1、CAN總線詳盡全面講解CAN 總線系統(tǒng)Controller（控制器）Area（局域）Network（網(wǎng)絡）CAN Bus-控制器局域網(wǎng)絡總線CAN 總線系統(tǒng)-歷史歷史:CAN是由 Bosch 和 Intel在八十年代末開發(fā),用于連接客車和卡車ECU的標準化的總線系統(tǒng)。CAN標準在1991年發(fā)布，迄今沿用。在1992年首先應用在Mercedes S-系列車中 (連接發(fā)動機和變速箱 ECU) 。 1993年CAN 成為國際標準ISO11898(高速應用)和ISO11519（低速應用）。如今CAN總線在自動化領域中作為現(xiàn)場總線普遍使用。任何官方應用需要向 Bosch 支付費用。CAN 總線系統(tǒng)-歷史

2、現(xiàn)狀: 由于CAN總線的特點，得到了Motorola，Intel，Philip，Siemence，NEC等公司的支持，它廣泛應用在離散控制領域，其應用范圍目前已不僅局限于汽車行業(yè)，已經(jīng)在自動控制、航空航天、航海、過程工業(yè)、機械工業(yè)、紡織機械、農(nóng)用機械、機器人、數(shù)控機床、醫(yī)療器械及傳感器等領域中得到了廣泛應用。 CAN 總線-應用目前世界上絕大多數(shù)汽車制造廠商都采用CAN總線來實現(xiàn)汽車內(nèi)部控制系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通信。CAN 總線-應用CAN 總線為什么在汽車上得到了如此廣泛的應用呢？CAN 總線-優(yōu)點在該例中，共需要5條數(shù)據(jù)線進行數(shù)據(jù)傳遞，也就是說，每項信息都需要一個獨立的數(shù)據(jù)線。面臨問題：如果傳遞

3、信號項目多，還需要更多的信號傳輸線，這樣會導致電控單元針腳數(shù)增加、線路復雜、故障率增多及維修困難。CAN 總線-優(yōu)點各控制單元之間的所有信息都通過兩根數(shù)據(jù)線進行交換CAN數(shù)據(jù)總線通過該種數(shù)據(jù)傳遞形式，所有的信息，不管控制單元的多少和信息容量的大小，都可以通過這兩條數(shù)據(jù)線進行傳遞，能大規(guī)模的減少系統(tǒng)的復雜性。CAN 總線-優(yōu)點?.5 個控制器原始網(wǎng)絡10 個連接線只是為了必要的數(shù)據(jù)交換780-1000 個連接線還能以此來實現(xiàn)必要的數(shù)據(jù)交換嗎？40-60 個控制器.通過CANBUS-技術找到了解決辦法和可能性CAN 總線-優(yōu)點各控制單元之間的所有信息都通過兩根數(shù)據(jù)線進行交換CAN數(shù)據(jù)總線CAN 總

4、線-優(yōu)點帶有三個中央控制單元和總線系統(tǒng)的車CAN 總線-優(yōu)點CAN 總線-優(yōu)點（1）利用最少的傳感器信號線來傳遞多用途的傳感信號，車輛控 制更加精確、智能。（2）電控單元和電控單元插腳最小化應用，節(jié)省有限空間。（3）線束與接頭更少，故障率低，檢修方便，系統(tǒng)穩(wěn)定性高。（4）如果系統(tǒng)需要增加新的功能，僅需軟件升級即可。（5）各電控單元的監(jiān)測器對所連接的CAN總線進行實時監(jiān)測。 通過控制單元和輔助安全措施對傳遞信息的持續(xù)檢查，可 以達到最低的故障率。（6） CAN數(shù)據(jù)總線符合國際標準，以便于一輛車上不同廠家的 電控單元間進行數(shù)據(jù)交換。CAN 總線系統(tǒng)-基礎概念數(shù)據(jù)總線:各個節(jié)點間進行數(shù)據(jù)通信的通道，

5、即所謂的信息高速公路。CAN 總線系統(tǒng)-基礎概念多路傳輸:在同一個通道上或線路上同時進行多條信息的傳輸。CAN總線使用的“時分多路傳輸”CAN 總線系統(tǒng)-基礎概念二進制:二進制是計算技術中廣泛采用的一種數(shù)制。二進制數(shù)據(jù)是用0和1兩個數(shù)碼來表示的數(shù)。0011110060 0101000080 CAN 總線系統(tǒng)-基礎概念 計算機與外界的信息交換稱為通信。通信的基本方式可分為并行通信和串行通信兩種。 所謂并行通信是指數(shù)據(jù)的各位同時在多根數(shù)據(jù)線上發(fā)送或接收。 串行通信是數(shù)據(jù)的各位在同一根數(shù)據(jù)線上依次逐位發(fā)送或接收。串、行通信:CAN 總線系統(tǒng)-基礎概念CAN 總線系統(tǒng)-基礎概念異步通信和同步通信 同步

6、通信(Synchronous Communication) 同步通信是一種連續(xù)傳送數(shù)據(jù)的通信方式，一次通信傳送多個字符數(shù)據(jù)，稱為一幀信息。數(shù)據(jù)傳輸速率較高，通常可達56000bps或更高。其缺點是要求發(fā)送時鐘和接收時鐘保持嚴格同步。同步字符數(shù) 據(jù)字符1數(shù) 據(jù)字符2數(shù)據(jù)字符n-1數(shù) 據(jù)字符n校 驗字 符(校驗字符) 異步通信(Asynchronous Communication) 在異步通信中，數(shù)據(jù)通常是以字符或字節(jié)為單位組成數(shù)據(jù)幀進行傳送的。收、發(fā)端各有一套彼此獨立，互不同步的通信機構(gòu)，由于收發(fā)數(shù)據(jù)的幀格式相同，因此可以相互識別接收到的數(shù)據(jù)信息。CAN 總線系統(tǒng)-基礎概念CAN 總線系統(tǒng)-基礎

7、概念串行通信的制式 在串行通信中，數(shù)據(jù)是在兩個站之間傳送的。按照數(shù)據(jù)傳送方向，串行通信可分為三種制式。 1. 單工制式(Simplex) 單工制式是指甲乙雙方通信只能單向傳送數(shù)據(jù)。發(fā)送器A接收器B圖9.5 單工制式 2. 半雙工制式(Half duplex) 半雙工制式是指通信雙方都具有發(fā)送器和接收器，雙方既可發(fā)送也可接收，但接收和發(fā)送不能同時進行，即發(fā)送時就不能接收，接收時就不能發(fā)送。發(fā)送接收發(fā)送接收A端B端 半雙工制式CAN 總線系統(tǒng)-基礎概念 3. 全雙工制式(Full duplex) 全雙工制式是指通信雙方均設有發(fā)送器和接收器，并且將信道劃分為發(fā)送信道和接收信道，兩端數(shù)據(jù)允許同時收發(fā)，

8、因此通信效率比前兩種高。發(fā)送接收接收發(fā)送A端B端全雙工制式CAN 總線系統(tǒng)-基礎概念 串行通信的校驗 串行通信的目的不只是傳送數(shù)據(jù)信息，更重要的是應確保準確無誤地傳送。因此必須考慮在通信過程中對數(shù)據(jù)差錯進行校驗，因為差錯校驗是保證準確無誤地通信的關鍵。常用差錯校驗方法有奇偶校驗、累加和校驗以及循環(huán)冗余碼校驗等。CAN 總線系統(tǒng)-基礎概念1. 奇偶校驗 奇偶校驗的特點是按字符校驗，即在發(fā)送每個字符數(shù)據(jù)之后都附加一位奇偶校驗位(1或0),當設置為奇校驗時，數(shù)據(jù)中1的個數(shù)與校驗位1的個數(shù)之和應為奇數(shù)；反之則為偶校驗。 奇偶校驗只能檢測到那種影響奇位數(shù)的錯誤，比較低級且速度慢，一般只用在異步通信中。C

9、AN 總線系統(tǒng)-基礎概念2. 累加和校驗 累加和校驗是指發(fā)送方將所發(fā)送的數(shù)據(jù)塊求和，并將“校驗和”附加到數(shù)據(jù)塊末尾。接收方接收數(shù)據(jù)時也是先對數(shù)據(jù)塊求和，將所得結(jié)果與發(fā)送方的“校驗和”進行比較，若兩者相同，表示傳送正確，若不同則表示傳送出了差錯。“校驗和”的加法運算可用邏輯加，也可用算術加。累加和校驗的缺點是無法檢驗出字節(jié)或位序的錯誤。CAN 總線系統(tǒng)-基礎概念3. 循環(huán)冗余碼校驗(CRC) 循環(huán)冗余碼校驗的基本原理是將一個數(shù)據(jù)塊看成一個位數(shù)很長的二進制數(shù)，然后用一個特定的數(shù)去除它，將余數(shù)作校驗碼附在數(shù)據(jù)塊之后一起發(fā)送。接收端收到該數(shù)據(jù)塊和校驗碼后，進行同樣的運算來校驗傳送是否出錯。 目前CRC

10、已廣泛用于數(shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)通信中，并在國際上形成規(guī)范，市面上已有不少現(xiàn)成的CRC軟件算法。CAN 總線系統(tǒng)-基礎概念CAN 總線系統(tǒng)-基礎概念CAN 總線串行CRC同步半雙工CAN 總線系統(tǒng)-基礎概念位速率:指總線的通信傳輸速率，單位是位/秒(bit/s) 。在CAN總線中一般用的單位是kbit/s 。注意:CAN總線的最高位速率和通信距離相關。CAN 總線組成CAN 總線硬件軟件CAN 總線組成數(shù)據(jù)傳輸線數(shù)據(jù)傳輸終端數(shù)據(jù)傳輸終端通信節(jié)點通信節(jié)點CAN 總線組成-硬件（導線）傳輸線:兩條扭絞在一起的導線稱為雙絞線，兩條導線分別叫CAN-High和CAN-Low線，或者簡稱CAN-H和CAN-L。

11、CAN 總線組成-硬件（導線）+1V-1V外界的干擾同時作用于兩根導線產(chǎn)生的電磁波輻射相互抵消0 V為什么要使用雙絞線呢？生產(chǎn)麻煩還浪費材料。CAN 總線組成-硬件（導線）為了減少干擾， CAN-Bus的傳輸線采用雙絞線，其絞距為20mm，截面積為mm2或0.5mm2 。CAN 總線組成-硬件（導線）修理要求：修理時不能有大于50mm的線段不絞合。 修理點之間的距離至少要相隔100 mm，以避免干擾。CAN 總線組成-硬件（導線信號）導線上的具體是什么樣的電信號呢？CAN總線上應該出現(xiàn)的只有0和1信號。通過兩條信號線上電壓差的大小來表示0和1，即差分電壓傳輸。 信號= CAN_H - CAN_

12、L37CAN 總線組成-硬件（導線信號）CAN-H的高電平為：伏CAN-H的低電平為：伏CAN-L的高電平為伏CAN-L的低電平為：伏邏輯“1”電壓差邏輯“0”：電壓差驅(qū)動性CAN總線電壓信號（大眾）38CAN 總線組成-硬件（導線信號）39差分傳輸抗干擾具有很強的能力CAN 總線組成-硬件（導線信號）由于CAN-H線和CAN-L線是緊密的放置在一起的，所以干擾脈沖X就總是有規(guī)律地同時作用在兩條線上。40差分傳輸抗干擾具有很強的能力CAN 總線組成-硬件（導線信號）由于差動信號放大器總是用CAN-H線上的電壓（3.5V-X)減去CAN-L線上的電壓(1.5V-X)，因此在經(jīng)過處理后,差動信號中

13、就不再有干擾脈沖了.信號 = (3.5 - X) - (1.5 - X) = 2V線路的改裝和重新布置時必須要將一對CAN總線放置在一起。41CAN 總線組成-硬件（導線信號）CAN-H的高電平為：伏CAN-H的低電平為：0伏CAN-L的高電平為伏CAN-L的低電平為：伏邏輯“1”：CAN-H =0V CAN-L =5V電壓差= 0V-5V =-5V邏輯“0”：電壓差舒適性CAN總線電壓信號（大眾）42CAN 總線組成-硬件（導線信號）奔馳CAN總線電壓信號CAN-H的高電平為：伏CAN-H的低電平為：伏CAN-L的高電平為伏CAN-L的低電平為：伏邏輯“1”：電壓差邏輯“0”：電壓差43CA

14、N 總線組成-硬件（數(shù)據(jù)傳輸終端）數(shù)據(jù)傳輸線數(shù)據(jù)傳輸終端數(shù)據(jù)傳輸終端通信節(jié)點通信節(jié)點數(shù)據(jù)傳輸終端實際上就是兩個阻抗為120歐姆的電阻，也稱為終端電阻。總線上的總阻抗大概是60-70歐姆左右。終端電阻的大小和傳輸線相關。44CAN 總線組成-硬件（數(shù)據(jù)傳輸終端）45CAN 總線組成-硬件（數(shù)據(jù)傳輸終端）沒有正確匹配的波形46CAN 總線組成-硬件（數(shù)據(jù)傳輸終端）數(shù)據(jù)傳輸終端為了保證傳輸信號不發(fā)生變形，保證通信的順利進行。沒有正確匹配的波形CAN 總線組成-硬件（分支線）數(shù)據(jù)傳輸線數(shù)據(jù)傳輸終端數(shù)據(jù)傳輸終端通信節(jié)點通信節(jié)點分支線的長度不能太長，一般要去不要超過6M48CAN 總線組成-硬件（通信節(jié)點

15、）數(shù)據(jù)傳輸線數(shù)據(jù)傳輸終端數(shù)據(jù)傳輸終端通信節(jié)點通信節(jié)點通信節(jié)點：總線上數(shù)據(jù)通信的發(fā)起者和接受者。在汽車上CAN總線的通信節(jié)點一般是各種電腦，例如：發(fā)動機控制電腦、自動變速器電腦、ESP電腦、燈光組合開關電腦、儀表電腦等等。49傳感器執(zhí)行元件模塊控制器CAN控制器CAN收發(fā)器TXRX汽車電腦CAN 總線組成-硬件（通信節(jié)點）傳感器執(zhí)行元件模塊控制器CAN控制器CAN收發(fā)器TXRX汽車電腦CAN-HCAN-L50傳感器執(zhí)行元件模塊控制器CAN控制器CAN收發(fā)器TXRXCAN 總線組成-硬件（通信節(jié)點）傳感器執(zhí)行元件模塊控制器CAN控制器CAN收發(fā)器TXRX51CAN 總線組成-軟件軟件：就是通信規(guī)則

16、，我們也稱為通信協(xié)議。例如：規(guī)定通信的速度是多快，規(guī)定通信的格式，規(guī)定通信的優(yōu)先級等等。52CAN 總線組成-軟件（多主通信）所有控制單元都具有相同的條件，即每一個節(jié)點的權(quán)利相同都能占用總線（發(fā)送和接收）。SG 1轉(zhuǎn)向柱傳感器發(fā)送/接收SG 2制動器控制單元SG 3發(fā)動機控制單元SG 4變速箱控制單元CAN-Bus發(fā)送/接收發(fā)送/接收發(fā)送/接收利用CSMA/CA 原理來實現(xiàn)多主通信。53CAN 總線組成-軟件（廣播通信）總線上的所有模塊都能接受到發(fā)送模塊送發(fā)送的信息。54CAN 總線組成-軟件（廣播通信）總線上的所有模塊都能接受到發(fā)送模塊送發(fā)送的信息。標示符I仲裁域12控制域6數(shù)據(jù)域8N64C

17、RC校驗域15結(jié)束域70000111111111CAN 總線組成-軟件（幀結(jié)構(gòu)）CAN 總線組成-軟件（幀結(jié)構(gòu)）CAN 總線組成-軟件（優(yōu)先級）自動箱控制單元ABS控制單元發(fā)動機控制單元優(yōu)先權(quán)？Data bus wires優(yōu)先權(quán)控制單元.信息傳遞1234ABS/EDL control unitEngine control unitdata protocol No. 1Engine control unitdata protocol No. 2Automatic gearbox control unit- Engine Braking Ctrl. - Traction Control requi

18、rement- Engine speed- Throttle valve position- Kickdown- Coolant temperature- Vehicle speed- Selector lever position- Gearbox in emergency running- Driving range changeCAN 總線組成-軟件（優(yōu)先級）CAN 總線組成-軟件（仲裁功能）仲裁功能：如果2個或2個以上的單元同時開始傳送報文，那么就會有總線訪問沖突，仲裁的機制確保了報文和時間均不損失，保證高優(yōu)先級數(shù)據(jù)的順利傳輸。不同數(shù)據(jù)的優(yōu)先級實際上通過仲裁功能來實現(xiàn)的。CAN 總線組

19、成-軟件（仲裁功能）總結(jié)：邏輯電平“0”，總能占據(jù)總線，發(fā)送成功。CAN 總線組成-軟件（仲裁功能）仲裁丟失：仲裁期間，每一個發(fā)送器都對發(fā)送位的電平與被監(jiān)控的總線電平進行比較。如果電平相同，則這個單元可以繼續(xù)發(fā)送。如果發(fā)送的是邏輯電平“1”而監(jiān)視的是邏輯電平“0” ，那么單元就失去了仲裁，必須退出發(fā)送狀態(tài)。CAN 總線組成-軟件（仲裁功能）CAN 總線組成-軟件（仲裁功能）ABS/EDS 控制單元發(fā)動機控制單元自動變速器控制單元數(shù)據(jù)總線線路低位高位發(fā)動機控制單元發(fā)送失敗自動變速器控制單元發(fā)送失敗標識符越小優(yōu)先級越高，標識符為“0000000000”的數(shù)據(jù)報文是所有可能出現(xiàn)的報文中優(yōu)先級最搞的。

20、CAN 總線組成-軟件（數(shù)據(jù)類型）數(shù)據(jù)類型數(shù)據(jù)幀過載幀遠程幀錯誤幀CAN 總線組成-軟件（數(shù)據(jù)類型）數(shù)據(jù)幀：數(shù)據(jù)幀將數(shù)據(jù)從發(fā)送器傳輸?shù)浇邮掌鳌AN 總線組成-軟件（數(shù)據(jù)類型）遠程幀：總線單元發(fā)出遠程幀，請求發(fā)送具有同一標識符的數(shù)據(jù)幀。CAN 總線組成-軟件（數(shù)據(jù)類型）錯誤幀：數(shù)據(jù)幀將數(shù)據(jù)從發(fā)送器傳輸?shù)浇邮掌鳌AN 總線組成-軟件（數(shù)據(jù)類型）過載幀：過載幀用于在先行和后續(xù)數(shù)據(jù)幀（或遠程幀）之間提供一附加的延時。CAN 總線組成-軟件（錯誤重傳）錯誤重傳功能：當某一通信節(jié)點發(fā)送一個數(shù)據(jù)幀之后，它必須接受到一個應答信號，才認為發(fā)送已經(jīng)成功，否則該通訊節(jié)點重發(fā)該數(shù)據(jù)幀。目的：在存在干擾的情況下，盡

21、可能的保證通訊能夠成功。CAN 總線組成-軟件（錯誤斷開）錯誤斷開功能：當某一通信節(jié)點出現(xiàn)一定次數(shù)的通信錯誤后，能主動從總線上退出。相當于該節(jié)點從物理上同總線斷開連接。目的：防止通信出錯的節(jié)點對總線上其它節(jié)點的產(chǎn)生影響，保證總線上剩下的節(jié)點能正常通信。CAN 總線-應用金龍奔馳尼奧普蘭CAN 總線-應用大眾公司首次在97年PASSAT的舒適系統(tǒng)上采用了傳送速率為的Canbus。98年在PASSAT和GOLF的驅(qū)動系統(tǒng)上增加了Canbus，傳送速率為500Kbit/m。CAN 總線-應用2000年，大眾公司在PASSAT和GOLF采用了帶有網(wǎng)關的第二代Canbus。2001年，大眾公司提高了Ca

22、nbus的設計標準，將舒適系統(tǒng)Canbus提高到100Kbit/m, 驅(qū)動系統(tǒng)提高到500Kbit/m。CAN 總線-應用2002年，大眾集團在新PQ24平臺上使用帶有車載網(wǎng)絡控制單元的第三代Canbus。2003年，大眾集團在新PQ35平臺上使用五重結(jié)構(gòu)的Canbus系統(tǒng)，并且出現(xiàn)了單線的LIN-BUS。CAN 總線-應用實例CAN 總線-應用實例奧迪A8車載網(wǎng)絡驅(qū)動CAN車距調(diào)節(jié)CAN舒適CAN儀表CAN診斷CANCAN 總線-應用實例寶馬車載網(wǎng)絡具體說明見PPT附件CAN 總線-應用實例奔馳部分車載網(wǎng)絡CAN 總線-應用實例CAN 總線系統(tǒng)-網(wǎng)關由于電壓電平和通信速度不同，所以在CAN驅(qū)

23、動總線和CAN舒適總線之間無法直接通信。 需要在這兩個系統(tǒng)之間能完成一個轉(zhuǎn)換。這個轉(zhuǎn)換過程是通過所謂的網(wǎng)關來實現(xiàn)的。根據(jù)車輛的不同網(wǎng)關可能安裝在組合儀表內(nèi)或者其他電腦單元內(nèi)。 由于通過CAN數(shù)據(jù)總線的所有信息都供網(wǎng)關使用，所以網(wǎng)關也用作診斷接口。CAN1網(wǎng)關CAN2100 毫秒數(shù)據(jù)協(xié)議的轉(zhuǎn)換舒適 / 便利功能系統(tǒng) CAN驅(qū)動系統(tǒng) CANCAN 總線系統(tǒng)-網(wǎng)關發(fā)送器接受器網(wǎng)關CAN 總線系統(tǒng)-網(wǎng)關CAN 總線系統(tǒng)-應用實例說明奔馳W220雨刷控制CAN 總線系統(tǒng)-應用實例說明組合開關電腦CAN奔馳W220雨刷控制CAN 總線-波形分析（舒適CAN總線）大眾舒適CAN標準波形:CAN-H的高電平為

24、：伏CAN-H的低電平為：0伏CAN-L的高電平為伏CAN-L的低電平為：伏大眾舒適CAN標準波形:CAN-H的高電平為：伏CAN-H的低電平為：0伏CAN-L的高電平為伏CAN-L的低電平為：伏CAN 總線-波形分析（舒適CAN總線）CAN 總線-波形分析（舒適CAN總線）分析過程：舒適CAN low（綠線）為端電壓（0V)結(jié)論：舒適CAN low對地短路CAN 總線-波形分析（舒適CAN總線）分析過程：舒適CAN low（綠線）為端電壓（12V)結(jié)論：舒適CAN low對正極短路CAN 總線-波形分析（舒適CAN總線）分析過程：舒適CAN -H（黃線）為端電壓（0V)結(jié)論：舒適CAN -H對地短路CAN 總線-波形分析（舒適CAN總線）分析過程：舒適CAN low（綠線）偶爾波形正常，偶爾為5V。結(jié)論：舒適CAN low出現(xiàn)斷路CAN 總線-波形分析（舒適CAN總線）分析過程：舒適CAN low（綠線）出現(xiàn)端電壓（12V)結(jié)論：舒適CAN low 對正極短路，帶電阻CAN 總線-波形分析（舒適CAN總線）分析過程：舒適CAN high和low輸出信號波形一樣結(jié)論：舒適的high 和low互短CAN 總線-波形分析（驅(qū)動CAN總線）大眾驅(qū)動CAN總線標準波形:CAN-H的高電平為：伏CAN-H的低電平為：伏CAN-L的高電平為伏CAN-L的低電平為：伏分析過程：舒適