CAN总线技术基础-物理层

2012-8-28 1 恒润科技公司Confidential CAN总线技术基础培训 概述及物理层 北京恒润科技有限公司 2 2 恒润科技公司 主要内容主要内容 概述概述 CAN的发展概况的发展概况 CAN的性能特点的性能特点 CAN的协议标准的协议标准 CAN总线物理层基础总线物理层基础 2012-8-28 2 3 3 恒润科技公司 概述概述 车辆总线的车辆总线的起源起源 汽车进化汽车进化 CAN的发展概况的发展概况 EMS,ABS,EPS,ESP BCM,FATC,PDS,TPMS 导航、导航、CD、电话、电话 4 4 恒润科技公司 概述概述 早期早期ECU通信通信 点对点点对点 2012-8-28 3 5 5 恒润科技公司 概述概述 基于总线（基于总线（CAN）的）的ECU通信通信 网络网络 北京经纬恒润科技有限公司 6 类类 别别 位速率位速率 /kbps 应用场合应用场合应用范围应用范围协议协议 A10车身系统车身系统 电动门窗、座椅调节、灯光照电动门窗、座椅调节、灯光照 明控制等明控制等 LIN B10125状态系统状态系统 电子仪表、驾驶信息、故障诊电子仪表、驾驶信息、故障诊 断、安全气囊、自动空调等断、安全气囊、自动空调等 CAN C1251000 实时控制系实时控制系 统统 发动机控制、变速控制、发动机控制、变速控制、ABS、 悬架控制、转向控制等悬架控制、转向控制等 CAN D1000 实时控制系实时控制系 统统 多媒体系统多媒体系统 线控线控(线控转向、线控刹车等线控转向、线控刹车等) 信息娱乐信息娱乐(CD/DVD、导航等、导航等) FlexRay MOST 概述概述 车辆总线的发展概况 车载总线的分类 2012-8-28 4 北京经纬恒润科技有限公司 7 概述概述 车辆总线的发展概况 典型汽车网络 CAN CAN FlexRayLIN MOST CAN 8 8 恒润科技公司 概述概述 CAN的发展概况的发展概况 1983年年，Bosch开始研究用于汽车的串行总线系统开始研究用于汽车的串行总线系统 1986年年，Bosch在在SAE大会上首次公布大会上首次公布CAN协议协议 1987年年，Intel推出了第一片推出了第一片CAN控制器芯片控制器芯片 1991年年，Bosch颁布颁布CAN 2.0技术规范技术规范 1991年年，CAN最先在最先在Benz S系列轿车上实现系列轿车上实现 1993年年，ISO颁布颁布CAN的国际标准的国际标准 ISO-11898 CAN 被广泛的用于各类自动化控制领域被广泛的用于各类自动化控制领域 2012-8-28 5 9 9 恒润科技公司 概述概述 CAN的发展概况的发展概况 1992年年，CiA组织成立，制定了第一个组织成立，制定了第一个CAN应用层协应用层协 议议CAL，即后来的，即后来的CANopen 1994年年，SAE颁布用于卡车和巴士控制的颁布用于卡车和巴士控制的J1939标准标准 1999年年，近，近6千万个千万个CAN控制器芯片投入使用控制器芯片投入使用 2000年年，销售，销售1亿多亿多CAN的芯片的芯片 2001年年，用在汽车上的，用在汽车上的CAN节点数目超过节点数目超过1亿个亿个 目前目前，几乎每一辆欧洲生产的轿车上都有，几乎每一辆欧洲生产的轿车上都有CAN 未来未来，CAN总线将部分被总线将部分被FlexRay所取代，但所取代，但CAN总总 线将仍会被持续应用相当长的时间线将仍会被持续应用相当长的时间 1010 恒润科技公司 主要内容主要内容 概述概述 CAN的发展概况的发展概况 CAN的性能特点的性能特点 CAN的协议标准的协议标准 CAN总线物理层基础总线物理层基础 2012-8-28 6 1111 恒润科技公司 概述概述 CAN的性能特点的性能特点 传输速率最高可达传输速率最高可达1Mbps，距离最远可达，距离最远可达10km 通信介质选择灵活通信介质选择灵活（双绞线、双绞线、同轴电缆、光纤）同轴电缆、光纤） 采用采用双线差分信号双线差分信号 协议本身对协议本身对节点的数量没有限制节点的数量没有限制 总线上节点的数量可以动态改变，总线上节点的数量可以动态改变，组网灵活组网灵活 短帧结构短帧结构，传输时间短，受干扰概率低，传输时间短，受干扰概率低 EMI 应用层应用层 数据链路层数据链路层 物理层物理层 CAN_H CAN_L 节点节点A 报文报文 报文报文 比特流比特流 差分电压差分电压 节点节点n 40m1Mbps 0 1040100200 100010000 总线长度总线长度/m5 10 20 50 100 200 500 1000 位速率位速率/kbps 1212 恒润科技公司 概述概述 CAN的性能特点的性能特点 多主站多主站结构，各节点平等，任一节点可在任一时刻结构，各节点平等，任一节点可在任一时刻 主动发送主动发送 非破坏性的基于优先级的总线仲裁非破坏性的基于优先级的总线仲裁 优先级通过报文的优先级通过报文的标识符标识符(ID)区分，报文标识符在网区分，报文标识符在网 络中是络中是唯一唯一的的 标识符描述了数据的含义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某些特定的应用对标识符的分配进行了标准化 广播广播发送报文，报文可以被所有节点同时接收发送报文，报文可以被所有节点同时接收 根据需要可进行相根据需要可进行相 关性关性报文过滤报文过滤 CAN节点节点 滤波器滤波器 CAN节点节点 滤波器滤波器 CAN节点节点 滤波器滤波器 CAN节点节点 滤波器滤波器 CAN节点节点 滤波器滤波器 IDData CAN 不超过32节点，否则出现阻塞 2012-8-28 7 1313 恒润科技公司 概述概述 CAN的性能特点的性能特点 保证系统保证系统数据一致性数据一致性 接口的抗电磁干扰能力设计接口的抗电磁干扰能力设计 每帧信息都采用每帧信息都采用CRC校验校验及其他检错措施，及其他检错措施，错误漏检率极低错误漏检率极低 错误报文的错误报文的自动重发自动重发、临时错误的、临时错误的恢复恢复以及严重错误的以及严重错误的自动自动 关闭关闭，保证不影响其它节点的通信，保证不影响其它节点的通信 EMI 应用层应用层 数据链路层数据链路层 物理层物理层 CAN_H CAN_L 节点节点A 报文报文 报文报文 比特流比特流 差分电压差分电压 节点节点n 40m1Mbps 错误检测错误检测 错误处理错误处理 1414 恒润科技公司 主要内容主要内容 概述概述 CAN的发展概况的发展概况 CAN的性能特点的性能特点 CAN的协议标准的协议标准 CAN总线物理层基础总线物理层基础 2012-8-28 8 1515 恒润科技公司 CAN的协议标准的协议标准 OSI参考模型参考模型 底层标准化底层标准化 高层协议高层协议 3 网络层网络层 7 应用层应用层 6 表示层表示层 5 会话层会话层 4 传输层传输层 OSI参考模型参考模型 2 数据链路层数据链路层 1 物理层物理层 CAN2.0 11898 CANopen DeviceNet J1939 SDS CAN 1616 恒润科技公司 CAN的协议标准的协议标准 底层标准底层标准 ISO11898 2 数据数据 链路层链路层 1 物理层物理层 PLS PMA MDI LLC MAC OSI参考模型参考模型 CAN2.0 CAN物理层物理层 ISO11898-1 ISO11898-2 ISO11898-3 CAN控制器控制器 CAN收发器收发器 CANISO11898CAN实现实现 Road vehicles - Controller area network (CAN) ISO 11898-1：2003Part 1: Data link layer and physical signalling ISO 11898-2：2003Part 2: High-speed medium access unit ISO 11898-3：2006Part 3: Low-speed, fault-tolerant, medium-dependent interface 2012-8-28 9 1717 恒润科技公司 CAN的协议标准的协议标准 OSI参考模型参考模型 协议层的相互作用协议层的相互作用 3 网络层网络层 7 应用层应用层 6 表示层表示层 5 会话层会话层 4 传输层传输层 OSI参考模型参考模型 2 数据链路层数据链路层 1 物理层物理层 3 网络层网络层 7 应用层应用层 6 表示层表示层 5 会话层会话层 4 传输层传输层 OSI参考模型参考模型 2 数据链路层数据链路层 1 物理层物理层 1818 恒润科技公司 主要内容主要内容 概述概述 CAN总线物理层基础总线物理层基础(基于基于ISO11898-2) CAN节点结构节点结构 CAN收发器收发器 总线电压总线电压 CAN传输介质传输介质 拓扑结构拓扑结构 CAN线故障的容错性能线故障的容错性能 CAN总线连接器总线连接器 2根线上压差为2V，表示显性，逻辑0， 压差为0V，隐形，逻辑1。 2012-8-28 10 1919 恒润科技公司 CAN总线物理层基础总线物理层基础 CAN节点结构节点结构 2020 恒润科技公司 CAN收发器 符合ISO11898-2标准，最高速率1Mbps； 抗环境瞬间干扰，具有保护总线能力； 斜率控制，降低射频干扰RFI； 热保护以及电源和地短路保护； 未上电的节点对总线无影响； 低电流待机模式； CAN总线物理层基础总线物理层基础 可 参考设计 2012-8-28 11 2121 恒润科技公司 总线电压总线电压 0 1 0 0 111 00 000 隐性 显性 2.5 电压 V 1.5 3.5 显性隐性隐性 时间 若总线上有两个以上驱动若总线上有两个以上驱动 器同时分别发送器同时分别发送“0 0”和和 “1 1”，其结果是总线数值，其结果是总线数值 为为显性显性“0 0” CAN总线物理层基础总线物理层基础 CAN_H CAN_L 逻辑信号逻辑信号 总线物理信号总线物理信号 2222 恒润科技公司 CAN总线物理层基础总线物理层基础 CAN总线电压总线电压 非归零编码非归零编码 这个是高速CAN 2012-8-28 12 北京经纬恒润科技有限公司 23 CAN_L CAN_H 2.5 V 3.5 V 1.5 V 电压(V) CAN 数据帧 逻辑“0” (dominant) 逻辑“1” (recessive) 总线电压波形 CAN总线物理层基础总线物理层基础 2424 恒润科技公司 拓扑结构拓扑结构 总线型拓扑总线型拓扑 ECU 1 ECU 2 终端终端 电阻电阻 ECU n 终端终端 电阻电阻 L D l 参数参数符号符号单位单位 数值数值 最小最小名义名义最大最大条件条件 总线长度总线长度Lm040 波特率为波特率为1Mbps 支线长度支线长度lm00.3 节点距离节点距离Dm0.140 终端电阻终端电阻RL欧欧100120130任意波特率任意波特率 CAN总线物理层基础总线物理层基础 网络拓扑参数网络拓扑参数 2012-8-28 13 2525 恒润科技公司 CAN传输介质传输介质 双绞线双绞线 屏蔽双绞线屏蔽双绞线 非屏蔽双绞线非屏蔽双绞线 参数参数符号符号单位单位 数值数值 最小最小名义名义最大最大 特征阻抗特征阻抗Z95120140 单位电阻单位电阻Rm/m70 芯截面积芯截面积mm20.350.5 绞线率绞线率Twist/m3350 线间电容线间电容pF/m75 单位延迟单位延迟ns/m5 CAN总线物理层基础总线物理层基础 双绞线参数双绞线参数 CAN-L CAN-H 2626 恒润科技公司 CAN线故障的线故障的容错性能容错性能 (1) CAN_H开路开路 (2) CAN_L开路开路 (3) CAN_H对对VBAT短路短路 (4) CAN_L对对GND短路短路 (5) CAN_H对对GND短路短路 (6) CAN_L对对VBAT短路短路 (7) CAN_H对对CAN_L短路短路 (8) CAN_H和和CAN_L开路开路 (9) 终端电阻开路终端电阻开路 CAN 节点节点1 RL RL CAN 节点节点n-1 CAN 节点节点n case8 case9 CAN_HCAN_L case1case2 Vbat case3case4 GND case7 case5 GND Vbat case6 CAN总线物理层基础总线物理层基础 2012-8-28 14 2727 恒润科技公司 CAN