汽车控制器局域网技术规范及应用.doc

汽车控制器局域网技术规范及应用目鞭辑:孕职化e.-m.a.i.l:.!竺!竺竺竺竺竺:!兰汽车电子汽车控制器局域网技术规范露癣technicalspecificationandapplicationofcontrollerareanetworkonautomobile中国电子技术标准化研究所姚蔚利摘要通过阐述can总线的特点)losl参考模型为基础的分层结构,对can的高层协议进行了对比,并介绍了基于can总线的saej1939通信标准,分析了can总线有关器件及其在汽车网络通信系统中的实际应用情况.关键词控制器局域网技术规范汽车网络通信应用abstract:throughexplainingthecharacteristicofcanbusandthehierarchicalstructurebasedonoslconsultingmodels,thispapercomparestheseniorprotocolofcan,introducessaej1939communicationstandardbasedoncanbus,andanalysesthatthecomponentsandthepracticalapplicationsituationofcanbusinautomobilenetworkcommunicationsystem.keywords:controllerareanetwork;technicalspecification;automobilenetworkcommunication;application1can总线的特点控制器局域网简称can(controllerareanetwork),由德国bosch公司在2o世纪8o年代初为汽车监测,控制系统而提出,随后,intel和philips先后推出了can控制器.can属于总线式串行通信网络,由于其采用了许多新技术及独特的设计,与一般的通信总线相比,can总线的数据通信具有突出的可靠性,实时性和灵活性,概括如下:(1)can总线采用多主方式工作,节点不分主从均可主动向其他节点发送信息,通过报文滤波即可实现点一点对多点及全局广播等几种方式传送数据,任一节现问题不会导致整个网络瘫痪.(2)can总线采用循环冗余校验进行差错检测,按误处理机制进行差错校正,报文出错概率不大于4.710(3)can总线采用载波侦听/多路访问/冲突检钡制实现对总线的访问,可以较好地解决总线冲突的问其响应时间较短,且随着节点数的增加而变化不大.2008年第12期信息技术s标准化:http:/www.its.cesi.crl(4)can总线采用的是不归零制编码方式,须添加时钟信号以保证传输同步,信号传输功率较小,当最大数据传输速率为1mb/s时,总线最大长度为4o米,其传输介质为双绞线,光纤或同轴电缆.(5)can总线的通信无需站地址等节点信息,最大可挂接节点数理论上不受n?0j而主要取决于总线驱动电路,节点的增减不需对系统进行修改,系统扩充灵活.2can的分层结构2.1osl参考模型在开放系统的环境下,可以用不同厂家的产品作为组成部件来构成系统,也可以在不同厂家生产的相同功能的产品之间实现互换.要实现列这样一个开放系统的有效配置,操作和部件替换,就必须满足一整套列接口,服务,协议的规范要求.同时,要实现开放系统,首先就要有公开而统一的规范描述及其实现方法.由于需求动力的驱动,促成了osl(opensysteminterconnection)参考模型的出现.osi参考模型将开放系统的通信功能划分为7个层次.各层协议细节的研究是各自独立进行的.osi参考模型分层的原则是将相似的功能集中在同一层内,功能差别较大时就分层处理,每层只列相邻的上,下层定义接口.从邻接物理媒体的层次开始,分别赋予1,2,7层的顺序编号,相应地称之为物理层,数据链路层,网络层,传输层,会话层,表示层和应用层.osi参考模型如图1所示.系统a系统b图1osi参考模型模型中的每一层利用其下一层提供的服务并为其上一信息技术与标准化2008年第12期_http:flwww.its.cesi.c层提供服务,而与其他层的具体实况无关.这里所谓的服务就是下一层向上一层提供的通信功能和层之间的会话规定.两个开放系统中的同等层之间的通信规则和约定称之为协议.通常,第13层功能称为低层功能,即通信传送功能,这是网络与终端均需具备的功能.第47层功能称为高层功能,即通信处理功能,通常需由终端来提供.2.2can的分层结构及功能1991年9月,bosch公司制定并发布了完整的can技术规范(version2.0),1993年11月,iso颁布了iso11898道路车辆一控制器局域网,使can总线正式成为一种标准化,规范化的官方现场总线协议.根据osi参考模型,can被分为如图2所示的几个不同层次.为保证can总线技术的开放性,上述can协议仅定义了物理层子协议和数据链路层子协议,并未对can总线结构体系中的应用层做出具体规定,用户可以按照各自的需要自行定义应用层子协议.因此,可以将上述can协议视为是can总线的基本协议.这也是can总线的应用基础.疲sajt939#canotzen(cia);devicenet等刑信息及状态处理i垃.亿恩剔逻辑链路控制予层ilc)接收滤波数过载通知恢复管理据媒体防问控制联(mac)报文分帧赶执仃fii救错哭娩f刚f1枥定路报殳捻故障器定毖赢篱【1f物位编码/解码理传输速率同步甚传输r图2can的分层结构和功能3can的高层协议许多组织在can基本协议的基础上按照自己的需要制定应用协议或标准.这些应用协议或标准均以can总线为核心,其物理层子协议和数据链路层子协议的大部分内容与can基本协议保持一致,只是出于制定者的特殊考虑对can基本协议中的某些规定使用了更严格的约束条件1lju1,1【kcl,uuy以保障特定场合中的数据传输.上述应用协议或标准中的层协议.典型的can总线高层协议有:saedl939,iso应用层子协议的内容各不相同,有的还对osl模型中的其他几层进行了定义,因此可以将它们视为是can总线的高11783,canopen,canaerospace,devicenet,nmea2000等,如表1所示.表1典型的can总线高层协议协议名称特征应用镊域为商用车辆和工程机械中各控制器之间的实时数据交换提saej1939车辆网络串行通信和控制商用车和工程机械供完整的方案农业和林业用拖拉机及机械设备ls011783适应农业工程机械的控制需要农业机械领域串行控制和通信数据网canoden控制器装置接口用的基于自动控制can嵌指定了标准通信机制和设备功能性,可以无经许可自由使用(en50325-4)is011898的工业通信系统人式系统can基于can总线的航空机载考虑航空航天领域里一些特殊的要求如:安全,认证,用航空电子和空间技术aerosdace设备通信总线户定义报文类型的开放性和简单应用基于一个面向目标的通信模型,包含7层子协议,可以无devicenet基于can总线的工业自动化协议自动控制,工业自动化经许可自由使用用于舰船电子设备的串行数据基于saej1939标准的can高层协议,适应各种船只nmea2000船舶领域通信网络的控制需要表2saej1939标准的组成标准号子标准名称子标准内窖给出本标准的通信结构,概括介绍各子标准,在附录中列出参数组号(pgn),源地址j1939车辆网络串行通信和控制(sa)和故障诊断代码(dtc)的编码定义j1939/o1路面设备控制和通信网络区别本网络与其他can应用网络的特性规定了本网络硬件应符合的标准,给出了网络最高通信速率为250kb/s,最多节点数j1939/11物理层,250kb/s,屏蔽双绞线为3o,总线最大长度为4o米等物理层特性和网络电气特性j1939/13非车载诊断连接器定义除车辆自诊断设备外其他诊断设备的接口格式简化物理层,250kb/s,非屏蔽j1939/15规定了使用中非屏蔽双绞线的物理层双绞线规定了本网络采用can29位扩展帧格式进行数据传输,采用基于优先权的总线仲裁方j1939/21数据链路层式,采用循环冗余校验检测错误等实现数据传输的要求j1939/31网络层规定了不同网络之间的相互连接规定了车辆控制诸参数的数据格式,包括:参数数据长度,分辨率,范围及类型,参数j1939/71车辆应用层组号,刷新率,默认优先权,数据场各位的含义等主要针对排放诊断要求,规定了12个诊断结果信息,附录中给出了三种错误模式标识j1939/73应用层一诊断符的定义j1939/74应用一可配置的报文规定了使用户通过网络定位和发送给其他人的报文架构规定了在电气动力生成和工业应用中主要配合监控发电机和区动设备的参数和参数组,j1939/75应用层一发电机组和工业这些参数和参数组可配合动力单元中的监控,如发动机,涡轮等j1939/81网络管理规定了连接在网络上的ecu的命名方法陶暖|saej1939是can高层协议中最重要,应用最广掏协议,其全称是车辆网络串行通信和控制协议.它采3an通信协议作为网络核心,按照osi模型通信的丢制定相关子标准,特别是在应用层子协议中对通信专输的有效信息作出了统一明确的定义,因而它属于n总线的高层协议.sae根据技术发展和应用状况期的对该标准进行更新,目前版本的saej1939隹共由12个子标准组成(见表2).saej1939标准的颁布与实施对汽车界有着重大的.首先,从车辆电子控制一体化的角度来讲,车辆上可一个电子控制系统都需要与其他电子控制系统进行通以实现智能控制,改善车辆性能;其次,从产业化的量讲,一种总线产品要有经济性,则必须进行标准化,遵硼络通信协议,采用单一通信标准能够极大地简化集成充的设计要求,有效地减少电子线束的数量,有利于提辆电子控制系统的灵活性,可靠性,可维修性和标准呈度,使得车辆控制技术真正走上网络化,集成化,模匕的道路.所以,目前saej1939标准已经成为世界车辆部件制造商均支持的重要通信标准,尤其在大客载重货车,特种车辆和工程机械中得到广泛的应用.接口部分的结构及方式存在一些差异.4.1独立式can控制器独立式can控制器是一种集成有can协议控制模块的单片机,它所有的处理器资源全都用于实现并管理can的协议规范所制定的通信功能,如philips的sja1000是一种在市场上比较常见的产品.4.2can单片机这是一种不仅嵌有can协议控制模块,还能完成其他控制任务的通用型单片机,如motoroia公司的mc68hc908gz系列,nec的78kos系列和philips的p87c591等.由于这些型号的can单片机主要供给大规模工业应用,所以一般市场上比较少见.4.3can控制器接口对于内部只有can控制器的微处理器芯片,为了进行can通信,还需要使用can接口电路,phiiips的pca82c250就是这样一个can控制器接口芯片.pca82c250是can控制器与物理总线之间的接口,它最初是为汽车高速通信的应用而设计的,可以提供对总线的差动发送和接收功能.can总线有关器件5can总线的应用can总线在各个领域的应用得到迅速发展,这使得许暑件厂商均推出各种can总线控制器件产品,而丰富廉勺can总线器件又进一步促进了can总线应用的迅速一.can的通信协议主要是由can控制器完成的.n控制器主要由can总线协议部分和微控制器接口部邑路组成.对于不同型号的can总线通信控制器,实现n协议部分的电路结构和功能大多相同,而与微控制器信息技术s标准化2008年第12期1992年,奔驰公司最早把can用到汽车中.此后,欧洲汽车厂商纷纷效仿,逐步将can纳入了行业标准.受其影响,美国和日本的厂商也表现出积极向can靠拢的态势.因此,投放市场的can相关产品,80%以上都用于组建车载网络.在汽车内部网络中,各个网络系统根据内部数据通信的网络特征,采用不同的can标准,具体应用于以下方面:5.1汽车动力传动网络系统该网络通常是按照is11898,saej1939及saej2284的要求组建高速can或ttcan来实现采集所有传感器的输出信号,并将采集到的数据打包,再定期以广播方式发送出去;系统中的各节点贝0从广播消息中各取所需.这样才能最佳的利用总线的带宽资源,使每次通信尽可能多吞吐数据,从而用尽量短的广播周期来达到动态实时控制的要求.5.2汽车车身网络系统该网络通常是遵循iso11898-3bsaej2284的要求组建低速容错can来增加传输距离,改善系统抗干扰特性.此外,按照sae01939的规定,车身电子网络和动力传动网络可以统一采用高速can来实现.不过,为了迁就现阶段单片机的处理能力,最好还是将两者分开,这样就可以让动力传动网络中的ecu全力保障汽车动力传动系统的正常运行.为了降低系统的成本,根据系统功能,可以采用以can网络为主体,lin网络为补充的can/lin混合网络.5.3信息娱乐网络系统图像,声音等媒体数据流的位速率一般都在2mb/s以上,超出了can的带宽范围.目前,idbc只适合在信息娱乐网络中进行媒体数据较少出现的辅助通信,比如执行远程诊断或传输操控指令.can还需要再发展一段时间,才有望应用于该网络的高端应用场合.5.4故障诊断网络系统故障诊断模块已采用高速can的物理层来实现,并已经形成了iso15765和saed2480等通信协议.目前,汽车控制系统中的发动机控制,废气再循环控制(egr),自动变速器控制,防抱制动控ij(abs),安全气囊控u(sns),牵引力控制系统(trc),车辆稳定控制系统(vsc),巡航控制,驱动防滑控ij(asr),悬架控制,转向控制,空调控制,防盗及其他控制单元一般通过can总线构成总网络.can总线作为一种可靠的汽车网络总线,使得各汽车控制单元能够共享所有信息和资源,达到简化布线,减少传感器数量,避免控制功能重复,提高系统可靠性和维护性,降低成本,更好地匹配和协调各个控制系统的目的.困参考文献1】is011898:roadvehiclescontrollerareanetwork(can)is】.internationalstandardsorganization,1993.2】classbdatacommunicationnetworkmessagesj,saehandbook.1998.3】saej1939standardscollection,recommendedpracticeforaserialcontrolandcommunicationvehiclenetworks】.societyofautomotiveengineers.2003.4】roberboschgmbh.canspeccati0ns】.version2.0,stuttgart,germany,1991.5】秦贵和.车上网络技术m】.北京:机械工业出版社,2003.6】司立增.汽车计算机控制系统m.北京:人民交通出版社,2002.7】etschbergerk.controllerareanetwork(can)-grundlagenm】.protokolle,bausteine:anwendungen-hanserverlag,2000.8】stefanpoledna.thetimetriggeredcommunicationprotocolttp/cj.real-timemagazine,1998(4).(收稿日期;2007-12-10)霉米冰拳米冰拳米术求米永拳米永米米承术米冰球米苯米米球