原创CAN总线发展历.doc

原创 CAN 总线发展历1986年2月RobertBosch公司在SAE汽车工程协会大会上先容了一种新型的串行总线CAN控制器局域网,那是CAN诞生的时刻今天在欧洲几乎每一辆新客车均装配有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产业控制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控制器投进应用2000年市场销售超过1亿个CAN器件在1980年的早些时候Bosch公司的工程师就开始论证当时的串行总线用于客车系统的可行性由于没有一种现成的网络方案能够完全满足汽车工程师们的要求于是在1983年初UweKiencke开始研究一种新的串行总线新总线的主要方向是增加新功能减少电气连接线使其能够用于产品而非用于驱动技术来自Mercedes-Benz的工程师较早制定了总线的状态说明而Intel也预备作为半导体生产的主要厂商当时聘请的顾问之一是来自于德国Braunschweig-Wolfenbttel的AppliedScience大学教授WolfhardLawrenz博士给出了新网络方案的名字ControllerAreaNetwork,简称CAN来自Karlsruhe大学的教授HorstWettstein博士也提供了理论支持1986年2月CAN诞生了在底特律的汽车工程协会大会上由Bosch公司研究的新总线系统被称为汽车串行控制器局域网SiegfriedDais和MartinLitschel分别先容了这种多主网络方案此方案基于非破坏性的仲裁机制能够确保高优先级报文的无延迟传输并且不需要在总线上设置主控制器此外CAN之父上述几位教授和Bosch公司的WolfgangBorstWolfgangBotzenhardOttoKarlHelmutSchellingJanUnruh已经实现了数种在CAN中的错误检测机制该错误检测也包括自动断开故障节点功能以确保能继续进行剩余节点之间的通讯传输的报文并非根据报文发送器/接收器的节点地址识别几乎其它的总线都是如此而是根据报文的内容识别同时用于识别报文的标识符也规定了该报文在系统中的优先级当关于这种革新的通讯方案的大部分文字内容制定之后于1987年中期Intel提前计划2个月交付了首枚CAN控制器这是CAN方案首次通过硬件实现仅仅用了四年的时间设想就变成了现实不久之后Philips半导体推出了82C200这两枚最先的CAN控制器在验收滤波和报文控制方面有很多不同一方面由Intel主推的FullCAN比由Philips主推的BasicCAN占用较少的CPU载荷另一方面FullCAN器件所能接收的报文数目相对受到限制BasicCAN控制器仅需较少的硅晶体今天的CAN控制器中孙子辈们在同一模块中的验收滤波和报文控制方面仍有相当的不同制造出BasicCAN和FullCAN两大阵营标准化与一致性在1990年早些时候BoschCAN规范CAN2.0版被提交给国际标准化组织在数次行政讨论之后应一些主要的法国汽车厂商要求增加了VehicleAreaNetworkVAN内容并于1993年11月出版了CAN的国际标准ISO除了CAN协议外它也规定了最高至1Mbps波特率时的物理层同时在国际标准ISO-2中也规定了CAN数据传输中的容错方法1995年国际标准ISO进行了扩展以附录的形式说明了29位CAN标识符但令人伤心的是所有出版的CAN规范均包含错误或者不完整因此为避免出现不兼容的CAN应用Bosch公司一直在进行验证CAN芯片是否基于Bosch的CAN参考模型的工件此外几年来在Lawrenz教授领导下位于德国Braunschweig/Wolfenbttel的AppliedScience大学进行CAN的一致性测试测试模式基于国际标准测试规范ISO广州周立功单片机发展有限公司CANbus实验室Tel：Fax：-2-当前修订的CAN规范正在标准化中ISO-1称为CAN数据链路层ISO-2称为非容错CAN物理层ISO-3称为容错CAN物理层国际标准ISO卡车和拖车接口和ISO农业和森林机械都在美国标准J1939的基础上定义了基于CAN应用的子协议但是它们并不完整CAN先行者的发展尽管当初研究CAN的出发点是应用于客车系统但CAN的第一个市场应用却来自于其他领域特别是在北欧CAN早已得到非常普遍的应用在荷兰电梯厂商Kone使用CAN总线瑞士工程办公室Kvaser已建议将CAN应用至一些纺织机械厂LindauerDornier和Sulzer并由他们提供机器的通讯协议这一领域中在Lars-BernoFredriksson的领导下公司建立了CAN纺织机械用户团体到1989年他们已研究出通讯原理并于1990年早期帮助建立CANKingdom开发环境尽管CANKingdom并不是一种基于OSI参考模型的应用层但它被以为是基于CAN的高层协议的原型在荷兰Philips医疗系统决定使用CAN构成X光机的内部网络成为CAN的产业用户主要由TomSuters发表的Philips报文规范PMS提出了CAN网络的第一个应用层来自德国Weingarten的Applied Science大学教授KonradEtschberger博士也持同样的观点他治理SteinbeisTransferCenterforProcessAutomationStzp公司现在更名为IXXATAutomation公司并开发出一个类似的方案不管如何第一个高层协议正在形成大多数CAN的先行者使用单片电路的方法通讯功能网络治理应用代码组合在同一个软件之中即使一些用户有较多的标准模块可供利用但面对所有的解决方案他们也一定存在着缺陷必须持续稳定地发展CAN的高层协议即使在今天仍然有部分用户低估这个题目在1990年的早些时候开始筹划成立一个用户组织从而将不同的解决方案标准化在1992年初的几个月里当时VMEbus杂志的主管出版社FranzisHolgerZeltwanger将用户和厂商集中在一起讨论建立一个促进CAN技术发展的中立平台同时也针对串行总线市场进行分析1992年5月CiACANinAutomation用户团体正式成立仅在几个星期后CiA即发表了第一份技术杂志那是关于物理层的CiA推荐仅使用遵循ISO的CAN收发器到现在为止在当时的CAN网络中使用非常普遍但并不兼容的RS-485收发器已基本消失尽管它也是厂商提供的CiA的首批任务之一是规定CAN的应用层根据Philips医疗系统PMS和Stzp所提供的内容依靠其余CiA会员的协助CALCAN应用层也称为绿皮书诞生了在制定CAN应用规范时CiA的一个主要任务是进行CAN专家和其他CAN学习者之间的信息交流因此从1994年起CiA每年召开一次国际CAN会议iCC另外一个理论的方法是鉴戒于LAV一个农业的交通工具协会在1980年晚些时候开始一个基于CAN的农业交通工具总线系统LBS被制定出但在工作终极完成前国际标准化委员会决定改向支持US解决方案J1939这也是一个基于CAN的应用子协议由SAE的TruckandBus协会制定J1939是一个非模块化的方案简单易学但灵活性很差从理论到实践当然生产CAN模块集成器件的15家半导体厂商主要聚焦于汽车产业从1990年中期起Infineon公司和Motorola公司已向欧洲的客车厂商提供了大量的CAN控制器作为下一波从1990年后期起远东的半导体厂商也开始提供CAN控制器1994年NEC推出了传说中的CAN芯片但是这一步太早了当时这个器件并不能投进使用从1992年起Mercedes-Benz奔驰开始在他们的高级客车中使用CAN技术第一步使用电子控制器通过CAN对发动机进行治理第二步使用控制器接收人们的操纵信号这就使用了2个物理上独立的CAN总线系统它们通过网关连接其他的客车厂商也纷纷赶来斯图加特学习在他们的客车上也使用2广州周立功单片机发展有限公司CANbus实验室Tel：0Fax：-2-当前修订的CAN规范正在标准化中ISO-1称为CAN数据链路层ISO-2称为非容错CAN物理层ISO-3称为容错CAN物理层国际标准ISO卡车和拖车接口和ISO农业和森林机械都在美国标准J1939的基础上定义了基于CAN应用的子协议但是它们并不完整CAN先行者的发展尽管当初研究CAN的出发点是应用于客车系统但CAN的第一个市场应用却来自于其他领域特别是在北欧CAN早已得到非常普遍的应用在荷兰电梯厂商Kone使用CAN总线瑞士工程办公室Kvaser已建议将CAN应用至一些纺织机械厂LindauerDornier和Sulzer并由他们提供机器的通讯协议这一领域中在Lars-BernoFredriksson的领导下公司建立了CAN纺织机械用户团体到1989年他们已研究出通讯原理并于1990年早期帮助建立CANKingdom开发环境尽管CANKingdom并不是一种基于OSI参考模型的应用层但它被以为是基于CAN的高层协议的原型在荷兰Philips医疗系统决定使用CAN构成X光机的内部网络成为CAN的产业用户主要由TomSuters发表的Philips报文规范PMS提出了CAN网络的第一个应用层来自德国Weingarten的Applied Science大学教授KonradEtschberger博士也持同样的观点他治理SteinbeisTransferCenterforProcessAutomationStzp公司现在更名为IXXATAutomation公司并开发出一个类似的方案不管如何第一个高层协议正在形成大多数CAN的先行者使用单片电路的方法通讯功能网络治理应用代码组合在同一个软件之中即使一些用户有较多的标准模块可供利用但面对所有的解决方案他们也一定存在着缺陷必须持续稳定地发展CAN的高层协议即使在今天仍然有部分用户低估这个题目在1990年的早些时候开始筹划成立一个用户组织从而将不同的解决方案标准化在1992年初的几个月里当时VMEbus杂志的主管出版社FranzisHolgerZeltwanger将用户和厂商集中在一起讨论建立一个促进CAN技术发展的中立平台同时也针对串行总线市场进行分析1992年5月CiACANinAutomation用户团体正式成立仅在几个星期后CiA即发表了第一份技术杂志那是关于物理层的CiA推荐仅使用遵循ISO的CAN收发器到现在为止在当时的CAN网络中使用非常普遍但并不兼容的RS-485收发器已基本消失尽管它也是厂商提供的CiA的首批任务之一是规定CAN的应用层根据Philips医疗系统PMS和Stzp所提供的内容依靠其余CiA会员的协助CALCAN应用层也称为绿皮书诞生了在制定CAN应用规范时CiA的一个主要任务是进行CAN专家和其他CAN学习者之间的信息交流因此从1994年起CiA每年召开一次国际CAN会议iCC另外一个理论的方法是鉴戒于LAV一个农业的交通工具协会在1980年晚些时候开始一个基于CAN的农业交通工具总线系统LBS被制定出但在工作终极完成前国际标准化委员会决定改向支持US解决方案J1939这也是一个基于CAN的应用子协议由SAE的TruckandBus协会制定J1939是一个非模块化的方案简单易学但灵活性很差从理论到实践当然生产CAN模块集成器件的15家半导体厂商主要聚焦于汽车产业从1990年中期起Infineon公司和Motorola公司已向欧洲的客车厂商提供了大量的CAN控制器作为下一波从1990年后期起远东的半导体厂商也开始提供CAN控制器1994年NEC推出了传说中的CAN芯片但是这一步太早了当时这个器件并不能投进使用从1992年起Mercedes-Benz奔驰开始在他们的高级客车中使用CAN技术第一步使用电子控制器通过CAN对发动机进行治理第二步使用控制器接收人们的操纵信号这就使用了2个物理上独立的CAN总线系统它们通过网关连接其他的客车厂商也纷纷赶来斯图加特学习在他们的客车上也使用2广州周立功单片机发展有限公司CANbus实验室Tel：0Fax：-2-当前修订的CAN规范正在标准化中ISO-1称为CAN数据链路层ISO-2称为非容错CAN物理层ISO-3称为容错CAN物理层国际标准ISO卡车和拖车接口和ISO农业和森林机械都在美国标准J1939的基础上定义了基于CAN应用的子协议但是它们并不完整CAN先行者的发展尽管当初研究CAN的出发点是应用于客车系统但CAN的第一个市场应用却来自于其他领域特别是在北欧CAN早已得到非常普遍的应用在荷兰电梯厂商Kone使用CAN总线瑞士工程办公室Kvaser已建议将CAN应用至一些纺织机械厂LindauerDornier和Sulzer并由他们提供机器的通讯协议这一领域中在Lars-BernoFredriksson的领导下公司建立了CAN纺织机械用户团体到1989年他们已研究出通讯原理并于1990年早期帮助建立CANKingdom开发环境尽管CANKingdom并不是一种基于OSI参考模型的应用层但它被以为是基于CAN的高层协议的原型在荷兰Philips医疗系统决定使用CAN构成X光机的内部网络成为CAN的产业用户主要由TomSuters发表的Philips报文规范PMS提出了CAN网络的第一个应用层来自德国Weingarten的Applied Science大学教授KonradEtschberger博士也持同样的观点他治理SteinbeisTransferCenterforProcessAutomationStzp公司现在更名为IXXATAutomation公司并开发出一个类似的方案不管如何第一个高层协议正在形成大多数CAN的先行者使用单片电路的方法通讯功能网络治理应用代码组合在同一个软件之中即使一些用户有较多的标准模块可供利用但面对所有的解决方案他们也一定存在着缺陷必须持续稳定地发展CAN的高层协议即使在今天仍然有部分用户低估这个题目在1990年的早些时候开始筹划成立一个用户组织从而将不同的解决方案标准化在1992年初的几个月里当时VMEbus杂志的主管出版社FranzisHolgerZeltwanger将用户和厂商集中在一起讨论建立一个促进CAN技术发展的中立平台同时也针对串行总线市场进行分析1 992年5月CiACANinAutomation用户团体正式成立仅在几个星期后CiA即发表了第一份技术杂志那是关于物理层的CiA推荐仅使用遵循ISO的CAN收发器到现在为止在当时的CAN网络中使用非常普遍但并不兼容的RS-485收发器已基本消失尽管它也是厂商提供的CiA的首批任务之一是规定CAN的应用层根据Philips医疗系统PMS和Stzp所提供的内容依靠其余CiA会员的协助CALCAN应用层也称为绿皮书诞生了在制定CAN应用规范时CiA的一个主要任务是进行CAN专家和其他CAN学习者之间的信息交流因此从1994年起CiA每年召开一次国际CAN会议iCC另外一个理论的方法是鉴戒于LAV一个农业的交通工具协会在1980年晚些时候开始一个基于CAN的农业交通工具总线系统LBS被制定出但在工作终极完成前国际标准化委员会决定改向支持US解决方案J1939这也是一个基于CAN的应用子协议由SAE的TruckandBus协会制定J1939是一个非模块化的方案简单易学但灵活性很差从理论到实践当然生产CAN模块集成器件的15家半导体厂商主要聚焦于汽车产业从1990年中期起Infineon公司和Motorola公司已向欧洲的客车厂商提供了大量的CAN控制器作为下一波从1990年后期起远东的半导体厂商也开始提供CAN控制器1994年NEC推出了传说中的CAN芯片但是这一步太早了当时这个器件并不能投进使用从1992年起Mercedes-Benz奔驰开始在他们的高级客车中使用CAN技术第一步使用电子控制器通过CAN对发动机进行治理第二步使用控制器接收人们的操纵信号这就使用了2个物理上独立的CAN总线系统它们通过网关连接其他的客车厂商也纷纷赶来斯图加特学习在他们的客车上也使用2广州周立功单片机发展有限公司CANbus实验室Tel：0Fax：-3-套CAN总线系统现在继VolvoSaabVolkswagenBMW之后Renault和Fiat也开始在他们的汽车上使用CAN总线在1990的早些时候美国俄亥俄州的机械工程公司的工程师们与Allen-Bradley公司Honeywell微型开关公司开始了一个合资项目内容是基于CAN的通讯与控制但是不久之后项目组的重要成员离开合资项目终止但Allen-Bradley公司和Honeywell公司各自继续从事这项工作这导致产生了两个高层协议DeviceNet和SmartDistributedSystemSDS而且这2个协议在较低层的通讯层上非常相似在1994年早些时候Allen-Bradley将DeviceNet规范移交给专职推广DeviceNet的组织OpenDeviceNet VendorAssociationODVA而Honeywell则放弃了在SDS方面的努力使得SDS更象Honeywell公司的内部解决方案DeviceNet特别为工厂自动控制而定制因此使其成为类似Profibus-DP和Interbus协议的有力竞争者倘若仅从即插即用的功能考虑DeviceNet已经成为美国特定应用领域中的领导者在欧洲一些公司在尝试使用CAL尽管CAL在理论上正确并在产业上可以投进应用但每个用户都必须设计一个新的子协议由于CAL是一个真正的应用层CAL可以被看作一个应用CAN方案的必要理论步骤但在这一领域它不会被推广从1993年起在EspritprojectASPIC范围内由Bosch领导的欧洲协会研究出一个原型由此发展成为CANopen它是一个基于CAL的子协议用于产品部件的内部网络控制在理论方面来自德国Reutlingen的AppliedScience大学教授GerhardGruhler博士和来自NewcastleUK大学的MohammedFarsi积极参与均是其中最成功的活跃分子之一在项目完成之后CANopen规范移交给CiA组织由其进行维护与发展在1995年CiA发表了完整版的CANopen通讯子协议仅仅用了5年的时间它已成为全欧洲最重要的嵌进式网络标准CANopen不仅定义了应用层和通讯子协议也为可编程系统不同器件接口应用子协议定义了页状态这也就是产业领域比如打印机海事应用医疗系统决定使用CANopen的一个重要原因DeviceNet