第三章 CAN总线

1、2022-2-2第五章第五章 CAN总线总线天津工程师范学院天津工程师范学院刘玉亮刘玉亮2022-2-2主要内容主要内容vCANCAN总线与汽车网络总线与汽车网络vCANCAN通信技术通信技术vCANCAN通信控制器和收发器通信控制器和收发器vCANCAN总线收发器总线收发器vCANCAN总线应用实例总线应用实例2022-2-25.1 CAN5.1 CAN与汽车网络简介与汽车网络简介vCANCAN（Controller Area NetworkController Area Network）即控制器局）即控制器局域网，最早域网，最早19861986年由德国年由德国BOSCHBOSCH公司推出，

2、目前公司推出，目前已经列入已经列入ISOISO国际标准，称为国际标准，称为ISO 11898 ISO 11898 。v用于汽车内部测量与执行部件之间的数据通信。用于汽车内部测量与执行部件之间的数据通信。它属于总线式串行通信网络。它属于总线式串行通信网络。v通信介质可为双绞线、同轴电缆或光纤，通信介质可为双绞线、同轴电缆或光纤，CANCAN上上的节点数主要取决于总线驱动电路，目前可达的节点数主要取决于总线驱动电路，目前可达110110个。个。vCANCAN总线已经应用到航天、电力、石化、冶金、总线已经应用到航天、电力、石化、冶金、纺织等领域。纺织等领域。2022-2-25.1.1 CAN5.1.

3、1 CAN总线技术特点总线技术特点v多主方式工作，不分主从，方便构成多机备份系统。多主方式工作，不分主从，方便构成多机备份系统。v节点信息分优先级，满足不同的实时要求，高优先级数据可在节点信息分优先级，满足不同的实时要求，高优先级数据可在134134微秒内得到传输。微秒内得到传输。v采用非破坏性仲裁技术，低优先级及金额点会主动退出发送，高采用非破坏性仲裁技术，低优先级及金额点会主动退出发送，高优先级的则不受影响。优先级的则不受影响。v报文滤波，实现点对点、一点对多点、广播方式发送数据。报文滤波，实现点对点、一点对多点、广播方式发送数据。v通信距离可达通信距离可达10Km10Km（5Kbps5K

4、bps一下），通信速率最高一下），通信速率最高1Mbps(1Mbps(距离距离40m40m以内）以内）v节点数只取决于总线驱动电路。几乎不受限制。节点数只取决于总线驱动电路。几乎不受限制。v短帧结构，传输时间短，受干扰概率低。短帧结构，传输时间短，受干扰概率低。v节点均有节点均有CRCCRC等检错校验功能，提高正确率。等检错校验功能，提高正确率。v节点错误后自关闭，不影响其他节点。节点错误后自关闭，不影响其他节点。v可利用睡眠方式降低功耗。可利用睡眠方式降低功耗。v传输介质灵活，双绞线、光纤、同轴电缆均可传输介质灵活，双绞线、光纤、同轴电缆均可2022-2-2CANCAN总线传输系统的优点总线

5、传输系统的优点vCANCAN数据传输系统的优点是：数据传输系统的优点是：a a、将传感器信号线减至最少，使更多的传感器信、将传感器信号线减至最少，使更多的传感器信号进行高速数据传递；号进行高速数据传递；b b、电控单元和电控单元插脚最小化应用，节省电、电控单元和电控单元插脚最小化应用，节省电控单元的有限空间；控单元的有限空间；c c 、如果系统需要增加新的功能，只需软件升级、如果系统需要增加新的功能，只需软件升级即可；即可；d d、各电控单元对所连接的、各电控单元对所连接的CANCAN总线进行实时监测，总线进行实时监测，如出现故障该电控单元会存储故障码；如出现故障该电控单元会存储故障码；e e

6、、CANCAN数据总线符合国际标准，便于一辆车上不数据总线符合国际标准，便于一辆车上不同厂家生产的电控单元进行数据交换。同厂家生产的电控单元进行数据交换。2022-2-22022-2-2为什么汽车要采用为什么汽车要采用CANCAN总线？总线？ 汽车每个电脑之间有许多信号需要传汽车每个电脑之间有许多信号需要传递，一个信号需要两条导线构成回路，递，一个信号需要两条导线构成回路，虽然所有信号的对地端可以采用一条虽然所有信号的对地端可以采用一条公共导线，但随着传递信号的增多会公共导线，但随着传递信号的增多会使两块电脑之间连接线的数量越来越使两块电脑之间连接线的数量越来越多，这样会带来电控单元针脚数增多

7、、多，这样会带来电控单元针脚数增多、线路制作复杂、故障率增加、维修困线路制作复杂、故障率增加、维修困难。难。 1600m1600m，300300个接头。个接头。5.1.2 5.1.2 汽车内部汽车内部CANCAN总线的应用总线的应用2022-2-2采用采用CANCAN总线的部分大众汽车总线的部分大众汽车v 2003 2003年后年后 大众途安大众途安(1T (1T 底盘底盘) ) 20042004年后年后 高尔夫高尔夫 (1K (1K 底盘底盘) ) 20042004年后年后 VW Caddy (2K VW Caddy (2K 底盘底盘) ) 20042004年后年后 Seat Altea (

8、5P Seat Altea (5P 底盘底盘) ) 20042004年后年后 斯柯达斯柯达 欧雅欧雅(1Z (1Z 底盘底盘) ) 20052005年后年后 Seat Toledo (5P Seat Toledo (5P 底盘底盘) ) 20052005年后年后 高尔夫高尔夫 Plus (5M Plus (5M 底盘底盘) ) 20052005年后年后 Seat Leon (1P Seat Leon (1P 底盘底盘) ) 2005.52005.5年后年后 捷达捷达 (1K (1K 底盘底盘) ) 20032003年后年后 Audi A8Audi A8、A8L (D3 A8L (D3 平台平台

9、, 4E , 4E 底盘底盘) ) 20042004年后年后 Audi A3 (8P Audi A3 (8P 底盘底盘) ) 20052005年后年后 Audi A6 (C6Audi A6 (C6平台平台, 4F , 4F 底盘底盘) ) 20052005年后年后 Audi A4 (B7Audi A4 (B7平台平台) () (一些控制模块一些控制模块) ) 20052005年后年后 帕萨特帕萨特 (B6(B6平台平台, 3C , 3C 底盘底盘) ) 2022-2-25.1.2 5.1.2 汽车内部汽车内部CANCAN总线的应用总线的应用2022-2-25.2 CAN 5.2 CAN 通信技

10、术通信技术2022-2-2vLLCLLC子层子层: :为数据传送和远程数据请求提供服务，为数据传送和远程数据请求提供服务，确认由确认由LLCLLC子层接收的报文已被接收，并为恢复子层接收的报文已被接收，并为恢复管理和通知过载提供信息。管理和通知过载提供信息。vMACMAC子层：主要是传送规则，亦即控制帧的结构、子层：主要是传送规则，亦即控制帧的结构、执行仲裁、错误检测、出错标定和故障界定。执行仲裁、错误检测、出错标定和故障界定。v物理层：是有关全部电气特性在不同节点间的物理层：是有关全部电气特性在不同节点间的实际传送。实际传送。2022-2-2v发送器和接收器发送器和接收器 发出报文的节点称为

11、该报文的发送器，如果一个发出报文的节点称为该报文的发送器，如果一个节点不是发送器，且总线不处于空闲状态，则该节点不是发送器，且总线不处于空闲状态，则该节点为接收器。节点为接收器。v报文有效的确认报文有效的确认 发送器：直到帧结束的最后一位一直未出错，则发送器：直到帧结束的最后一位一直未出错，则发送器认为该报文有效，出错则允许自动重传。发送器认为该报文有效，出错则允许自动重传。 接收器：直到帧结束的倒数第二位一直未出错，接收器：直到帧结束的倒数第二位一直未出错，则认为该报文有效。则认为该报文有效。5.2.2 CAN5.2.2 CAN的报文传送与帧结构的报文传送与帧结构2022-2-2v 帧格式：

12、帧格式： 规范中有两种不同的帧格式，不同之处在于每帧的标识规范中有两种不同的帧格式，不同之处在于每帧的标识符的长度不同符的长度不同: :标准帧的标识符长度为标准帧的标识符长度为1111位，而扩展帧位，而扩展帧的长度则为的长度则为2929位。位。v 帧种类：帧种类： 数据帧数据帧: :数据帧将数据从发送器传送到接收器。数据帧将数据从发送器传送到接收器。 远程帧远程帧: :总线单元发出远程帧，请求发送具有相同标识符总线单元发出远程帧，请求发送具有相同标识符的数据帧。的数据帧。 错误帧错误帧: :任何节点检测到总线错误就发出错误帧。任何节点检测到总线错误就发出错误帧。 超载帧超载帧: :超载帧用以在

13、先行的和后续的数据帧超载帧用以在先行的和后续的数据帧( (或远程帧或远程帧) )之间提供一附加的延时。之间提供一附加的延时。v 帧编码：位流按照不归零（帧编码：位流按照不归零（NRZNRZ）码。）码。2022-2-2数据帧数据帧vCAN标准数据帧包含44到108位，而CAN扩展数据帧包含64到128位，另外，多达23个填充位可以插入到一个标准数据帧中，多达28个填充位可以插入到扩展数据帧中，这要根据数据流的代码来定。标准数据帧的最大长度为131位，扩展数据帧的最大长度为156位。2022-2-2数据帧数据帧2022-2-22022-2-2a. a. 开始域（开始域（1 1位）位）标志数据传输开

14、始，此时标志数据传输开始，此时CANCAN高位传输线为高位传输线为5 5伏伏电压，低位传输线为电压，低位传输线为0 0伏电压。伏电压。b. b. 状态域（状态域（1111位）位）判断数据中的优先权，举例说明：如果两个判断数据中的优先权，举例说明：如果两个控制单元同时发送各自的数据，接收控制单元对较高优先权的发控制单元同时发送各自的数据，接收控制单元对较高优先权的发送控制单元优先接收。送控制单元优先接收。c. c. 检查域（检查域（6 6位）位）显示数据域中所包含的信息项目数，接收控制显示数据域中所包含的信息项目数，接收控制单元的接收器依据此项目数检查是否已经接收到所有传递过来的单元的接收器依据

15、此项目数检查是否已经接收到所有传递过来的信息。信息。d. d. 数据域（最大数据域（最大6464位）位）是发送控制单元传递给接收控制单元的是发送控制单元传递给接收控制单元的所有信息。所有信息。e. e. 安全域（安全域（1616位）位）发送控制单元检测传递数据中是否有错误。发送控制单元检测传递数据中是否有错误。f. f. 确认域（确认域（2 2位）位）在确认域中，是由发送控制单元的发送器发出在确认域中，是由发送控制单元的发送器发出信号，通知接收控制单元的接收器，告知已经正确发送。如果接信号，通知接收控制单元的接收器，告知已经正确发送。如果接收器检查出错误，则立即通知发送器，发送器则再发送一次数

16、据。收器检查出错误，则立即通知发送器，发送器则再发送一次数据。g. g. 结束域（结束域（7 7位）位）标志数据传递结束，也是发送器检查错误和再标志数据传递结束，也是发送器检查错误和再次发送数据的最后一次机会。次发送数据的最后一次机会。2022-2-2远程帧远程帧作为接收器的节点可以通过向相应的数据源节点发送一个作为接收器的节点可以通过向相应的数据源节点发送一个远程帧用来激活相应的源节点，让它把该源节点的数据发远程帧用来激活相应的源节点，让它把该源节点的数据发送给接收器。送给接收器。2022-2-2出错帧出错帧2022-2-2超载帧超载帧2022-2-2帧间空间帧间空间v超载帧与出错帧前面不需

17、要帧间空间超载帧与出错帧前面不需要帧间空间2022-2-2数据传输方式数据传输方式v某个控制单元发出一条信息后，某个控制单元发出一条信息后，CANCAN总线会将其总线会将其传输给网络上的各个控制单元，而这些控制单传输给网络上的各个控制单元，而这些控制单元则会有选择的去接收，对于无用信息则不接元则会有选择的去接收，对于无用信息则不接收。收。2022-2-2数据发送与接收过程数据发送与接收过程v发动机电脑向某电脑发动机电脑向某电脑CANCAN收发器发送收发器发送数据，某电脑数据，某电脑CANCAN收发器接收到由发收发器接收到由发动机电脑传来的数据，转换信号并发动机电脑传来的数据，转换信号并发给本电

18、脑的控制器。给本电脑的控制器。CANCAN数据传输系数据传输系统的其它电脑收发器均接收到此数据，统的其它电脑收发器均接收到此数据，但是要检查判断此数据是否是所需要但是要检查判断此数据是否是所需要的数据，如果不是将忽略掉。的数据，如果不是将忽略掉。2022-2-2CANCAN总线控制系统结构总线控制系统结构2022-2-22022-2-2节点结构节点结构传感器传感器/执行器接口执行器接口总线收发器总线收发器总线控制器总线控制器PC/微机处理器微机处理器系统系统控制算法控制算法CAN总线总线2022-2-25.3 CAN5.3 CAN通信控制器通信控制器1.CAN1.CAN控制器控制器 CANCA

19、N控制器有两种类型控制器有两种类型: :一是独立的一是独立的CANCAN总线通总线通信控制器（信控制器（SJA1000SJA1000）; ;二是集成了二是集成了CANCAN总线通信总线通信控制器的微处理器（控制器的微处理器（P87C591P87C591）2.CAN2.CAN总线驱动器（收发器）总线驱动器（收发器） 它提供了它提供了CANCAN控制器与物理总线之间的接口，提控制器与物理总线之间的接口，提供对总线的差动发送和接受能力。供对总线的差动发送和接受能力。2022-2-22022-2-22022-2-2CANCAN收发器收发器v TXD TXD 发送数据输入发送数据输入v GND GND

20、地地v Vcc Vcc 电源电压电源电压v RXD RXD 接收数据输出接收数据输出v Vref Vref 参考电压输出参考电压输出v RsRs斜率电阻输入斜率电阻输入v CANL CANL 低电平低电平CANCAN电电 压输入压输入/ /输出端输出端v CANH CANH 高电平高电平CANCAN电压电压输入输入/ /输出端输出端 2022-2-2总线终端总线终端v分离终端分离终端v多终端多终端v单终端单终端v非匹配终端非匹配终端v非终端支线电缆长度非终端支线电缆长度2022-2-22022-2-22022-2-22022-2-22022-2-22022-2-2CANCAN在汽车工业的应用在汽车工业的应用2022