器特性驅動器接收器特性邏輯鏈路子層邏輯鏈路子層LLC 接收濾波接收濾波 超載通知超載通知 恢復管理恢復管理介質訪問控制子層介質訪問控制子層MAC 數據包裝數據包裝/解包解包 幀編碼幀編碼 介質訪問管理介質訪問管理 錯誤監測錯誤監測 出錯標定出錯標定 應答應答 串并轉換串并轉換數據鏈路層數據鏈路層物理層物理層故障界定故障界定總線故障管理總線故障管理監控器監控器圖圖 CAN協議分層結構和功能協議分層結構和功能CANCAN協議規范協議規范 在以前版本的在以前版本的CANCAN規范中，數據鏈路層的規范中，數

59、據鏈路層的LLCLLC子層和子層和MACMAC子層的服務及功能分別被解釋為子層的服務及功能分別被解釋為“對象層對象層”和和“傳輸層傳輸層”。 邏輯鏈路控制子層邏輯鏈路控制子層(LLC)(LLC)的作用范圍如下：的作用范圍如下： 為遠程數據請求以及數據傳輸提供服務。為遠程數據請求以及數據傳輸提供服務。 確定由實際要使用的確定由實際要使用的LLCLLC子層接收哪一個報文。子層接收哪一個報文。 為恢復管理和過載通知提供手段。為恢復管理和過載通知提供手段。 MACMAC子層的作用主要是傳送規則，也就是控制幀結構、執子層的作用主要是傳送規則，也就是控制幀結構、執行仲裁、錯誤檢測、出錯標定、故障界定。位定

60、時的一些普行仲裁、錯誤檢測、出錯標定、故障界定。位定時的一些普通功能也可以看作是通功能也可以看作是MACMAC子層的一部分。子層的一部分。 物理層的作用物理層的作用是在不同節點之間根據所有的電氣屬性進是在不同節點之間根據所有的電氣屬性進行位的實際傳輸。行位的實際傳輸。 CAN CAN具有以下的屬性：具有以下的屬性： 報文的優先權報文的優先權 保證延遲時間保證延遲時間 設置靈活設置靈活 時間同步的多點接收時間同步的多點接收 系統內數據的連貫性系統內數據的連貫性 多主機多主機 錯誤檢測和錯誤標定錯誤檢測和錯誤標定 只要總線一處于空閑，就自動將破壞的報文重新傳輸只要總線一處于空閑，就自動將破壞的報文