CAN-BUS技术简介

1、Page 1Page 2一般车载网络：* LIN (local interconnect network) 总线* 中速 CAN (controller area network) 总线* 高速 CAN 总线* 媒体定向系统传输（MOST）环总线波特率LIN 总线9.6 kbit/s中速 CAN 总线125 kbit/s高速 CAN 总线500 kbit/sMOST环24 Mbits/sCAN-BUS技术简介技术简介车载网络概述车载网络概述Page 3CAN-BUS技术简介技术简介CAN是控制单元区域网络Controller Area Network的缩写。含义是控制单元通过网络进行数据交换。

2、CAN数据总线可比作公共汽车：公共汽车可以同时运输大量乘客； CAN数据总线包含大量的数据信息。Page 4CAN-BUS技术简介技术简介Page 5CAN-BUS技术简介技术简介 目前，在汽车上应用的数据传输形式有两种：1、每项信息均通过各自独立的数据线进行交换；2、各控制单元之间的所有信息都通过两根数据线进行交换CAN数据总线。Page 6CAN-BUS技术简介技术简介在该例中，共需要5条数据线进行数据传递也就是说，每项信息都需要一个独立的数据线Page 7CAN-BUS技术简介技术简介随着汽车控制系统越来越复杂，所需传输的信息量也越来越大因此数据线的数量和控制单元的针脚数也会相应增加所以

3、这种数据传递形式只适用于有限信息两的数据交换和传输Page 8传统车辆线路局限性传统车辆线路局限性:布线成本提高生产成本提高车内空间要求提高组件配置难以控制整个系统可靠性下降CAN-BUS技术简介技术简介车载网络基础知识车载网络基础知识Page 9总线系统的优点总线系统的优点:提高整个系统的可靠性降低布线成本减少各种电缆数量减小导线束横截面灵活布线多重使用传感器能够传输复杂数据进行系统变更时灵活性较高随时能够扩展数据范围为客户实现新功能有效诊断降低硬件成本CAN-BUS技术简介技术简介车载网络基础知识车载网络基础知识Page 10CAN-BUS技术简介技术简介各控制单元之间的所有信息都通过两根

4、数据线进行交换CAN数据总线Page 11CAN-BUS技术简介技术简介与数据传输形式1相比，CAN数据总线，所有信息都通过两根数据线进行传递相同的数据只须通过CAN数据系统中的两根双向数据线进行传递通过该种数据传递形式，所有的信息，不管控制单元的多少和信息容量的大小，都可以通过这两条数据线进行传递，所以，如果控制单元间进行大量的信息交换，CAN数据点线也能完全胜任Page 12CAN-BUS技术简介技术简介CAN数据总线中的数据传递就像一个电话会议一个电话用户（控制单元）将数据“讲入”网络中，其他用户通过网络“接听”这个数据对这个数据感兴趣的用户就会利用数据，而其他用户则选择忽略CANCAN

5、数据总线数据传输的原理数据总线数据传输的原理Page 13CAN-BUS技术简介技术简介CAN数据总线由1个控制器、1个收发器、2个数据传输终端和2条数据传递线构成CANCAN数据总线的构成数据总线的构成Page 14CAN-BUS技术简介技术简介CAN控制器的功能：接收在控制单元中的微处理器中的数据；处理数据并传送给CAN收发器；接受CAN收发器的数据，处理并传送给微处理器。CAN收发器的功能：是一个发送器和接收器的组合；将CAN控制器提供的数据转化为电信号并通过数据线发送出去；接收数据，并将数据传送到CAN控制器。数据传输终端的功能：是一个电阻器；阻止数据在传输终了被反射回来并产生反射波；

6、因为反射波会破坏数据。数据传递线的功能：用以传输数据的双向数据线；分为CAN高位数据线（CAN-HIGH）和CAN低位数据线（CAN-LOW）；数据总线没有指定接收器，数据通过数据总线发送并由各控制单元接受和计算。CANCAN数据总线各部件的功能数据总线各部件的功能Page 15从电气角度来看，一根载流导体始终具有欧姆电阻、电感电阻和电容电阻。从点“A”向点“B”传输数据时，这些电阻的总电阻值会对数据传输产生影响。传输频率越高，电感电阻和电容电阻产生的影响就越大。这样，传输导线末端可能会接收到一个无法识别的信号。因此要通过终端电阻对导线进行“适配”，以便保持原有信号。电感电阻通过导线的线圈效应

7、等产生。电容电阻通过与车身并联布线等产生。一般说法：终端电阻是为了消除在通信电缆中的信号反射。在通信过程中，有两种原因因导致信号反射：阻抗不连续和阻抗不匹配。阻抗不连续，信号在传输线末端突然遇到电缆阻抗很小甚至没有，信号在这个地方就会引起反射。这种信号反射的原理，与光从一种媒质进入另一种媒质要引起反射是相似的。消除这种反射的方法，就必须在电缆的末端跨接一个与电缆的特性阻抗同样大小的终端电阻，使电缆的阻抗连续。由于信号在电缆上的传输是双向的，因此，在通讯电缆的另一端可跨接一个同样大小的终端电阻。引起信号反射的另个原因是数据收发器与传输电缆之间的阻抗不匹配。这种原因引起的反射，主要表现在通讯线路处

8、在空闲方式时，整个网络数据混乱。 CAN-BUS技术简介技术简介终端电阻终端电阻 terminal resistance; terminating resistancePage 16在总线系统上使用不同的终端电阻。它们通常由下列参数决定：总线系统的数据传输频率传输路径上的电感或电容负荷进行数据传输的电缆长度导线越长，导线的电感部分就越大。控制单元分为基本控制单元和其它控制单元。通过电阻值进行划分。终端电阻用于确保总线系统内准确的信号流程。CAN-BUS技术简介技术简介终端电阻终端电阻Page 17CAN总线主线路中测量终端电阻，测量值是多少?60 ohms如果总线开路测量的电阻应该是多少？12

9、0 ohms.CAN-BUS技术简介技术简介CAN总线总线终端电阻终端电阻Page 18CAN-BUS技术简介技术简介 CAN数据总线的数据传递过程Page 19CAN-BUS技术简介技术简介提供数据控制单元向CAN控制器提供需要发送的数据发送数据CAN收发器接收由CAN控制器传来的数据，转为电信号并发送接收数据CAN系统中，所有控制单元转为接收器检查数据控制单元检查判断所接收的数据是否所需要的数据接受数据如接收的数据重要，它将被接受并进行处理。否则忽略。Page 20CAN-BUS技术简介技术简介数据是如何产生的？数据由多位构成每1位只有0或1两个值或状态。下面以灯开关为例说明带有0或1的状

10、态是如何产生的。灯开关打开或关闭，这说明灯开关有两个不同的状态。Page 21CAN-BUS技术简介技术简介灯开关处于值1的状态：开关闭合，灯亮开关处于值0的状态：开关打开，灯不亮Page 22CAN-H的电压电平由低变高时为逻辑 1。电压电平再次变低时为逻辑 0。CAN-L的电压电平由高变低时逻辑为0。电压电平再次变高时为逻辑1。2.5Logic 112.51.53.5Logic Logic Logic 00CAN-BUS技术简介技术简介CAN总线总线通信逻辑通信逻辑Page 23CAN-BUS技术简介技术简介信息通过2个连续位进行传递例释Page 24CAN-BUS技术简介技术简介 随着位

11、数的增加，信息量增加情况1位的位值变化产生信息2位的位值变化产生信息3位的位值变化产生信息0V10 0V；0V100V；0V；0V105V200V；5V200V；0V；5V205V；0V300V；5V；0V305V；5V400V；5V；5V405V；0V；0V505V；0V；5V605V；5V；0V705V；5V；5V80Page 25计算机技术采用了三种重要的数字系统十进制二进制十六进制数字系统CAN-BUS技术简介技术简介数字系统数字系统Page 26十进制是一种常用的阿拉伯数字系统。个位值从左到右依次增加十倍。CAN-BUS技术简介技术简介数字系统数字系统十进制十进制Page 27二进制

12、信号只能识别两种状态：0和 1，或高和低，通或断。计算机或控制单元通过这种二进制码处理信息CAN-BUS技术简介技术简介数字系统数字系统二进制二进制1 高 U 电压2 低 t 时间十六进制用于缩短二进制字符。两个十六进制数字可表示八位二进制数字Page 28模拟显示数据是通过直接与数据成比例的连续变化物理常量进行表示。模拟信号的特点是，它可以采用 0 % 至 100% 之间的任意值。CAN-BUS技术简介技术简介信息传输方式信息传输方式模拟传输模拟传输1 最大U 电压t 时间Page 29“数字” “Digitus”，数字表示方式就是以数字形式表示不断变化的参数。尤其在计算机内，所有数据都以“

13、0”和“1”的序列形式表示出来（二进制）。因此，“数字”是“模拟”的对立形式。CAN-BUS技术简介技术简介信息传输方式信息传输方式数字传输数字传输Page 30“Bi”一词来源于希腊语，表示“2”。因此，一个二进制信号只能识别两种状态：0和 1，或高和低。例如：车灯亮起 车灯未亮起继电器已断开 继电器已吸合供电 未供电CAN-BUS技术简介技术简介信息传输方式信息传输方式二进制传输二进制传输1 高 U 电压2 低 t 时间Page 31高电平为 6 V 至 12 V低电平为 0 V 至 2 V2 V 至 6 V 之间的范围即所谓的禁止范围，用于识别故障。CAN-BUS技术简介技术简介信息传输

14、方式信息传输方式信号电平信号电平1 高电平范围 U 电压2 禁止范围 t 时间3 低电平范围Page 32数据通信逻辑用作输入或输出的双逻辑电平对于逻辑0或1， ECU将解读为:正确或错误电路低或电路高大多数电路使用:逻辑 0 = 0v逻辑 1 = 定义的较高的电压例如 5/12v.ECU 将识别0-5v 逻辑CAN-BUS技术简介技术简介信息传输方式信息传输方式信号电平信号电平Page 33开关状态开关状态电压状态 C1BP02B-54 二进制逻辑输入模块状态OffOn0v10OnOff12vCAN-BUS技术简介技术简介信息传输方式信息传输方式信号电平信号电平Page 34代码就是以一组字

15、符集表示另一组字符集的明确规定。例如莫尔斯电码。该电码的每个字母和数字都通过不同长度的信号序列进行加密。大家熟悉的求救信号 SOS用莫尔斯电码表示为：三短三长三短代码用于将通过加密形式表示的信息转化为另一种表示形式，但信息内容保持不变。CAN-BUS技术简介技术简介信息传输方式信息传输方式代码表示代码表示Page 35例如，计算机用户按压键盘上的 D 键。该字母就会以一个二进制序列 0100 0100 表示出来（设码）。这个字符序列随即通过导线以电信号形式从键盘处传输至计算机。计算机将该字符序列正确解释（解码）为字母 D。该字符序列及其电信号称为设码信息。CAN-BUS技技术简介术简介信息传输

16、方式信息传输方式设码信息设码信息Page 36计算机中的所有信息都以比特（二进制数字 =最小信息单位）为单位进行存储和处理。因此，必须将所有数据（字母、数字、声音、图片等）转换成二进制代码，以便在计算机中进行处理。最常用的系统和代码用八比特表示一个字节。可以对 256 个字符进行设码。CAN-BUS技术简介技术简介信息传输方式信息传输方式比特（比特（BIT）和字节（）和字节（BYTE）Page 37通信网络使用二进制和逻辑 发送的典型信息:00010111ECU按照其内部运行的程序来识别信息并做出响应单位描述Bit（比特）单个进制数字 1 或 0Byte（字节）个比特构成一个字节 000101

17、11Nibble个比特 = 半个Byte = nibble 0001CAN-BUS技术简介技术简介信息传输方式信息传输方式比特（比特（BIT）和字节（）和字节（BYTE）、）、 NibblesPage 38中文名称：网关英文名称：gateway；GW 定义：在采用不同体系结构或协议的网络之间进行互通时，用于提供协议转换、路由选择、数据交换等网络兼容功能的设施。 CAN-BUS技术简介技术简介网关网关Page 39 1、翻译其他总线传来的信息 2、物理性质不同的传输需要网关翻译系统电压系统速度系统逻辑系统传输媒介1.Medium Speed CAN 2.High Speed CANCAN-BUS

18、技术简介技术简介CAN总线总线网关网关Page 40序号说明序号说明GW-R 网关规定Bus 2 慢车GW-T 网关表A - B 网关表示例： 信息由 A 至 B 1火车 1，黄色信息B - A 网关表示例： 信息由 B 至 A 2火车 2，红色信息5 min 5 分钟间隔3网关1 h 1 小时间隔Bus 1 快车CAN-BUS技术简介技术简介CAN总线总线网关网关Page 41 信息以数据帧形式异步（即没有同步脉冲）发送。该数据帧包括如下信息：数据帧的起始标记标识符 用于标识信息内容及其优先级数据帧的长度长度不超过 8 字节的原始信息识别错误的机制数据帧的结束标记CAN-BUS技术简介技术简

19、介CAN总线总线数据传输数据传输Page 42CAN-BUS技术简介技术简介CAN总线总线数据传输数据传输SOF 帧起始表示一个信息格式开始Identifier 标识符说明数据类型及其优先级RTR Control 远程传输请求检查区域说明该帧是数据帧还是没有数据字节（远程帧）的请求帧说明使用的是标准格式还是扩展格式Data Field 数据区域0 至 8 字节的数据区域CRC 循环冗余码校验说明用于识别比特误差的校验和ACK 确认在该区域内确认接收装置是否正确接收EOF 帧结束表示一个信息格式结束IFS 帧间间隔两个信息之间的最短间隔Page 43CAN 协议的基础不是通过信息接收装置寻址进行

20、数据交换。而是以信息识别（标识符）标识所传输信息的方式传输数据。同时，该标识符还能说明所传信息的优先级。所有控制单元都根据所接收信息的标识符检查该信息是否与其有关。因此，一个、多个或所有总线设备都能够接收信息，或没有任何总线设备接收信息。通过控制单元内集成的信息过滤功能，总线设备可放弃接收无用信息。CAN-BUS技术简介技术简介CAN总线总线信息导向协议信息导向协议Page 44由于信息标识符同时决定着信息优先级，因此可根据信息重要性进行快速总线访问。特别重要的信息因而能够以较短访问时间访问总线。该访问时间不受总线目前负荷的影响。出现特殊情况时（例如干扰影响时间较长），这种特性也能确保特别重要

21、的信息具有传输优先权。因此，即使在传输能力受限期间，也能够保证系统功能。3个控制单元同时发送数据，此时，在数据传输线上进行一位一位的比较:如果1个控制单元发送了1个低电位而检测到1个高电位，那么该控制单元就停止发送而转为接收器。CAN-BUS技术简介技术简介CAN总线总线信息优先级排序信息优先级排序Page 45授予总线访问权的不是上级控制单元（总线主控单元）。每个总线设备都有同等的权利，可在总线未占用的情况下开始发送信息。多个控制单元需要同时发送信息时，一种机制就会决定首先发送哪个信息。这种快速发送标准就是信息优先级。因此，每个总线设备都能直接与其它任何设备进行通信。CAN-BUS技术简介技

22、术简介CAN总线总线多主控功能多主控功能Page 46由于随时都可以访问总线，因此可能会出现多个设备需要同时占用总线的情况。在其它随机访问总线进程中，这样可能就会破坏所发信息。解决总线访问冲突需要在适当的解决策略范畴内反复占用总线。因此，CAN 协议使用了一种程序，该程序可确保始终都发送最重要的信息。这种机制称为无损仲裁。执行这个程序时对各信息标识符进行比较。随即便会首先发送最重要（最高优先级）的信息。这种机制可确保总线工作能力，此外还能考虑到信息优先级。CAN-BUS技术简介技术简介CAN总线总线无损仲裁无损仲裁Page 47在车辆上应用 CAN 协议时对数据传输安全性的要求非常高。为了满足这些要求，CAN 协议建立在多种识别错误信息措施的基础上。下列机制用于识别和处理错误：比特监控电码格式监控校验和对比发送装置监控监控是否遵守比特设码规定CAN-BUS技术简介技术简介CAN总线总线识别和处理错误识别和处理错误Page 48CAN-BUS技术简介技术简介CAN数据总线的抗干扰车辆在工作过程中，电火花和电磁开关联合作用会产生电磁干扰；移动电话和发送站以及任何产生电磁波的物体会产生电磁干扰电磁干扰能够影响或破坏CAN的数据传送为防止数据传输受到干扰，2根数据传输线缠绕在一起，这样可以防止数据线所产生的辐射噪音。Pa