基于嵌入式CAN总线在车载网络技术的应用.doc

基于嵌入式CAN总线在车载网络技术的应用 学校：长沙民政职业技术学院 院系：电子信息工程学院 姓名：刘婷婷目录1、 CAN概述1、 CAN简介22、 CAN协议23、 CAN传输数据方式32、 车载网络系统1、 车载网络产生的原因32、 常用的车载网络系统3三、CAN在车载网络的应用1、车载网络的结构42、CAN车载网络工作原理43、Philips SJA1000 CAN51）、CAN控制模块SJA1000的简要说明52）、SJA1000的工作模式6结束语6参考文献6摘要：汽车电子技术是汽车技术和电子技术结合发展的产物。随着电子技术的飞速发展，汽车技术也由于电子技术的应用得到了迅猛提高。汽车电子化已经成为公认的汽车技术的发展方向。而汽车电子技术的发展使得汽车本身的功能与应用方面更广阔，移动多媒体、车载GPS的应用也是的汽车网络技术越来越复杂化。传统的汽车中，各种电器电子设备之间用导线、接插件连接。从发动机控制到传动系统控制，从行驶、制动、转向系统控制，到安全保证系统和仪表报警系统，从电源管理到舒适系统，每个功能的控制操作都集中在驾驶室进行。随着汽车动力系统、安全系统和信息娱乐系统的不断增加，传统的连接方式已经不适应汽车技术的发展，新型车载网络系统应运而生，其中以CAN总线为主的车载网系统以低成本、高效率的优势得以迅速发展。关键字：汽车技术、CAN、车载网络正文：一、CAN概述1、CAN简介CAN是Controller Area Network（控制器局域网）的缩写（简称CAN），是ISO国际标准化组织标准化的串行通信协议。CAN是BOSCH公司为现代汽车应用领先推出的一种多主机局域网。它有一下特点：1) 废除传统的地址编码，代之以对通信数据块进行编码，可以多主方式工作；2) 采用非破坏性仲裁技术，当两个节点同时向网络上传送数据时，优先级低的节点主动停止发送数据，而优先级高的节点可不受影响传送数据，有效的避免了总线冲突；3) 采用短帧结构，每一帧的有效数字为8个，数据传输时间短，受干扰率低；4) 每帧数据都有检验及其它检错措施，可靠性高，适合于在强干扰环境下使用；5) 节点在严重错误的情况下，具有自动关闭自身总线的功能，切断它与总线的联系，使总线上其它操作不受影响；6) 可以点对点，一对多及广播集中方式传送和接收数据。与一般现场总线相比，CAN总线的数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性，由于其良好的性能和独特的设计，在汽车领域上的应用最为广泛，世界上一些著名的汽车制造商，如BENZ（奔驰）、BMW（宝马）、PORSCHE（保时捷）等都采用了CAN总线来实现汽车内部控制系统与执行机构的数据通信。2、CAN协议CAN遵循ISO/OSI基本参考模型，定义了数据链路层和物理层。数据链路层LCC接受滤波超载通知恢复管理MAC数据封装/拆装帧编码媒体访问管理错误检测出错通报应答串行化/解除串行化 监控程序物理层PLS位编码/解码位同时同步PMA驱动器/接收器特征MDI连接器错误界定（MAC-LMC） 总线故障管理 （PLS-LME） CAN协议体系结构数据链路层分逻辑链路控制子层（LLC）和媒体访问控制层（MAC），MAC是CAN协议的核心部分。数据链路层的功能是将物理层收到的信号组成有意义的消息，并提供传送错误控制等传输控制的流程。具体来说，就是消息的帧化、仲裁、应答、错误的检测或报告。物理层分物理信令（PLS）、介质附件（PMA）和介质附属接口（MDI）。物理层的功能是定义信号的发送方式、位时序、位的编码方式及同步。CAN收发器根据两根总线（CAN-High和CAN-Low）的电位差来判断总线电平。总线电平分为显性电平和隐性电平两种。总线必须处于两种电平之一。总线上执行逻辑上的线“与”时，显性电平为0，隐性电平为1。ECUnECU1 CAN-H 120 120 CAN-L 电压V（V） 4 CAN-H电压 3 2 1 CAN-L电压 0 时间t（s） 隐性 显性 隐性3、CAN传输数据方式在生活中，数据通信最常用的一种方式就是分组交换和传输。这种传输方式就是要把传输文件拆开，以统一的形式打成数据包，一组一组的进行传输，等要传输的数据包要到达传输目的地是再进行重新组装，形成与发送端相同的文件。我们在浏览网页时，要打开一张较大图片时，常常会发现图片从上到下逐步显示出来，这就是帧传输。我们把分组传输的数据包称作消息帧。消息帧是串行通信中的基本单元，也被称作报文。二、车载网络系统1、车载网络产生的原因动力驱动系统、安全系统、娱乐系统之间的连线急剧增加给导线和接插件之间的连接带来的问题：整个汽车内部布线复杂、凌乱，安装和检修困难；占用空间大、同时也使汽车质量增加；增大汽车制造成本，降低汽车经济效益；故障率增加，降低汽车的可靠性、安全性；这些问题催使车载网络技术愈来愈从低成本、高效益、集成化出发并发展，总线的应用成为了提高汽车通信的性能和减少线束的有效途径。2、常用的车载网络系统总线应用领域最大传输率费用实用性CAN动力、车身1Mbit/s中等很好LIN速率慢、安全性要求不高的系统20Kbit/s低很好MOST信息娱乐系统、多媒体系统25Mbit/s非常贵好FlexRay安全系统、ABS系统10Mbit/s贵05年推出产品1553B车身制动系统1Mbit/s贵多在军用领域由于CAN被愈来愈多的不同领域采用和推广，1993年11月ISO正式颁布了道路交通运载工具数字信息交换高速通信控制器局域网（CAN）国际标准（ISO11898），截止目前，CAN的高性能和可靠性已被认同。并被广泛应用于工业自动化、汽车、船舶、医疗设备、工业设备等领域。三、CAN在车载网络的应用1、车载网络的结构在车载网络通信中，各电控单元需要用到导线连接，这就是CAN总线技术。如控制车门的开关与车灯的调节，CPU发出相关指令，CAN控制器对其进行编码处理经收发器发送到CAN总线上传输到相关驱动单元，驱动被控单元工作。 高速CAN发动机 低速子网 变速箱车灯车门座椅ABS 控制面板网关Steer-by-Wire 低速CAN TTCANSteer-by-Wire IDB-C车载电话GPS影响设备 图： 基于CAN的车载网络结构图2、CAN车载网络工作原理RxDTxD 收发器CPUCANCONTROLLER CAN-H CAN CAN-L 500kb/sABS 收发器RxDTxD CAN-HSAS CAN-LETMDDMECM PDM CAN 125kb/s 图： 车载网络收发结构示意图3、PHILIPS SJA1000 CAN控制器SJA1000 是一种独立控制器。用于移动目标和一般工业环境中的区域网络控制CAN，它是PHILIPS半导体PCA82C200 CAN控制器，适用于CAN2.0A和CAN2.0B两种协议。图 典型的ECU内部有关CAN总线通信电路图1）、CAN控制模块SJA1000的简要说明1 接口管理逻辑IML接口管理逻辑解释来自CPU 的命令控制CAN 寄存器的寻址向主控制器提供中断信息和状态信息。2 发送缓冲器TXB发送缓冲器是CPU 和BSP 位流处理器之间的接口能够存储发送到CAN 网络上的完整信息缓冲器长13 个字节由CPU 写入BSP 读出。 3 接收缓冲器RXB RXFIFO接收缓冲器是验收滤波器和CPU 之间的接口用来储存从CAN 总线上接收和接收的信息接收缓冲器RXB 13 个字节作为接收FIFO RXFIFO 长64 字节的一个窗口可被CPU 访问CPU 在此FIFO 的支持下可以在处理信息的时候接收其它信息。4 验收滤波器ACF验收滤波器把它其中的数据和接收的识别码的内容相比较以决定是否接收信息在纯粹的接收测试中所有的信息都保存在RXFIFO 中。5. 位流处理器BSP位流处理器是一个在发送缓冲器RXFIFO 和CAN 总线之间控制数据流的程序装置它还在CAN 总线上执行错误检测仲裁填充和错误处理。6 位时序逻辑BTL位时序逻辑监视串口的CAN 总线和处理与总线有关的位时序它在信息开头弱势-支配的总线传输时同步CAN 总线位流硬同步接收信息时再次同步下一次传送软同步BTL 还提供了可编程的时间段来补偿传播延迟时间相位转换例如由于振荡漂移和定义采样点和一位时间内的采样次数。7. 错误管理逻辑EMLEML 负责传送层模块的错误管制它接收BSP 的出错报告通知BSP 和IML 进行错误统计。2）、SJA1000的工作模式SJA1000在软件和引脚都是与它的前一款独立控制器PCA82C200兼容的。在此基础上它增加了很多新功能，为了实现软件的兼容，SJA1000设置了两种模式：1、 basicCAN模式，与PCA82C200兼容，适用于CAN2.0A总线系统。2、 PeliCAN模式，扩展特性，用于CAN2.0B总线系统。结束语：尽管CAN总线在车载网络中的应用优势明显，但也有需要进一步改进的地方。如：随着汽车技术的发展，愈来愈多的技术将应用嵌入到汽车上，这些技术需要和中央处理器通信，名义上CAN总线节点数不受限制，但随着节点数的增加，连接线的负载也随着增加，当这些负载超过了CAN的限定负载能力时，CAN总线将有可能出现错误甚至自锁不工作。其次是CAN总线在汽车领域的可靠性需加强，尤其汽车在炎热、寒冷以及高速行驶等恶劣环境下，各个被控单元如仪表、车灯、ABS、自动挡变速箱与驾驶室的通信要求提高，这就需要CAN的