第7章 CAN bus和汽车网络

1、工业通信网络技术和应用工业通信网络技术和应用现场总线现场总线主讲：莫太平主讲：莫太平2 2 前置课程：数据通信基础、计算机网络等前置课程：数据通信基础、计算机网络等 教材教材: :许勇许勇- -工业通信技术工业通信技术- -原理与应用，西安电子原理与应用，西安电子科技大学出版社，科技大学出版社，20122012 参考教材参考教材: :许勇许勇- -工业通信技术工业通信技术- -原理与应用，中国原理与应用，中国电力出版社，电力出版社，2008.92008.9 参考教材：阳宪惠参考教材：阳宪惠- -网络化控制系统网络化控制系统- -现场总线技现场总线技术，清华大学出版社，术，清华大学出版社，200

2、9.52009.5 Email: Email: Telephone: 229-1208Telephone: 229-1208教材及参考资料教材及参考资料3 3主要教学内容和学时分配主要教学内容和学时分配第第1 1章章 工业通信概论工业通信概论第第2 2章章 数据通信原理及基础数据通信原理及基础第第3 3章章 总线接口技术介绍总线接口技术介绍第第4 4章章 工控机与测控仪器接口总线工控机与测控仪器接口总线第第5 5章章 工业通信常用技术工业通信常用技术第第6 6章章 常用的工业现场总线常用的工业现场总线第第7 7章章 CAN BusCA

3、N Bus和汽车网络和汽车网络第第8 8章章 工业以太网技术及应用工业以太网技术及应用4 4第第7 7章章 汽车网络和汽车网络和CANbusCANbus概述概述 随着汽车功能的不断增加、可靠性要求的不断提高，汽随着汽车功能的不断增加、可靠性要求的不断提高，汽车电子化程度越来越高。电子控制单元大量引入汽车，如车电子化程度越来越高。电子控制单元大量引入汽车，如电子燃油喷射装置、防抱死制动装置、安全气囊装置、电电子燃油喷射装置、防抱死制动装置、安全气囊装置、电控门窗装置、主动悬架等。目前，在高端汽车中一般会有控门窗装置、主动悬架等。目前，在高端汽车中一般会有5050个以上的个以上的ECUECU。当执

4、行一个较复杂的控制时，需要在设。当执行一个较复杂的控制时，需要在设备之间进行大量的数据交换。当控制系统变得复杂时，要备之间进行大量的数据交换。当控制系统变得复杂时，要求大批的数据信息能在不同的电子单元中共享，交换数据求大批的数据信息能在不同的电子单元中共享，交换数据的信号线连接将变得更复杂，同时费用将提高。的信号线连接将变得更复杂，同时费用将提高。 传统线束远不能满足这种需求。车辆电子系统之间如果传统线束远不能满足这种需求。车辆电子系统之间如果通过线束进行数据传输，一般车辆车体内的线束约可达通过线束进行数据传输，一般车辆车体内的线束约可达3,8003,800米以上，重量可达米以上，重量可达70

5、708080公斤。公斤。解决问题的选择就是网络，在借鉴计算机网络技术和现场控解决问题的选择就是网络，在借鉴计算机网络技术和现场控制技术基础上，开发出各种适用汽车环境的汽车网络技术制技术基础上，开发出各种适用汽车环境的汽车网络技术。5 5汽车汽车技术发展的趋势技术发展的趋势 降低能耗降低能耗: : 美国和日本美国和日本: : 从内燃机到混合动力从内燃机到混合动力 欧洲欧洲: : 从汽油发动机到柴油发动机从汽油发动机到柴油发动机 燃料电池交通工具，由于成本的原因会推迟到燃料电池交通工具，由于成本的原因会推迟到20302030年年. . 安全安全- -行驶安全的要求不断的增加行驶安全的要求不断的增加

6、 动力牵引控制动力牵引控制 高档汽车将会采用新的总线标准（高档汽车将会采用新的总线标准（LAN for Xby-WireLAN for Xby-Wire） 电子眼电子眼/ /防碰撞防碰撞/ABS/ABS 发动机防盗锁止系统（发动机防盗锁止系统（ Immobilizer Immobilizer） 舒适及便捷舒适及便捷 远程通讯（远程通讯（TelematicsTelematics） 排放标准更严格（节能减排）排放标准更严格（节能减排）6 6汽车排放标准介绍汽车排放标准介绍 20072007年实施年实施的国的国IIIIII相当于欧相当于欧3 3，20102010年实施的国年实施的国IVIV标准相当于

7、欧标准相当于欧4 4，欧，欧6 6将将于于20122012年底开始执行。欧标以汽车发动机单位行驶距离的排年底开始执行。欧标以汽车发动机单位行驶距离的排污量（污量（g/kmg/km）计算，汽车分为总质量不超过）计算，汽车分为总质量不超过35003500公斤（轻型公斤（轻型车）和总质量超过车）和总质量超过35003500公斤（重型车）两类。公斤（重型车）两类。美国总统美国总统0909年正式提出新的全国汽车减排节能计划，要求在年正式提出新的全国汽车减排节能计划，要求在20162016年前出产的轿车和卡车平均油耗达到每加仑年前出产的轿车和卡车平均油耗达到每加仑35.535.5英里，同时减英里，同时减少

8、少30%30%的尾气排放。的尾气排放。 7 7标准标准&技术发展的趋势技术发展的趋势8 89 91010 为方便研究和设计应用，为方便研究和设计应用，SAESAE车辆网络委员会将汽车车辆网络委员会将汽车数据传输网划分为数据传输网划分为A A、B B、C C三类。三类。 A A类：面向传感器类：面向传感器/ /执行器控制的低速网络，数据传输执行器控制的低速网络，数据传输位速率通常只有位速率通常只有1-10kbps1-10kbps。主要应用于电动门窗、座椅。主要应用于电动门窗、座椅调节、灯光照明等控制。调节、灯光照明等控制。 B B类：面向独立模块间数据共享的中速网络，位速率一类：面向独立

9、模块间数据共享的中速网络，位速率一般为般为10-100kbps10-100kbps。主要应用于电子车辆信息中心、故障。主要应用于电子车辆信息中心、故障诊断、仪表显示、安全气囊等系统，以减少冗余的传诊断、仪表显示、安全气囊等系统，以减少冗余的传感器和其它电子部件。感器和其它电子部件。 C C类：面向高速、实时闭环控制的多路传输网，最高位类：面向高速、实时闭环控制的多路传输网，最高位速率可达速率可达1Mbps1Mbps，主要用于悬架控制、牵引控制、先进，主要用于悬架控制、牵引控制、先进发动机控制、发动机控制、ABSABS等系统，以简化分布式控制和进一等系统，以简化分布式控制和进一步减少车身线束。到

10、目前为止，满足步减少车身线束。到目前为止，满足C C类网要求的汽车类网要求的汽车控制局域网只有控制局域网只有CANCAN协议。协议。 三类网络功能均向下涵盖，即三类网络功能均向下涵盖，即B B类支持类支持A A类网，类网，C C类网类网能实现能实现B B类和类和A A类网功能。目前类网功能。目前B B类汽车局域网应用最类汽车局域网应用最为广泛，为广泛，A A类网趋于淘汰，类网趋于淘汰，C C类网应用日益广泛。按发类网应用日益广泛。按发展趋势，在不久的将来展趋势，在不久的将来C C类网将占据主导地位。类网将占据主导地位。1111车载网络（In-Vehicle Network）中应用标准化总线技术

11、则成为较理想的解决方式。按不同的技术特点和应用领域，车载总线技术还可分为五类。如表一所示，第一类LIN、 TTP/A等总线传输速度最低，适用于车体控制；第二类中速总线，如低速CAN、SAE J1850、VAN（Vehicle Area Network）等，适用于对实时性要求不高的通信应用；第三类包括高速CAN、TTP/C等技术，适用于高速、实时死循环控制的多路传输网络；第四类如 IDB-C、IDB-M（D2B、MOST ：Media Oriented System Transport 、IDB1394）)、IDB-Wireless（Bluetooth）等，一般应用于车载资通娱乐网络；第五类传输

12、速度最高，用于最具关键性、实时性最高的人身安全系统，包括FlexRay和Byteflight等。此外还有用于诊断的Keyword2000和ISO 9141。1212汽车网络系统总线标准及应用：汽车网络系统总线标准及应用：1313控制器局域网CAN（Control Area Network）总线是德国BOSCH公司为解决现代汽车控制与测试仪器间数据交换而开发的串行数据通讯协议（1986）。最早成为国际标准（ISO11898），也是目前事实上的汽车总线协议标准。国际半导体厂商开发CAN总线专用芯片的有：Intel、Motorola、Philips、Siemens、NEC、Honeywell等。CA

13、N属于总线式通讯网络。CAN总线规范了任意两个CAN节点之间的兼容性，包括电气特性及数据解释协议，CAN的物理层决定了实际位传送过程中的电气特性，在同一网络中，所有节点的物理层必须保持一致，但可以采用不同方式的物理层。CAN的数据链路层功能包括帧组织形式，总线仲裁和检错、错误报告及处理，确认哪个信息要发送的，确认接收到的信息及为应用层提供了接口。1414 CANCAN协议模型结构只有协议模型结构只有OSIOSI底层的物理层和数据链路层底层的物理层和数据链路层。CANCAN属于总线式串行通信网络属于总线式串行通信网络通过报文滤波即可实现点对点、一点对多点及全网通过报文滤波即可实现点对点、一点对多

14、点及全网广播几种方式发送接收数据广播几种方式发送接收数据为多主方式工作，通信方式灵活为多主方式工作，通信方式灵活CANCAN网络按节点类型分成不同的优先级网络按节点类型分成不同的优先级CANCAN采用非破坏性总线优先级仲裁技术采用非破坏性总线优先级仲裁技术 CANCAN总线的数据传递方式总线的数据传递方式以报文为单位进行以报文为单位进行，短帧结构（短帧结构（8 8字节），字节）， 每个报文的标志符每个报文的标志符IDID起始部分有一个起始部分有一个1111位的标志符位的标志符IDID 传输速率：传输速率： 可达到可达到1Mbps/40m1Mbps/40m（5k/10km5k/10km） 差错控

15、制：机制充分，可靠性高差错控制：机制充分，可靠性高CANCAN总线技术的特点总线技术的特点：1515采用总线仲裁技术，当出现几个节点同时在网络上采用总线仲裁技术，当出现几个节点同时在网络上传输信息时，优先级高的节点可继续传输数据，而传输信息时，优先级高的节点可继续传输数据，而优先级低的节点则主动停止发送，从而避免冲突。优先级低的节点则主动停止发送，从而避免冲突。 CANCAN支持四类报文帧：数据帧、远程帧、出错帧、支持四类报文帧：数据帧、远程帧、出错帧、超载帧，单帧字节长度短，有很好的实时性。超载帧，单帧字节长度短，有很好的实时性。每帧都有循环冗余校验每帧都有循环冗余校验CRCCRC及其它检错

16、措施，纠错及其它检错措施，纠错能力非常强，从而提高数据的准确性；能力非常强，从而提高数据的准确性；CANCAN节点在错误严重的情况下，具有自动关闭输出节点在错误严重的情况下，具有自动关闭输出功能，可自动切断与总线的通信联系，以使总线上功能，可自动切断与总线的通信联系，以使总线上的其他操作不受影响。的其他操作不受影响。CANCAN上的节点数主要取决于总线驱动电路上的节点数主要取决于总线驱动电路成本不高成本不高特点特点细节：细节：1616 将将CANCAN总线应用在汽车中优点：总线应用在汽车中优点：(1)(1)用低成本的双绞线电缆代替了车身内昂贵的导线，并用低成本的双绞线电缆代替了车身内昂贵的导线

17、，并大幅度减少了用线数量；提高可靠性大幅度减少了用线数量；提高可靠性, ,安全性、降低成本安全性、降低成本(2)(2)具有快速响应时间和高可靠性，并适合对实时性要求具有快速响应时间和高可靠性，并适合对实时性要求较高的应用如刹车装置和气囊；控制平台、信息平台、较高的应用如刹车装置和气囊；控制平台、信息平台、驾驶平台的互连基础驾驶平台的互连基础(3)CAN(3)CAN芯片可以抗高温和高噪声，并且具有较低的价格芯片可以抗高温和高噪声，并且具有较低的价格，开放的工业标准。，开放的工业标准。 对于一般控制对于一般控制, ,设备间连锁可以通过串行网络完成。通过设备间连锁可以通过串行网络完成。通过CANCA

18、N总线总线, ,传感器、控制器和执行器由串行数据线连接传感器、控制器和执行器由串行数据线连接起来。其通信协议相当于起来。其通信协议相当于ISO/OSIISO/OSI参考模型中的数据链参考模型中的数据链路层路层, ,网络可根据协议探测和纠正数据传输过程中因电磁网络可根据协议探测和纠正数据传输过程中因电磁干扰而产生的数据错误。干扰而产生的数据错误。 CANCAN网络的配制比较容易网络的配制比较容易, ,允许任何站之间直接进行通允许任何站之间直接进行通信信, ,而无需将所有数据全部汇总到主计算机后再行处理。而无需将所有数据全部汇总到主计算机后再行处理。1717CANCAN技术技术 基本原理示意图基本

19、原理示意图1201818CANCAN总线技术的支持器件总线技术的支持器件类别类别产品分类产品分类典型产品典型产品CAN控控制器制器独立独立CAN控制器控制器SJA1000 （Philips），MPC2515（Microchip）集成集成CAN控制器的单控制器的单片机片机P8*C591（ Philips，80C51 指令，包含PeliCAN 功能）AT89C51CC0*（Atmel，NXP集成集成CAN控制器控制器的的ARM芯片芯片集成有CAN控制器的NXP ARM7芯片（）TI集成集成CAN控制器的控制器的ARM芯片芯片TI S2000系列和S8000系列ARM芯片（）CAN收收发器发器CAN

20、收发器收发器TJA10*（NXP)，PCA82C25*（通用型），MC33897（Freescale），MCP2551隔离隔离CAN收发器收发器ISO1050（TI)，TJA1050 （Philips，提供差动发送性能，集成高速电气隔离、电源隔离、CAN收发器、总线保护器件） 19192.2. CANCAN通信协议通信协议2020OSIOSI和邮件收发和邮件收发2121OSI OSI 模型七个层的功能模型七个层的功能2222 1 1） CANCAN的物理层的物理层 特性：特性： 拓扑结构拓扑结构CANCAN在物理结构上属于总线式通信网络。在物理结构上属于总线式通信网络。机械参数及传输介质模块通

21、过一个机械参数及传输介质模块通过一个9 9针的针的D D型插头连接型插头连接到到CANCAN总线上。总线采用屏蔽的或非屏蔽的双绞线，用总线上。总线采用屏蔽的或非屏蔽的双绞线，用光纤更佳。光纤更佳。电气参数及信号表示总线上的数据采用不归零编码方电气参数及信号表示总线上的数据采用不归零编码方式（式（NRZNRZ），可具有两种互补的逻辑值之一：显性（），可具有两种互补的逻辑值之一：显性（0 0 -Dominant -Dominant ）及隐性（）及隐性（1- 1- Recessive Recessive ）。）。CANCAN总线各节总线各节点使用相同位速率。点使用相同位速率。 CAN总线采用时钟同步

22、技术来保证通讯的同步。每位时间组成如图。接收器在两个相位缓冲段间采样输入位值，两个相位缓冲段长度可自由调节，以保证采样的可靠性。 2323物理层协议物理层协议Bosch开发的CAN规范中物理层没有完整的定义，允许系统设计者为其应用优化电平和传输中介。已经创建了的CAN物理层标准有：ISO 11898-2ISO 11898-2高速（高速（传送速率1 Mbit/s-最大长度40 m）指定两线制差分总线。线阻抗为120 Ohm，CAN_L-2 V至CAN_H+7 V。ISO 11898-3ISO 11898-3容错容错 (容错CAN) 用于汽车车身电子设备。速率125 kbit/s，共模电压范围在-

23、2 V到+7 V之间。电源定义为5 V。 SAE J2411 SAE J2411 单线单线适用于对比特率和长度要求较低的CAN网络。介质非屏蔽的单线，标称速率33.3 kbit/s(高速模式83.3 kbit/s) 。 ISO 11992 ISO 11992 点对点点对点对于带有拖车的车辆，标称数据速率125 kbit/s。非屏蔽的双绞线作为总线介质。 其它：其它：对于光学介质没有规范，隐性电平用“暗”表示，显性电平用“亮”表示 2424ISO11898 NOMINAL BUS LEVELS25252 2）CANCAN链路层链路层CAN协议当初分为：目标层、传送层、物理层。其中目标层和传送层包

24、括了ISO/OSI定义的数据链路的所有功能。目标层的功能包括：确认要发送的信息；位应用层提供接口。传送层功能包括：数据帧组织：总线仲裁：检错、错误报告、错误处理。CAN总线以报文为单位进行信息交换，报文中含有标示符（ID），它既描述了数据的含义又表明了报文的优先权。CAN总线上的各个协点都可主动发送数据。当同时有两个或两个以上的节点发送报文时，CAN控制器采用ID进行仲裁。ID控制节点对总线的访问。发送具有最高优先权报文的节点获得总线的使用权，其他节点自动停止发送，总线空闲后，这些节点将自动重发报文。 2626CAN支持四类信息帧类型：数据帧、远程帧 、错误指示帧 和超载帧。数据帧和远程帧 有

25、两种格式：2.0A和标准2.0B。两者本质的不同在于ID的长度不同。在2.0A类型中，ID的长度为l l位；在2.0B类型中ID为29位。 2727（1 1）数据）数据/ /信息帧信息帧（DataData Frame)Frame)包括包括7 7个主要的域个主要的域（bitbit fieldfield）：帧起始域帧起始域（SoFSoF）：）：标志数据帧开始，一个显性位组成。标志数据帧开始，一个显性位组成。仲裁域仲裁域（Arbitration)Arbitration)：内容由标示符和远程传输请求位（内容由标示符和远程传输请求位（RTRRTR）组成，）组成，RTRRTR用以表明此信息帧是数据帧还是不

26、包含任何用以表明此信息帧是数据帧还是不包含任何数据的远地请求帧。当数据的远地请求帧。当2.0A2.0A的数据帧和的数据帧和2.0B2.0B的数据帧必须在同的数据帧必须在同一条总线上传输时，首先判断其优先权，如果一条总线上传输时，首先判断其优先权，如果IDID相同，则非相同，则非扩展数据帧的优先权高于扩展数据帧。扩展数据帧的优先权高于扩展数据帧。控制域控制域（Control)Control)：r0r0、r1r1是保留位，作为扩展位，是保留位，作为扩展位，DLCDLC表表示一帧中数据字节的数目。示一帧中数据字节的数目。数据域数据域：包含包含0 08 8字节的数据。字节的数据。校验域校验域（CRCC

27、RC）：）：检验位错用的循环冗余校验域，检验位错用的循环冗余校验域，1515位。位。应答域应答域（ACKACK）：）：包括应答位和应答分隔符。正确接收包括应答位和应答分隔符。正确接收到有效报文的接收站在应答期间将总线值为显性电平。到有效报文的接收站在应答期间将总线值为显性电平。帧结束帧结束（EoF)EoF) ：由七位隐性电平组成。由七位隐性电平组成。2828 （2 2）远程帧）远程帧 接受数据的节点可通过发远程帧请求源节接受数据的节点可通过发远程帧请求源节点发送数据。它由点发送数据。它由6 6个域组成：帧起始、仲裁域、控制个域组成：帧起始、仲裁域、控制域、校验域、应答域、帧结束。域、校验域、应

28、答域、帧结束。 （3 3）错误指示帧）错误指示帧 由错误标志和错误分界两个域组成。由错误标志和错误分界两个域组成。接收节点发现总线上的报文有误时，将自动发出接收节点发现总线上的报文有误时，将自动发出“活活动错误标志动错误标志”其他节点检测到活动错误标志后发送其他节点检测到活动错误标志后发送“错误认可标志错误认可标志”。 （4 4）超载帧）超载帧 由超载标志和超载分隔符组成。超载帧只由超载标志和超载分隔符组成。超载帧只能在一个帧结束后开始。当接收方接收下一帧之前，能在一个帧结束后开始。当接收方接收下一帧之前，需要过多的时间处理当前的数据，或在帧问空隙域检需要过多的时间处理当前的数据，或在帧问空隙

29、域检测到显性电平时，则导致发送超载帧。测到显性电平时，则导致发送超载帧。 （5 5）帧间空隙）帧间空隙 位于数据帧和远地帧与前面的信息帧之位于数据帧和远地帧与前面的信息帧之间，由帧间空隙和总线空闲状态组成。帧间空隙是必间，由帧间空隙和总线空闲状态组成。帧间空隙是必要的，在此期间，要的，在此期间， CAN CAN不进行新的帧发送，为的是不进行新的帧发送，为的是CANCAN控制器在下次信息传递前有时间进行内部处理操控制器在下次信息传递前有时间进行内部处理操作。当总线空闲时作。当总线空闲时CANCAN控制器方可发送数据。控制器方可发送数据。2929仲裁区传送期间,每个发送器都监视总线上当前电平,并与

30、自己已经发送的位电平进行比较。如果值相等,那么继续发送; 如果发送了一个隐性位(值1) ,同时在总线上监视到一个显性位(值0) ,那么本节点将失去仲裁权, 必须停止发送数据。失去仲裁权的节点可以在当前发送完成的时候再次尝试发送数据。具有最低数字值的标识符获得仲裁优先权。3030总线上的各种数据的延迟要求是不一样的，快速变化的物理总线上的各种数据的延迟要求是不一样的，快速变化的物理量（如发送机的转速、路面的随机波动信号等）比慢时变的量（如发送机的转速、路面的随机波动信号等）比慢时变的物理量（如温度、压力等信号）要求的频率大的多。当多节物理量（如温度、压力等信号）要求的频率大的多。当多节点同时需要

31、访问总线，点同时需要访问总线，CANCAN控制器通过各种报文被赋予的优控制器通过各种报文被赋予的优先权标示符及先权标示符及IDID数的大小来仲裁谁先发送（优先级以二进制数的大小来仲裁谁先发送（优先级以二进制数表示，但不允许动态更改）。使信息近似于实时传输。数表示，但不允许动态更改）。使信息近似于实时传输。000000111111111Device A transmitsID = 110 0100 0111 (647 hex)Device B transmitsID = 110 1100 0111 (6C7 hex)Device B loses, and goes idle until end

32、of frameDevice A wins, and proceeds31313 3）CAN CAN 的出错管理的出错管理CAN CAN 提供了检测下列错误类型的机制提供了检测下列错误类型的机制: : 位错误。当发送器将自己发送的电平与总线上的电平相位错误。当发送器将自己发送的电平与总线上的电平相比较比较, ,发现两者不相等时发现两者不相等时, ,出现错误出现错误; ; 应答错误。当发送器确定信息没有得到应答应答错误。当发送器确定信息没有得到应答, ,则检测到应则检测到应答错误答错误; ; 填充错误。当节点检测到填充错误。当节点检测到6 6 个相同电平值的连续位时个相同电平值的连续位时, ,则

33、则检测到填充错误检测到填充错误; ; CRCCRC错误。当接收器计算的错误。当接收器计算的CRC (CRC (循环冗余检查循环冗余检查) ) 值不符值不符合发送器发送的合发送器发送的CRC CRC 值值, ,则检测到则检测到CRC CRC 错误错误; ; 格式错误。如果节点在一个必须发送预定值的区内检测格式错误。如果节点在一个必须发送预定值的区内检测到一个非法位到一个非法位, ,则检测到格式错误。则检测到格式错误。检测到出错的节点在下一位发送出错标志。检测到出错的节点在下一位发送出错标志。（ “位填充位填充”规则规则，在一帧中的帧起始、仲裁域、控制域、数，在一帧中的帧起始、仲裁域、控制域、数据

34、域和据域和CRCCRC域部分，发送器在需发送比特流中域部分，发送器在需发送比特流中5 5个具有相同数值的个具有相同数值的连续位后自动插入一个反码位。数据帧和远程帧的其余组成部分连续位后自动插入一个反码位。数据帧和远程帧的其余组成部分(CRC(CRC界定符、应答域和帧结束界定符、应答域和帧结束) )具有固定格式，不进行位填充。具有固定格式，不进行位填充。）3232 为了尽量减小网络上故障节点的负面影响为了尽量减小网络上故障节点的负面影响, CAN , CAN 定义定义了一个故障界定状态机制。一个节点可能处于下列三了一个故障界定状态机制。一个节点可能处于下列三种错误状态之一种错误状态之一: : 错

35、误激活错误激活（ErrorError Active)Active)。当一个。当一个”错误激活错误激活”节点节点检测到上述某个错误时检测到上述某个错误时, ,它将发送一个活动错误帧它将发送一个活动错误帧, ,导致导致所有其他节点都检测到一个填充错误所有其他节点都检测到一个填充错误, ,且丢弃当前这个且丢弃当前这个帧帧; ; 错误认可错误认可（ErrorError Positive)Positive)。当一个错误认可节点检。当一个错误认可节点检测到上述的某一个错误时测到上述的某一个错误时, ,它将发出一个认可错误帧。它将发出一个认可错误帧。这个帧可能不会引起当前接收帧的丢弃这个帧可能不会引起当前接

36、收帧的丢弃; ; 离线离线（BusBus Off)Off)。处于离线状态下的节点不允许对总。处于离线状态下的节点不允许对总线有任何影响线有任何影响, ,它在逻辑上是与网络断开的。它在逻辑上是与网络断开的。 在在CAN CAN 的内部有一个发送和接收错误计数器。当检测的内部有一个发送和接收错误计数器。当检测到一个发送或接收错误时到一个发送或接收错误时, ,错误计数器的值将按照预先错误计数器的值将按照预先分配的不同计数值进行累加。反之分配的不同计数值进行累加。反之, ,有效的接收及发送有效的接收及发送将使这些计数器值减小将使这些计数器值减小, ,直到变成最小值直到变成最小值0 0 。通过读取。通过

37、读取错误计数器的值错误计数器的值,CAN ,CAN 就可以很方便地判定节点的出错就可以很方便地判定节点的出错级别。级别。3333Can Can 数据帧示例数据帧示例0 x5 .Temperature Pressure Torque.ID4 bytes2 bytes2 bytesData 8 bytesGearbox CAN Data Frame0 x10 . Temperature Torque.ID4 bytes2 bytesABS CAN Data FrameData 8 byte ( 2 bytes not used)3434TempPressureTorque.CAN FramesCA

38、N busPCCANDAQ35353.3. CANCAN总线器件总线器件 执行执行CAN CAN 协议的协议的CAN CAN 芯片可由多家制造商提供芯片可由多家制造商提供, ,比较比较流行的是流行的是Philips Philips （ 还有还有NXPNXP），），MotorolaMotorola， MicrochipMicrochip等等公司的产品。目前广泛流行的公司的产品。目前广泛流行的CANCAN总线器件分为两总线器件分为两大类：大类： 一类是独立的一类是独立的CANCAN控制器，如控制器，如PHILIPSPHILIPS公司的公司的82c20082c200、及及IntelIntel公司的公

39、司的82526/8252782526/82527等；等；82C200 (82C200 (支持支持CAN 2. 0A)CAN 2. 0A)现在已经逐渐被新型号的现在已经逐渐被新型号的SJA1000 (SJA1000 (支持支持CAN 2. 0B)CAN 2. 0B)所取所取代。代。 另一类是带有在片另一类是带有在片CANCAN总线的微控制器，（指包含总线的微控制器，（指包含CAN CAN 控制器的芯片）。控制器的芯片）。PhilipsPhilips半导体公司生产的半导体公司生产的CANCAN芯片也有这种结构的。嵌入式芯片的早期代表型号为芯片也有这种结构的。嵌入式芯片的早期代表型号为P8XC592

40、(8 P8XC592(8 位位CPU) ,CPU) ,现在已经逐渐被新型号的现在已经逐渐被新型号的XA2C3 XA2C3 (16 (16 位位CPU) CPU) 所取代。所取代。 Motorola Motorola 半导体公司生产的半导体公司生产的CAN CAN 芯片只有这种。早期代表型号为芯片只有这种。早期代表型号为MC68HC05X4/ X16 MC68HC05X4/ X16 系系列列(8 (8 位位CPU) ,CPU) ,现在已经逐渐被新型号的现在已经逐渐被新型号的C68HC08AZ60 C68HC08AZ60 系列系列(8 (8 位增强型位增强型CPU) CPU) 所取代。所取代。36

41、361）SJA1000-独立独立CANCAN控制器控制器 SJA1000SJA1000是独立是独立CANCAN控制器，用于汽车和一般工业环境控制器，用于汽车和一般工业环境。是。是 PCA82C200 CANPCA82C200 CAN控制器控制器(BasicCAN)(BasicCAN)的替代产品。的替代产品。 SJA1000SJA1000有两种工作模式：有两种工作模式：Basic CANBasic CAN模式和模式和PeliCANPeliCAN模模式，式，BasicCAN BasicCAN 模式是上电后默认的操作模式因此用模式是上电后默认的操作模式因此用A82C200 A82C200 开发的已有

42、硬件和软件可以直接在开发的已有硬件和软件可以直接在SJA1000 SJA1000 上上使用而不用作任何修改使用而不用作任何修改. . PeliCAN PeliCAN 模式是新的操作模式它能够处理所有模式是新的操作模式它能够处理所有CAN2.0B CAN2.0B 规范的帧类型而且它还提供一些增强功能使规范的帧类型而且它还提供一些增强功能使SJA1000 SJA1000 能能应用于更宽的领域应用于更宽的领域. . SJA1000SJA1000作为微控制器的片外扩展芯片，其片选引脚作为微控制器的片外扩展芯片，其片选引脚CSCS接在微控制器的地址译码器上，从而决定了接在微控制器的地址译码器上，从而决定

43、了CANCAN控制控制器各寄存器的地址。器各寄存器的地址。 SJA1000SJA1000通过通过CANCAN控制器接口芯片控制器接口芯片82C25082C250连接在物理总连接在物理总线上。线上。3737PeliCANPeliCAN模式扩展功能：模式扩展功能： PeliCANPeliCAN模式将识别码从模式将识别码从1111位扩展到位扩展到2929位，适用范围更广泛；位，适用范围更广泛； 可读可读/ /写访问，可编程的错误计数器；写访问，可编程的错误计数器； 最近一次错误代码寄存器；最近一次错误代码寄存器； 对每一个对每一个CANCAN总线错误的中断；总线错误的中断； 单次发送单次发送 ( (

44、无重发无重发) )； 只听模式只听模式 ( (无确认，无活动的出错标志无确认，无活动的出错标志) )； 支持热插拔支持热插拔 ( (软件位速率检测软件位速率检测) )； 接收过滤器扩展接收过滤器扩展 (4 (4字节代码，字节代码，4 4字节屏蔽字节屏蔽) )； 自身信息接收自身信息接收 ( (自接收请求自接收请求) )。以上扩展功能为用户更好地识别和处理发送和接收错误、更以上扩展功能为用户更好地识别和处理发送和接收错误、更好地应用和调试好地应用和调试CANCAN控制器提供了方便。控制器提供了方便。这两种模式可以通过时钟分频寄存器这两种模式可以通过时钟分频寄存器CDR.7CDR.7这位来进行选取

45、（这位来进行选取（CDR.7=0CDR.7=0为为BasicCAN ModeBasicCAN Mode；CDR.7=0CDR.7=0为为PeliCAN ModePeliCAN Mode）。）。38383939CAN 核心模块控制CAN 帧的发送和接收, 接口管理逻辑负责连接外部主控制器, 可以是微型控制器或任何其他器件. SJA1000 的发送缓冲器能够存储一个完整的报文. 当主控制器初始化时，发送接口管理逻辑会使CAN 核心模块从发送缓冲器读CAN 报文. 当收到一个报文时, CAN 核心模块将串行位流转换成用于验收滤波器的并行数据. 通过这个可编程的滤波器， SJA1000 能确定主控制器

46、要接收哪些报文。 所有收到的报文由验收滤波器验收并存储在接收FIFO 。储存报文的多少由工作模式决定而最多能存储32 个报文。40404141CANCAN总线物理接口总线物理接口- -芯片芯片82C25082C250 由由PHILIPSPHILIPS公司设计生产，是公司设计生产，是CAN CAN 协议控制器和物理协议控制器和物理总线之间的接口。总线之间的接口。82C250 82C250 可以为总线提供不同的发送可以为总线提供不同的发送性能，为性能，为CAN CAN 控制器提供不同的接收性能。而且它与控制器提供不同的接收性能。而且它与“ISO11898”“ISO11898”标准完全兼容。标准完全

47、兼容。PCA82C250PCA82C250的目的是为的目的是为了增大通信距离，提高系统的瞬间抗干扰能力，保护了增大通信距离，提高系统的瞬间抗干扰能力，保护总线，降低射频干扰（总线，降低射频干扰（RFIRFI）实现热防护等。为了进一）实现热防护等。为了进一步提高抗干扰措施，在两个步提高抗干扰措施，在两个CANCAN器件之间使用由高速器件之间使用由高速隔离器件隔离器件6N1376N137构成的隔离电路。构成的隔离电路。 主要特性如下：主要特性如下： . .符合符合ISO/IS11898ISO/IS11898标准；标准； . . 能抗汽车环境下的瞬太干扰；能抗汽车环境下的瞬太干扰； . .具有限斜率

48、控制，抗射频干扰；具有限斜率控制，抗射频干扰； . .差分发送差分发送/ /接收，抗电磁干扰（接收，抗电磁干扰（EMIEMI）能力强；）能力强； . .具有过热保护和短路保护；具有过热保护和短路保护； . .网络中的节点掉电不会影响整个网络的工作；网络中的节点掉电不会影响整个网络的工作； . .最多可带最多可带110110个节点；个节点；424243434444CANCAN收发器收发器TJA1050TJA1050 TJA1050 TJA1050 是是PCA82C250/1PCA82C250/1后继产品，标准的高速后继产品，标准的高速CANCAN收收发器。发器。TJA1050TJA1050为为C

49、ANCAN控制器提供差动接收性能。控制器提供差动接收性能。 特性：特性： 与与“ISO 11898”ISO 11898”标准完全兼容；速度可达标准完全兼容；速度可达1Mbps1Mbps；极低的电磁辐射；极低的电磁辐射(EME)(EME)；最多可以连接；最多可以连接110110个个节点；没有供电的节点不干扰总线；对电源和地的短节点；没有供电的节点不干扰总线；对电源和地的短路保护功能；发送数据路保护功能；发送数据(TXD)(TXD)控制超时显性功能；在汽控制超时显性功能；在汽车环境下对总线引脚的瞬态保护；热保护。车环境下对总线引脚的瞬态保护；热保护。 优势：优势： 第一个采用第一个采用SOISOI

50、技术降低电磁辐射；增加了防技术降低电磁辐射；增加了防失效功能；提高了无源特性；发送禁止时为静音模式失效功能；提高了无源特性；发送禁止时为静音模式；输入电平与；输入电平与3.3V3.3V和和5V5V器件兼容；简单化设计减少了器件兼容；简单化设计减少了整个系统的成本；低反向电流使得节点未供电时不影整个系统的成本；低反向电流使得节点未供电时不影响网络；具有宽共模范围的差动接收器，抗电磁干扰响网络；具有宽共模范围的差动接收器，抗电磁干扰(EMI)(EMI)能力极强；适合用于部分供电网络中节点掉电的能力极强；适合用于部分供电网络中节点掉电的情况情况 4545 功能框图功能框图 管脚图管脚图 相关隔离模块

51、相关隔离模块CTM1050/1050TCTM1050/1050T 该芯片内部集成了所有该芯片内部集成了所有必需的必需的CANCAN隔离及隔离及CANCAN收、发器件，这些都被集成在不到收、发器件，这些都被集成在不到3 3平平 方厘米的芯片上。芯片的主要功能是将方厘米的芯片上。芯片的主要功能是将CANCAN控制器的逻控制器的逻辑电平转换为辑电平转换为CANCAN总线的差分电平并且具有总线的差分电平并且具有DC 2500VDC 2500V的隔的隔离功能。离功能。4646CANCAN收发器收发器MCP2551MCP2551 vsvs TJA1050TJA1050比较比较TJA1050TJA1050和

52、和MCP2551MCP2551（TJA1040TJA1040性能远高，不做对比）性能远高，不做对比）：1. 1.最低波特率：为防止最低波特率：为防止MCUMCU的的TXDTXD管脚长时间处于低电平管脚长时间处于低电平，新收发器都做了最大位限制（即最小波特率限制），新收发器都做了最大位限制（即最小波特率限制），TJA1050TJA1050通常支持通常支持60K60K以上波特率（最低支持以上波特率（最低支持20K20K），而），而MCP2551MCP2551是是16K16K以上波特率（最低支持以上波特率（最低支持5K5K）。）。TJA1050TJA1050在总在总线错误时能更快地切断错误信号，保证

53、正常通讯，这在汽线错误时能更快地切断错误信号，保证正常通讯，这在汽车电子通讯中十分重要。（汽车中波特率一般是车电子通讯中十分重要。（汽车中波特率一般是100K100K、125K125K、250K250K）2. 2.兼容性，兼容性，TJA1050TJA1050可以兼容过去的可以兼容过去的PCA82C250PCA82C250收发器，而收发器，而MCP2551MCP2551在在PCA82C250PCA82C250系统中是不能工作的。系统中是不能工作的。TJA1050TJA1050却可却可以兼容以兼容MCP2551MCP2551系统。系统。3. 3. EMCEMC性能：性能：TJA1050TJA105

54、0采用自动斜率控制，即使输出的电平采用自动斜率控制，即使输出的电平拥有极低的电磁辐射，而拥有极低的电磁辐射，而MCP2551MCP2551却是和以前却是和以前PCA82C251PCA82C251一一样，需要用户通过波特率，来调节斜率，以使样，需要用户通过波特率，来调节斜率，以使EMIEMI通过。通过。4747CANCAN技术在汽车中的应用技术在汽车中的应用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，程度越来越高， 电子设备大量应用，电子控制单元大量引入电子设备大量应用，电子控制单元大量引入，大量控制信号需要实时交换。

55、在借鉴计算机网络技术和现场大量控制信号需要实时交换。在借鉴计算机网络技术和现场控制技术的基础上，开发出各种汽车网络技术。控制技术的基础上，开发出各种汽车网络技术。 CANCAN总线最初就是被设计作为汽车环境中的微控制器之间通总线最初就是被设计作为汽车环境中的微控制器之间通讯的。高速讯的。高速CANCAN主要用于动力系统，主要用于动力系统， 容错容错CANCAN重要应用于对重要应用于对于数据传输可靠性的要求较低的场合，低成本的于数据传输可靠性的要求较低的场合，低成本的LINLIN总线是总线是CANCAN总线的扩充。利用总线的扩充。利用CANCAN总线构建车内网关键技术有：总线构建车内网关键技术有

56、： 1) 1)总线传输信息的速率、容量、优先等级、节点容量等；总线传输信息的速率、容量、优先等级、节点容量等；2) 2)高高电磁干扰环境下的可靠数据传输；电磁干扰环境下的可靠数据传输；3) 3)确定最大传输时的延时大确定最大传输时的延时大小；小；4) 4)网络的容错技术；网络的容错技术；5) 5)网络的监控和故障诊断功能。网络的监控和故障诊断功能。 汽车内温度变化范围大汽车内温度变化范围大(-45-100)(-45-100)，电磁干扰和其它电子噪声，电磁干扰和其它电子噪声强，环境恶劣，网络在车内的运行可靠性尤为重要，这不但体强，环境恶劣，网络在车内的运行可靠性尤为重要，这不但体现在网络结构自身

57、的容错能力和抗干扰能力上，而且也体现在现在网络结构自身的容错能力和抗干扰能力上，而且也体现在信号的编码方式和传输方式上。汽车局域网无一例外地都采用信号的编码方式和传输方式上。汽车局域网无一例外地都采用了同步串行传输方式，数据信号多采用了同步串行传输方式，数据信号多采用PWMPWM和和NRZNRZ编码，通编码，通常位速率高于常位速率高于100kbps100kbps采用采用NRZNRZ编码，低于编码，低于100kbps100kbps采用采用PWMPWM编编码方式。码方式。4848类别类别特性特性高速高速CAN容错容错CANLIN数据链路层标准数据链路层标准ISO11898ISO 11898-1UA

58、RT/SCI串行接口物理层标准物理层标准ISO 11898-2ISO 11898-3ISO9141总线数目总线数目2（双绞线）2（双绞线）1总线最大速率总线最大速率1 Mbps125kbps20kbps总线通信信号总线通信信号总线拓扑结构总线拓扑结构总线特征总线特征低成本的现场总线极高的总线利用率可靠的错误处理和检错机制节点错误不影响整个网络通讯多主结构依据优先权进行总线访问通讯截止支持双绞线、同轴电缆或光纤更安全的现场总线节约总线驱动力，降低功耗引下线的长度不再受限制一对导线上的对称信号传输可以检测和处理各种短路和中断可以在一条导线上进行非对称数据传输单线传输，成本低支持单主机多从机系统可靠

59、性高节约总线驱动力从机可以自适应总线时钟源增强了错误侦测能力容易开发，缩短了上市时间汽车应用汽车应用发动机管理主体总线车体电子乘员舒适系统车体电子车门与车顶节点乘员舒适系统座位节点座位、车门与天窗模块开关面板汽车方向盘乘员舒适系统494950504.LIN BusLIN LIN 总线总线即即区域互连网络（区域互连网络（Local Interconnect NetworkLocal Interconnect Network），），是一种结构简单、配置灵活、成本低廉的新型低速串行总是一种结构简单、配置灵活、成本低廉的新型低速串行总线。用作线。用作CANCAN等高速总线的辅助网络或子网络，在带宽等高

60、速总线的辅助网络或子网络，在带宽低低、功能简单、实时性要求低的场合、功能简单、实时性要求低的场合（如车身电器如车身电器）使用）使用。LINLIN基于基于UART / SCIUART / SCI接口协议接口协议，总线为主从节点构架，一个总线为主从节点构架，一个主节点可支持主节点可支持1616个从节点；从节点中不用晶振，也能做到个从节点；从节点中不用晶振，也能做到自同步性。电缆长度可到自同步性。电缆长度可到4040米，数据传输率可达米，数据传输率可达 20 kbps 20 kbps。 物理接口：很少物理接口：很少MCUMCU有有LINLIN硬件，大多数用硬件，大多数用SCISCI或或UARTUART来来