汽车CAN总线技术

车用总线技术及应用现状车用总线技术及应用现状 广州智维广州智维 主讲：伦钊强 应用工程师主讲：伦钊强 应用工程师 主讲内容主讲内容 车用总线技术的产生和发展车用总线技术的产生和发展 各种车用总线分类及特点各种车用总线分类及特点 车用总线的市场前景车用总线的市场前景 CAN的发展历程的发展历程 CAN总线的应用总线的应用 CAN使用中存在的问题及其解决方案使用中存在的问题及其解决方案 一、车用总线技术的产生一、车用总线技术的产生 何谓总线？现在总线？车用总线？何谓总线？现在总线？车用总线？ 所谓总线（Bus），一般指通过分时复用的 方式，将信息以一个或多个源部件传送到一 个或多个目的部件的一组传输线。 所谓总线（Bus），一般指通过分时复用的 方式，将信息以一个或多个源部件传送到一 个或多个目的部件的一组传输线。 现场总线（Fieldbus）是用于过程自动化 和制造自动化最底层的现场设备或现场仪表 互联的通信网络，是现场通信网络与控制系 统的集成。 现场总线（Fieldbus）是用于过程自动化 和制造自动化最底层的现场设备或现场仪表 互联的通信网络，是现场通信网络与控制系 统的集成。 车用总线是指用于车载网络中底层的车用 设备或车用仪表互联的通信网络，是车用网 络与车载设备控制系统的集成。 车用总线是指用于车载网络中底层的车用 设备或车用仪表互联的通信网络，是车用网 络与车载设备控制系统的集成。 车用总线技术的产生车用总线技术的产生 随着电子技术的迅速发展和在汽车上的广泛 应用，汽车电子化程度越来越高。 随着电子技术的迅速发展和在汽车上的广泛 应用，汽车电子化程度越来越高。 若仍沿用常规的点到点间的布线法进行布 线，则整个汽车的布线将会如一团乱麻。 若仍沿用常规的点到点间的布线法进行布 线，则整个汽车的布线将会如一团乱麻。 车用总线技术的产生车用总线技术的产生 电机 控制 防抱 死 变速 系统 主动 悬挂 灯具 组 空调 电动 锁 电机 座椅 电机 窗 安全 气囊 仪表板 常规方法布线网络图常规方法布线网络图 常规布线法的缺陷常规布线法的缺陷 增加汽车布线中所用铜线，从而增加成本以 及汽车重量。 增加汽车布线中所用铜线，从而增加成本以 及汽车重量。 点对点布线法使得故障的查找相当麻烦，不 便于维修。 点对点布线法使得故障的查找相当麻烦，不 便于维修。 若想在车上增加一两种新的功能，或将某个 落后的电器配件更新，将会使本来很乱的布 线更加复杂。 若想在车上增加一两种新的功能，或将某个 落后的电器配件更新，将会使本来很乱的布 线更加复杂。 车用总线技术的产生车用总线技术的产生 应对上述点对点布线法的缺陷，汽车 网络总线技术应运而生。 应对上述点对点布线法的缺陷，汽车 网络总线技术应运而生。 1983年，丰田公司在世纪牌汽车中采 用了应用光缆的车门控制系统，实现 了多点通信。 年，丰田公司在世纪牌汽车中采 用了应用光缆的车门控制系统，实现 了多点通信。 车载网络的发展车载网络的发展 年份车载网络厂家备注年份车载网络厂家备注 D2B开发开发Philips 1986年北美 车采用 年北美 车采用LAN CAN开发开发Bosch 1986年欧洲 车采用 年欧洲 车采用LAN -1986VNP、CCD开发北美开发北美 1987年日本 车采用 年日本 车采用 1988MOST开发美国车采用开发美国车采用 1992D2B Optical开发日本车采用开发日本车采用 1994J1850、VANSAE认可、认可、ISO批准批准 1995-D2B欧洲车采用欧洲车采用 2000-LIN、TTP、TTCAN 车用总线技术的产生车用总线技术的产生 CAN总线布线网络图总线布线网络图 高速网段低速网段高速网段低速网段 电机 控制 电机 控制 CAN ABS CAN 照明照明 CAN 空调空调 CAN 电动 门锁 电动 门锁 CAN 变速 控制 变速 控制 CAN 主动 悬挂 主动 悬挂 CAN 电动 座椅 电动 座椅 CAN 电动 窗 电动 窗 CAN 安全 气囊 安全 气囊 CAN CAN 仪表板仪表板 CAN 二、各种车用总线分类及其特点二、各种车用总线分类及其特点 目前车用总线的种类很多，如目前车用总线的种类很多，如CAN总线、总线、 LIN总线、总线、IDB-M、MOST、USB和和 IEEE1394等。等。 SAE（Society of Automotive Engineers：美 国汽车工程师协会）下属的汽车网络委员会 按照协议特性将各种车用总线划分为 ：美 国汽车工程师协会）下属的汽车网络委员会 按照协议特性将各种车用总线划分为A、 B、C、D四类。四类。 车用总线分类车用总线分类 特点特点 分类分类 位速率位速率对象对象 A类类2Mb/s 用在车身电子的舒适性模块和显示仪 表等设备中 用在车身电子的舒适性模块和显示仪 表等设备中 车用总线分类表车用总线分类表 A类总线类总线 A类总线是面向传感器或执行器管理的低速 网络。 类总线是面向传感器或执行器管理的低速 网络。 位速率通常小于位速率通常小于10kb/s，主要用于调整后视 镜、电动窗和灯光照明等设备。 ，主要用于调整后视 镜、电动窗和灯光照明等设备。 大多数大多数A类总线都遵循类总线都遵循UART（通用异步接 收 （通用异步接 收/发送器）标准，它们使用起来简单经 济，但估计将随 发送器）标准，它们使用起来简单经 济，但估计将随UART的过时而退出车用领 域。 的过时而退出车用领 域。 A类总线类总线 A类总线以类总线以LIN（Local Interconnect Network：本地互联网）规范最有前途。：本地互联网）规范最有前途。 LIN是由摩托罗拉（是由摩托罗拉（Motorola）与奥迪 （ ）与奥迪 （Audi）等知名企业联手推出的一种新型 低成本的开放式串行通讯协议。 ）等知名企业联手推出的一种新型 低成本的开放式串行通讯协议。 主要用于车内分布式电控系统，尤其是面向 智能传感器或执行器的数字化通讯场合。 主要用于车内分布式电控系统，尤其是面向 智能传感器或执行器的数字化通讯场合。 A类总线及各自特征类总线及各自特征 名称 特性特性 UARTEcCCDJ1708BEANACPLIN 所属机构 通用汽 车 通用汽 车 克莱斯勒所属机构 通用汽 车 通用汽 车 克莱斯勒SAE丰田福特摩托罗拉丰田福特摩托罗拉 用途 通用， 诊断 通用 通用，诊 断 控制， 诊断 车身控制 诊断 音频，控制智能传感器用途 通用， 诊断 通用 通用，诊 断 控制， 诊断 车身控制 诊断 音频，控制智能传感器 使用年限至使用年限至2005至至2002至至2002至至20021995起至起至20022003起起 传输媒体单线单线单线双绞线单线双绞线单线传输媒体单线单线单线双绞线单线双绞线单线 位速率位速率b/s8 1921 0007 812.59 60010 0009 60020 000 总线最长总线最长/m20m40m40m 节点最多节点最多/ 个个 10106202016 成本低低低中低低低成本低低低中低低低 B类总线是面向独立控制模块间的信息 共享的中速网络。 类总线是面向独立控制模块间的信息 共享的中速网络。 位速率一般在位速率一般在10125Kb/s之间。之间。 主要用在车身电子的舒适性模块和显示 仪表等设备中。 主要用在车身电子的舒适性模块和显示 仪表等设备中。 B类总线类总线 B类总线以类总线以CAN最为著名。最为著名。 在欧洲，各大汽车公司从在欧洲，各大汽车公司从1992年起就一 直用的是 年起就一 直用的是CAN标准标准ISO 11898-1中位速 率在 中位速 率在47.6125Kb/s之间的部分。之间的部分。 在北美，各大汽车厂商都开始使用在北美，各大汽车厂商都开始使用 CAN，逐步淘汰，逐步淘汰SAE J1850。 B类总线类总线 B类总线及各自特征类总线及各自特征 名称名称 特性特性 GMLAN(SWC) ISO11898-1 ISO11519-2 ISO11992 J2284 J1850，ISO11591-4 所属机构通用汽车所属机构通用汽车ISO/SAE通用汽车福特克莱斯勒通用汽车福特克莱斯勒 用途诊断控制，诊断通用，诊断通用，诊断通用，诊断用途诊断控制，诊断通用，诊断通用，诊断通用，诊断 使用年限使用年限2002起起2001起至起至2002 传输媒体单线双绞线单线双绞线单线传输媒体单线双绞线单线双绞线单线 位速率位速率Kb/s33.331012510.441.610.4 总线最长总线最长/m3040（典型）（典型）353535 节点最多节点最多/个个1632323232 成本低中低低低成本低中低低低 C类总线是面向闭环实时控制的多路传输高 速网络。 类总线是面向闭环实时控制的多路传输高 速网络。 位速率多在位速率多在125Kb/s1Mb/s之间。之间。 主要用于车上动力传动系统中对通讯的实时 性要求比较高的场合。 主要用于车上动力传动系统中对通讯的实时 性要求比较高的场合。 C类总线类总线 在欧洲，汽车厂商大多使用在欧洲，汽车厂商大多使用“高速高速CAN” 作为作为C类总线，它实际上就是类总线，它实际上就是ISO11898-1 中位速率高于中位速率高于125Kb/s的那部分标准。的那部分标准。 美国则在卡车及其拖车、客车、建筑机 械和农业动力设备中大量使用专用的通 讯协议 美国则在卡车及其拖车、客车、建筑机 械和农业动力设备中大量使用专用的通 讯协议SAE J1939。 SAE J1939是一种基于高速是一种基于高速CAN的比较成 熟的车用高层协议，其位速率为 的比较成 熟的车用高层协议，其位速率为 250Kb/s。 C类总线类总线 在普通乘用车领域，通用汽车公司广泛 使用自定的高速总线标准 在普通乘用车领域，通用汽车公司广泛 使用自定的高速总线标准GMLAN（高 速部分），这是基于 （高 速部分），这是基于CAN的通讯协议， 位速率为 的通讯协议， 位速率为500Kb/s。 福特和戴姆勒福特和戴姆勒-克莱斯勒等公司则在许多 车型推广使用另一种基于高速 克莱斯勒等公司则在许多 车型推广使用另一种基于高速CAN的总 线标准 的总 线标准J2284，其位速率也是，其位速率也是500Kb/s。 C类总线类总线 C类总线及各自特征类总线及各自特征 名称名称 特性特性 ISO11898-1J2284,GMLAN(高速部分高速部分)J1939 所属机构所属机构ISOSAE,通用汽车通用汽车SAE 用途控制，诊断控制，诊断控制，诊断用途控制，诊断控制，诊断控制，诊断 使用年限使用年限1992起起2002起起1994起起 传输媒体双绞线双绞线双绞线传输媒体双绞线双绞线双绞线 位速率位速率1Mb/s500Kb/s250Kb/s 总线最长总线最长/m40（典型）（典型）3040 节点最多节点最多/个个3216 30（带屏蔽）（带屏蔽） 10（无屏蔽）（无屏蔽） 成本低中中成本低中中 D类总线是面向多媒体设备、高速数据 流传输的高性能网络。 类总线是面向多媒体设备、高速数据 流传输的高性能网络。 位速率一般在位速率一般在2Mb/s以上。以上。 主要用于主要用于CD播放机、播放机、VCD/DVD播放器 和液晶显示等设备。 播放器 和液晶显示等设备。 D类总线类总线 D类总线被划分为类总线被划分为低速低速、高速高速和和无线无线三 大范畴。 三 大范畴。 SAE中的中的IDB-C (Intelligent Transportation System Data Bus-CAN： 基于 ： 基于CAN的智能交通系统数据总线的智能交通系统数据总线)、 IDB-M（IDB-Multimedia:智能交通系统 多媒体数据总线）和 智能交通系统 多媒体数据总线）和IDB-Wireless（基 于无线通讯方式的智能交通系统数据总 线）。 （基 于无线通讯方式的智能交通系统数据总 线）。 D类总线类总线 低速多媒体总线，比如低速多媒体总线，比如IDB-C，在汽车 信息娱乐系统中多用来进行 ，在汽车 信息娱乐系统中多用来进行远程诊断远程诊断或或 传输通用信息传输通用信息。 IDB-C具有具有CAN的数据格式。的数据格式。 位速率为位速率为250Kb/s。 由于成本低廉，有望成为汽车行业的内 部标准。 由于成本低廉，有望成为汽车行业的内 部标准。 低速多媒体总线低速多媒体总线 高速多媒体总线主要被汽车信息娱乐系 统中的高档音像设备用来进行音频和视 频数据流的实时传输，因此它们的物理 链路一般都使用光纤。 高速多媒体总线主要被汽车信息娱乐系 统中的高档音像设备用来进行音频和视 频数据流的实时传输，因此它们的物理 链路一般都使用光纤。 此类总线的主流标准除此类总线的主流标准除IDB-M外，还有外，还有 D2B（家用数字总线）、（家用数字总线）、MOST(面向媒 体的系统传输 面向媒 体的系统传输)、USB和和IEEE1394。 高速多媒体总线高速多媒体总线 IEEE1394一开始被称作一开始被称作“火线火线” (Firewire)，1995年一面世就受到信息娱 乐业的普遍欢迎。一方面它有 年一面世就受到信息娱 乐业的普遍欢迎。一方面它有400Mb/s的 高速率，另一方面它有一套与众不同的 同步模式，保证整个数据通讯过程 的 高速率，另一方面它有一套与众不同的 同步模式，保证整个数据通讯过程“不延 迟、无中断 不延 迟、无中断”。 高速多媒体总线高速多媒体总线 D类总线及各自特征类总线及各自特征 名称名称 特性特性 IDB-CIDB-MMOSTD2BMMLUSBIEEE139 4 所属机构所属机构SAESAE菲利普菲利普德科菲利普菲利普德科IEEE 用途通讯 娱乐 通讯 娱乐 数据流 控制 数据流 控制 数据流 控制 计算机设备计算机设 备 用途通讯 娱乐 通讯 娱乐 数据流 控制 数据流 控制 数据流 控制 计算机设备计算机设 备 使用年限使用年限2002年起年起2002年起年起1999年起年起2004年起年起1998年起年起2000年起年起 传输媒体双绞线光纤光纤光纤光纤屏蔽双绞线屏蔽双绞 线 传输媒体双绞线光纤光纤光纤光纤屏蔽双绞线屏蔽双绞 线 位速率位速率b/s250K400M25M12M110M12M98 393M 总线最长总线最长/m不限不限不限不限10m72m 节点最多节点最多/ 个个 1624241612716 成本低高高高高中中成本低高高高高中中 三、车用总线的市场前景三、车用总线的市场前景 LIN CAN-B CAN-C 蓝牙蓝牙 每个节点的成本（美元）每个节点的成本（美元） 14.510 20K 125K 1M 2M FlexRay TTCAN 25.6M D2B MOST 2 位速率位速率 结论：结论： 车用总线网络已被不同的车用总线瓜 分，这些车用总线在各自领域中 车用总线网络已被不同的车用总线瓜 分，这些车用总线在各自领域中“独霸 一方 独霸 一方”。 在如今汽车行业中，在如今汽车行业中，CAN受到人们的 格外青睐，被普遍认为是车载网络领 域最有发展前途的总线规范之一。 受到人们的 格外青睐，被普遍认为是车载网络领 域最有发展前途的总线规范之一。 车用总线的市场前景车用总线的市场前景 1983年，博世年，博世(Bosch)公司开始设计一个 新的串行总线系统。 公司开始设计一个 新的串行总线系统。 1986年年2月，博世月，博世(Bosch)公司在公司在SAE大会 上提出了 大会 上提出了CAN总线系统。总线系统。 1987年，年，Intel公司推出第一片公司推出第一片CAN控制 芯片 控制 芯片82526。 四、四、CAN的发展历程的发展历程 1990年，年，Kvaser公司创始人公司创始人Lars-Berrno Fredriksson制定出世界上制定出世界上首个首个CAN高层协 议 高层协 议CANKingdom，是，是CAN高层协议的先 驱。 高层协议的先 驱。 CAN的发展历程的发展历程 1992年，年，CiA(CAN in Automation：自 动控制中的 ：自 动控制中的CAN)用户组织成立，目标 是制定一个 用户组织成立，目标 是制定一个CAN的应用层。的应用层。 如今如今CAN的高层协议有：的高层协议有： CANKingdom、CANopen、 DeviceNet、J1939、NMEA2000和和 FlexRay等。等。 CAN的发展历程的发展历程 CAN主要应用在主要应用在车载网络车载网络。 -1992年，奔驰公司最早把年，奔驰公司最早把CAN用到汽车 上。 用到汽车 上。 据统计：投放到市场的据统计：投放到市场的CAN相关产品，相关产品， 80%以上都是用于组建车载网络。以上都是用于组建车载网络。 CAN总线也开始应用在总线也开始应用在家电、智能楼宇 和煤矿通信等等