CAN总线传输系统

1、 Canbus Canbus的由来的由来 由于现代汽车的技术水平大幅提高，要求能对更多的汽车运行参由于现代汽车的技术水平大幅提高，要求能对更多的汽车运行参数进行控制，因而数进行控制，因而汽车控制器汽车控制器的数量在不断的上升，从开始的几个的数量在不断的上升，从开始的几个发展到几十个以至于上百个控制单元。控制单元数量的增加，使得发展到几十个以至于上百个控制单元。控制单元数量的增加，使得它们互相之间的信息交换也越来越密集。为此德国它们互相之间的信息交换也越来越密集。为此德国BOSCHBOSCH公司公司（和（和interinter公司共同）公司共同）开发了一种设计先进的解决方案开发了一种设计先进的解

2、决方案CANCAN数据总线，数据总线，提供一种特殊的局域网来为汽车的控制器之间进行数据交换。提供一种特殊的局域网来为汽车的控制器之间进行数据交换。CAN-BUS系统系统CanbusCanbus的发展历史的发展历史大众公司首次在大众公司首次在9797年年PASSATPASSAT的舒适系的舒适系统上采用了传送速率为统上采用了传送速率为62.562.5Kbit/sKbit/s的的CanbusCanbus。9898年在年在PASSATPASSAT和和GOLFGOLF的驱动系统的驱动系统上增加了上增加了CanbusCanbus，传送速率为传送速率为500500Kbit/sKbit/s。20002000年

3、，大众公司在年，大众公司在PASSATPASSAT和和GOLFGOLF采用了带有网关的采用了带有网关的第二代第二代CanbusCanbus。20012001年，大众公司提高了年，大众公司提高了CanbusCanbus的设的设计标准，将舒适系统计标准，将舒适系统CanbusCanbus提高到提高到100100Kbit/sKbit/s, , 驱动系统提高到驱动系统提高到500500Kbit/sKbit/s。20022002年，大众集团在新年，大众集团在新PQ24PQ24平台上使平台上使用带有车载网络控制单元的用带有车载网络控制单元的第三代第三代CanbusCanbus。20032003年，大众集团

4、在新年，大众集团在新PQ35PQ35平台上使用五平台上使用五重结构的重结构的CanbusCanbus系统，并且出现了系统，并且出现了单线的单线的LIN-BUSLIN-BUS。CAN-BUS系统系统 CCAN-BusAN-Bus是是Controller Area NetworkController Area Network的缩写，称为控制单的缩写，称为控制单元的局域网，它是车用控制单元传输信息的一种传送形式。元的局域网，它是车用控制单元传输信息的一种传送形式。 车上的布线空间有限，车上的布线空间有限，CAN-BusCAN-Bus系统的控制单元连接方式系统的控制单元连接方式采用采用铜缆铜缆串行方式

5、串行方式。CAN-BUS系统系统 由于控制器采用串行合用方式，因此不同控制器之间的信息传送方式是广播式传输。也就是说每个控制单元不指定接收者，把所有的信息都往外发送；由接收控制器自主选择是否需要接收这些信息。广播原理：一家发送，大家接收传输速度快传输速度快相关控制单元可共用传感器相关控制单元可共用传感器更少的线束、更小的控制单元，节省了空更少的线束、更小的控制单元，节省了空间间增加了系统设计和升级的灵活性增加了系统设计和升级的灵活性 CAN-BUS CAN-BUS系统组成：系统组成： CANCAN收发器收发器: : 安装在控制器内部，同时兼具接受和发送的功能，将安装在控制器内部，同时兼具接受和

6、发送的功能，将控制器传来的数据化为电信号并将其送入数据传输线。控制器传来的数据化为电信号并将其送入数据传输线。 数据传输终端数据传输终端：是一个电阻，防止数据在线端被反射，以回声的形：是一个电阻，防止数据在线端被反射，以回声的形式返回，影响数据的传输。式返回，影响数据的传输。 数据传输线数据传输线：双向数据线，由高低双绞线组成。：双向数据线，由高低双绞线组成。CAN-BUS系统系统数据传输线数据传输终端数据传输终端CAN收发器CAN收发器 CanbusCanbus采用采用双绞线自身校双绞线自身校验验的结构，既可以防止电磁干扰对的结构，既可以防止电磁干扰对传输信息的影响，也可以防止本身传输信息的

7、影响，也可以防止本身对外界的干扰。对外界的干扰。系统中采用系统中采用高低电平高低电平两根数两根数据线据线，控制器输出的信号同时向两，控制器输出的信号同时向两根通讯线发送，高低电平根通讯线发送，高低电平互为镜像互为镜像。+1V-1V外界的干扰同时作用于两外界的干扰同时作用于两根导线根导线产生的电磁波辐射相互抵消产生的电磁波辐射相互抵消0 VCAN-BUS系统系统log0log1 差分放大器对应于逻辑电平差分放大器对应于逻辑电平CAN-BUS系统系统Canbus双绞线的颜色双绞线的颜色CanbusCanbus上的信息上的信息CanbusCanbus上的上的信息是以二进制形式信息是以二进制形式出现的

8、。出现的。也就是说控制单元将信息转换成二进制，也就是说控制单元将信息转换成二进制，CanbusCanbus用用电平来模拟二进制电平来模拟二进制，接受控制，接受控制单元单元将电平转换成二进制数据将电平转换成二进制数据，再，再将二将二进制数据转换成正常数据进制数据转换成正常数据。例如：例如：控制单元控制单元A A将发动机转速值信号先转换成将发动机转速值信号先转换成二进制信号二进制信号(00010101),(00010101),然后由发送器转然后由发送器转换成一串电平信号兵发送出去。换成一串电平信号兵发送出去。控制单元控制单元B B的接收器先读取电平信号，转的接收器先读取电平信号，转换成二进制信号换

9、成二进制信号(00010101)(00010101)，然后再解，然后再解码成发动机转速值。码成发动机转速值。CAN-BUS系统系统CanbusCanbus的收发器如图所示，使用一个电路进行控制，这样也就是说控制单元的收发器如图所示，使用一个电路进行控制，这样也就是说控制单元在在某一时间段只能进行发送或某一时间段只能进行发送或接收接收一项功能。一项功能。逻辑逻辑“1”“1”：所有控制器的开关断开；总线电平为：所有控制器的开关断开；总线电平为5 5V Voror3.5V3.5V；CanbusCanbus未通讯。未通讯。逻辑逻辑“0”“0”：某一控制器闭合；总线电平为：某一控制器闭合；总线电平为0

10、0伏；伏； CanbusCanbus进行通讯。进行通讯。CAN-BUS系统系统CAN-BUS系统系统当用当用2 2个以上的控制器连接在个以上的控制器连接在CanbusCanbus总线总线上（如图所示），用上（如图所示），用逻辑逻辑1 1来表示来表示断开断开和用和用逻辑逻辑0 0表示表示闭合闭合。不考虑其他总线规则情况。不考虑其他总线规则情况下，总线会出现下图的情况：下，总线会出现下图的情况：1.1.任何开关闭合，总线上的电压为任何开关闭合，总线上的电压为0 0伏伏2.2.所有开关断开，总线上的电压为所有开关断开，总线上的电压为5 5伏伏因此：因此：1.1.只要任何一个控制器激活，只要任何一个控

11、制器激活，则总线激活；则总线激活；2.2.所有控制器关闭，总线处于所有控制器关闭，总线处于未激活状态；未激活状态；激活的总线称为激活的总线称为显性电平显性电平；未激活的总线电平称为未激活的总线电平称为隐形电隐形电平平。CAN-BUS系统系统2个以上控制器所组成的个以上控制器所组成的Canbus系统系统 Canbus Canbus 的数据结构的数据结构 当控制器发送信息时，并不仅仅是数据本身，它同时还带有属性数据打成当控制器发送信息时，并不仅仅是数据本身，它同时还带有属性数据打成数数据包据包一起传送。该数据包共有一起传送。该数据包共有7 7个数据段，分别储存有开始区（个数据段，分别储存有开始区（

12、1 1位）位），优先级优先级别区（别区（1111位位），检验区（），检验区（6 6位）位）数据区（数据区（6464位），位），安全区（安全区（1616位），确认区（位），确认区（2 2位）和结束区（位）和结束区（7 7位）。位）。开始区优先级别区未使用数据区确认区检验区数据量16位冗余校验码结束区CAN-BUS系统系统 因为因为CanbusCanbus采用串行数据传递（单采用串行数据传递（单根数据线根数据线) )方式，如果有多个控制器同方式，如果有多个控制器同时需要发出信号，那么在总线上一定会时需要发出信号，那么在总线上一定会发生数据冲突。所有每一个数据列都有发生数据冲突。所有每一个数据列都有

13、它的优先级。当有多个控制器试图发送它的优先级。当有多个控制器试图发送信息时，它们自己的接收器为信息时，它们自己的接收器为信息优先信息优先级进行仲裁级进行仲裁，当其他控制器发送的信息，当其他控制器发送的信息优先级高于自己控制器发送信息时，通优先级高于自己控制器发送信息时，通知自己发送器停止发送，整个控制器进知自己发送器停止发送，整个控制器进入接收状态。入接收状态。 在信息数据列中有在信息数据列中有1111位位的的状态区状态区，这，这1111位二进制中位二进制中前前7 7位位既是发送信息的既是发送信息的控控制器标识符制器标识符，同时又表示了它的，同时又表示了它的优先级优先级，即从前往后数，即从前往

14、后数，前面零越多，优先级越前面零越多，优先级越高高。而后。而后4 4位则是这个控制器发送不同位则是这个控制器发送不同信息的编号，如发动机控制单元既要发信息的编号，如发动机控制单元既要发送转速信号，又要发送水温等信号，则送转速信号，又要发送水温等信号，则后后4 4位就有所不同。位就有所不同。CAN-BUS系统系统优先级确认（仲裁）优先级确认（仲裁）CAN-BUS系统系统为了保证发送和接受能够同步，为了保证发送和接受能够同步，CanbusCanbus规定了边沿对齐规则规定了边沿对齐规则。也就是说接收器。也就是说接收器发现每一次电平反向的节拍不对时，必须调整边沿，以求得同步。这个规则在电发现每一次电

15、平反向的节拍不对时，必须调整边沿，以求得同步。这个规则在电平变化频繁时能有效的保证了接收的正确性平变化频繁时能有效的保证了接收的正确性CAN-BUS系统系统为了保证发送和接受能够同步，为了保证发送和接受能够同步，CanbusCanbus规定了位填充规则。规定了位填充规则。也就是说最多也就是说最多5 5位位出现一样的电平信号，第六位必须有一个反向电平出现一样的电平信号，第六位必须有一个反向电平。这个规则能有效的保证了接。这个规则能有效的保证了接收的正确性。收的正确性。CAN-BUS系统系统 出错帧（出错帧（Error Frame):Error Frame): 当控制器在接收其他控制器或自己发送器

16、的信息时，发现信息有错误，可以发送出错帧，出错帧至少有出错帧至少有6 6个显性电平和个显性电平和8 8个隐性电平，至个隐性电平，至多多1212个显性电平和个显性电平和8 8个隐性电平构成。个隐性电平构成。错误发送控制单元接收控制单元接收控制单元Canbus系统CAN-BUS系统系统正确？可用？特别提示： 信息交换过程按设定好的循环时间（如每信息交换过程按设定好的循环时间（如每10ms）在持续）在持续的重复进行。的重复进行。 内部故障管理内部故障管理 控制单元内部有错误计数器。控制单元内部有错误计数器。一次发送失败计数加一次发送失败计数加8 8，一次接收错误计，一次接收错误计数加数加1 1。当。

17、当累计超过累计超过127127时，控制器不再允许发送信息，当累计超过时，控制器不再允许发送信息，当累计超过255255时，时，控制器自动与总线脱离控制器自动与总线脱离. .但是，但是，控制器发送信息时，没有受到答复信号，控制器发送信息时，没有受到答复信号，控制器将重复发送，而错误计数不计数。控制器将重复发送，而错误计数不计数。CAN-BUS系统系统CAN 仪表CAN 驱动CAN信息CAN 舒适 CAN诊断CAN-BUS系统系统诊断接口CAN-CAN-区域图区域图网关J519空调J255舒适系统J393左前门J386右前门J387左后门J388右后门J389转向柱J527电动转向J500G85安

18、全气囊J234ABSJ104变速箱发动机ESP传感器收音机车载电话雨括器 L雨括器 R J533CAN-BUS系统系统 网关网关 由于不同区域由于不同区域CanbusCanbus总线的速率和识别代号不同，因此一个信号要从一总线的速率和识别代号不同，因此一个信号要从一个总线进入到另一个总线区域，必须个总线进入到另一个总线区域，必须把它的识别信号和速率进行改变把它的识别信号和速率进行改变，能够，能够让另一个系统接受，这个任务由网关让另一个系统接受，这个任务由网关( (Gateway)Gateway)来完成。另外，来完成。另外，网关还具网关还具有改变信息优先级的功能有改变信息优先级的功能。如车辆发生

19、相撞事故，气囊控制单元会发出负加。如车辆发生相撞事故，气囊控制单元会发出负加速度传感器的信号，这个信号的优先级在驱动系统是非常高，但转到舒适系速度传感器的信号，这个信号的优先级在驱动系统是非常高，但转到舒适系统后，网关调低了它的优先级，因为它在舒适系统功能只是打开门和灯。统后，网关调低了它的优先级，因为它在舒适系统功能只是打开门和灯。CAN-BUS系统系统诊断总线诊断总线网关仪表总线仪表总线驱动总线驱动总线舒适总线舒适总线信息总线信息总线 诊断总线诊断总线是用于诊断仪器和相是用于诊断仪器和相应控制单元之间的信息交换，它应控制单元之间的信息交换，它被用来代替原来的被用来代替原来的K K线线或者或

20、者L L线线的的功能（功能（废气处理控制器除外废气处理控制器除外）。）。 诊断总线目前只能在诊断总线目前只能在VAS5051VAS5051和和VAS5052 VAS5052 下工作，下工作，而不能适用于原来的诊断工具，而不能适用于原来的诊断工具，如如15521552等。诊断总线通过网关转等。诊断总线通过网关转接到相应的接到相应的CANBUSCANBUS上，然后再上，然后再连接相应的控制器进行数据交换。连接相应的控制器进行数据交换。 随着诊断总线的使用，大众集随着诊断总线的使用，大众集团将团将逐步淘汰控制器上的逐步淘汰控制器上的K K线存线存储器储器，而采用，而采用CANCAN线作为诊断仪线作为

21、诊断仪器和控制器之间的信息连接线器和控制器之间的信息连接线，我们称之为我们称之为虚拟虚拟K K线线。CAN-BUS系统系统诊断总线诊断总线针脚号针脚号 对应的线束对应的线束 1 1 1515号线号线 4 4 接地接地 5 5 接地接地 6 6 CANBUS(CANBUS(高）高） 7 7 k k线线 14 14 CANBUS(CANBUS(低）低） 15 15 L L线线 16 16 3030号线号线注：未标明的针脚号暂未使用。注：未标明的针脚号暂未使用。 当车辆使用诊断当车辆使用诊断CANBUSCANBUS总线结构总线结构后，后，VAS5051VAS5051等诊断仪器必须使用相等诊断仪器必须

22、使用相对应的对应的新型诊断线新型诊断线（VAS5051/5AVAS5051/5A或或VAS5051/6AVAS5051/6A）, , 否则无法读出相应的否则无法读出相应的诊断信息。另外，车上的诊断接口也作诊断信息。另外，车上的诊断接口也作出了相应的改动，具体信息看如下图表：出了相应的改动，具体信息看如下图表：注：注：50515051仪器的仪器的版本号必须大于版本号必须大于3.03.0以以上上 才能使用诊断才能使用诊断CANBUSCANBUS总线。总线。 新型诊断线能够适用于旧型诊断接口新型诊断线能够适用于旧型诊断接口。CAN-BUS系统系统驱动系统驱动系统CANCANCanbusCanbus驱

23、动系统由驱动系统由1515号激活号激活, , 速率是所有速率是所有CanbusCanbus中最高中最高达到达到500 kBit/s500 kBit/s，采用终端电阻结构，其采用终端电阻结构，其中心电阻为中心电阻为6666欧姆欧姆（发动机电阻（发动机电阻）；并且）；并且高低高低CanbusCanbus线线为为环状结构，即任一环状结构，即任一根根CanbusCanbus线断路，则线断路，则CanbusCanbus无法工作。无法工作。CAN-BUS系系统统 动力动力CAN数据总线的速率为数据总线的速率为500Kbit/s，用于将，用于将动力动力CAN数据总线方面的控制单元联成网络。动数据总线方面的控

24、制单元联成网络。动力力CAN数据总线控制单元有：数据总线控制单元有： 发动机控制单元发动机控制单元 ABS控制单元控制单元 ESP控制单元控制单元 变速器控制单元变速器控制单元 安全气囊控制单元安全气囊控制单元 组合仪表组合仪表CAN-BUS系统系统驱动系统的驱动系统的CanbusCanbus信号和逻信号和逻辑信号：辑信号：Can-HighCan-High的高电平为：的高电平为：3.53.5伏伏Can-HighCan-High的低电平为：的低电平为：2.52.5伏伏Can-Low Can-Low 的高电平为的高电平为: 2.5: 2.5伏伏Can-low Can-low 的低电平为：的低电平为：1.51.5伏伏逻辑逻辑“1”“1”：Can-high(3.5)Can-high(3.5) Can-low=(1.5)Can-low=(1.5)逻辑逻辑“0”“0”：Can-high(2.5)Can-h