CAN总线介绍(最终版)

CAN基础,主要内容,概述CAN基本原理CAN总线的国内外发展现状CAN总线电磁兼容设计,概述,CAN的起源CANControllerAreaNetwork是20世纪80年代初德国Bosch公司为解决现代汽车中众多控制单元、测试仪器之间的实时数据交换而开发的一种串行通信协议,概述,CAN的起源传统的汽车线束连接,概述,CAN的起源汽车的CAN网络,概述,CAN的历史1983年，Bosch开始研究车上网络技术1986年，Bosch在SAE大会公布CAN协议1987年，Intel和Philips先后推出CAN控制器芯片1991年，Bosch颁布CAN2.0技术规范，CAN2.0包括A和B两个部分1991年，CAN总线最先在BenzS系列轿车上实现,概述,CAN的历史1993年，ISO颁布CAN国际标准ISO-118981994年，SAE颁布基于CAN的J1939标准2003年，Maybach发布带76个ECU的新车型（CAN，LIN，MOST）2003年，VW发布带35个ECU的新型Golf未来，CAN总线将部分被FlexRay所取代，但CAN总线将仍会被持续应用相当长的时间,概述,CAN的特性采用双线差分信号协议本身对节点的数量没有限制，总线上节点的数量可以动态改变广播发送报文，报文可以被所有节点同时接收,概述,CAN的特性采用双线差分信号,两根线构成总线，CANHigh与CANLow。,概述,CAN的特性,限制传输辐射，补偿接地差，能够很好地抗干扰。,概述,CAN的特性多主站结构每个报文的内容通过标识符识别，标识符在网络中是唯一的标识符描述了数据的含义某些特定的应用对标识符的分配进行了标准化根据需要可进行相关性报文过滤,概述,CAN的特性保证系统数据一致性CAN提供了一套复杂的错误检测与错误处理机制，比如CRC检测、接口的抗电磁干扰能力、错误报文的自动重发、临时错误的恢复以及永久错误的关闭,错误检测错误处理,概述,CAN的特性使用双绞线作为总线介质时，总线长度=40米,传输速率可达1Mbps采用NRZ和位填充的位编码方式,位速率与总线长度的关系,NRZ和位填充,概述,CAN的特性总线访问非破坏性仲裁的载波侦听多路访问/冲突检测CSMA/CD(CarrierSenseMultipleAccess/CollisionDetection)载波侦听，网络上各个节点在发送数据前都要检测总线上是否有数据传输网络上有数据不发送数据，等待网络空闲网络上无数据立即发送已经准备好的数据多路访问，网络上所有节点收发数据共同使用同一条总线，且发送数据是广播式的冲突检测，节点在发送数据过程中要不停地检测发送的数据，确定是否与其它节点数据发生冲突,CAN基本原理,汽车总线汽车总线的分类,CAN基本原理,汽车总线汽车总线的应用,CAN基本原理,CAN标准CAN与OSI参考模型,CAL,CANopen(CiA)DeviceNet(ODVA)SDS(Honeywell)NMEA-2000(NMEA)J1939(SAE),汽车和工业自动化领域广泛应用,CAN基本原理,CAN标准CAN2.0版本2.0A将29位ID视为错误2.0B被动忽略29位ID的报文2.0B主动可处理11位和29位两种ID的报文,CAN基本原理,CAN标准ISO11898,CAN基本原理,CAN标准拓扑结构,CAN基本原理,CAN节点硬件电路框图,微控制器、CAN控制器、CAN收发器,CAN基本原理,CAN标准拓扑结构,终端电阻的替代形式,高速CAN,低速、容错CAN,CAN基本原理,CAN标准总线电平,差分电压,CAN基本原理,CAN标准总线电平,低速、容错CAN电平,单线CAN电平,高速CAN电平,CAN逻辑表示,差分电压,隐性表示1，显性表示0,CAN基本原理,CAN的总线访问“线与”机制“显性”位可以覆盖“隐性”位；只有所有节点都发送“隐性”位，总线才处于“隐性”状态节点在发送报文时进行回读通过ID仲裁，ID数值越小，报文优先级越高，占有总线,优先级最高,CAN基本原理,CAN的总线访问非破坏性仲裁任何节点在总线空闲时都能发送报文发送低优先级报文的节点退出仲裁后，在下次总线空闲时重发报文,CSMA/DA,CAN基本原理,CAN的帧格式数据帧携带从发送节点至接收节点的数据远程帧向其他节点请求发送具有同一标识符的数据帧错误帧节点检测到错误后发送错误帧超载帧在先行的和后续的数据帧（或远程帧）之间附加一段延时通常不用帧间空间数据帧（或远程帧）通过帧间空间与前述的各帧分开,CAN基本原理,CAN错误检测,1）循环冗余检查(CRC)2）帧检查(格式检查)3）应答错误4）总线检测(位检测)5）位填充,CAN基本原理,错误检测CRC检测CRC错误节点计算的CRC序列与接收到的CRC序列不同格式检测格式错误固定格式位场（如CRC界定符、ACK界定符、帧结束等）含有一个或更多非法位ACK检测ACK错误发送节点在ACK位期间未检测到“显性”位,CRC检测,位检测,填充检测,格式检测,ACK检测,CAN基本原理,错误检测位检测位错误节点检测到的位与自身送出的位数值不同仲裁或ACK位期间送出“隐性”位，而检测到“显性”位不导致位错误填充检测填充错误在使用位填充编码的帧场（帧起始至CRC序列）中，不允许出现六个连续相同的电平位,填充检测,位检测,CAN总线的国内外发展现状,国外发展现状：在欧美，CAN总线技术发展应用已十分成熟，大部分汽车制造商，如宝马、保时捷、劳斯莱斯、大众、沃尔沃、雷诺等都已经使用了CAN总线。支持CAN协议的有英特尔、摩托罗拉、惠普、西门子、MICROCHIP、NEC、SILIONI等著名公司，硬件、软件配套十分完善。,CAN总线的国内外发展现状,国内发展现状国内较早研究CAN总线的有北京航空航天大学、清华大学、中国汽车技术研究中心等单位，不过目前的研究还处于不完善阶段。研制生产CAN元器件的厂家很少，具有自主知识产权的专用芯片更少。,CAN总线的国内外发展现状,国内主要CAN总线研发生产的企业概况：厦门汉纳森：“一线模块“配装陕汽失败，核心技术人员流失；哈尔滨威帝：研发能力较强，三级CAN总线系统（既全车总线系统）获得国科技部专项资金支持北京公交在客车市场占有一定份额，但竞争激烈，产品并不能很好的实现量产；,CAN总线的国内外发展现状,浙江中科正方：研发实力雄厚，产品配套于北京奥运会纯电动车，北京公交双源无轨电动车，清华大学“清能1号”混合动力客车。但可靠性是其瓶颈，企业现已经向汽车仪表生产过渡；北京恒润：CAN/LIN总线技术在国内较领先，培训业务发展迅速，但是生产研发现境窘迫；济南优耐特：国内第一家自主研发、生产，并完成大批量产业化装车的智能汽车车身电子控制/数字化仪表系统的供应商。产品应用于中国重汽：斯太尔王和HOWO苏州金龙。最大问题是产品不良率太高，企业遭受重创。,车辆CAN总线关键技术及发展现状,CAN总线关键技术主要包含两方面：硬件和软件。硬件:微控制器、CAN控制器和CAN收发器。软件:节点控制程序和CAN总线网络应用层协议。,微控制器:4位、8位、16位、32位和64位,CAN控制器和收发器:20多家生产商，110多种产品,车辆CAN总线关键技术及发展现状,CAN控制器主要有四类：独立CAN控制器飞利浦公司的SJA1000独立CAN控制器单片机集成CAN控制器NXP公司的单片机P87C591集成CAN控制器DSP集成CAN控制器TI公司集成CAN控制器功能的TMS320C28X系列DSPARM集成CAN控制器TI公司S2000系列的集成CAN控制器功能的ARM芯片。,车辆CAN总线关键技术及发展现状,CAN应用层协议：1）CiACAL、2）CiACANOpen、3）ODVADeviceNet、4）HoneywellSDS、5）KvaserCANKingdom，6）SAEJ1939。,车辆CAN总线关键技术及发展现状,汽车CAN总线的研究重点：针对具体的车型开发ECU的硬件和应用层的软件，并构建车内网络，需要解决的关键技术问题有：1、总线传输信息的速率、容量、优先等级、节点容量等技术问题；2、高电磁干扰环境下的可靠数据传输；3、确定最大传输时的延时大小；4、网络的容错技术；5、网络的监控和故障诊断功能