汽车车载网络及总线技术全套课件

项目一车载网络系统基础认知任务一车载网络系统认知VehicleNetworkandBusTechnology任务导入2021年5月12日，国家互联网信息办公室会同有关部门起草了《汽车数据安全管理若干规定（征求意见稿）》，现向社会公开征求意见。同年9月，受行业内期待的AutoSec第五届中国汽车网络安全周活动在上海完成。本次会议除了丰富的产业干货内容外，会议内增设行业首个汽车数据安全主题展—AutoSecExpo汽车数据安全展，向参会嘉宾全方位展示汽车功能安全、网络安全方案和成果。这些资讯充分体现了目前越来越重视汽车网络的发展，对于车载网络是否想了解更多呢？任务目标了解车载网络系统产生的必然因素；了解导线数量的增加造成的影响；熟知车载网络系统的国内外发展史；掌握车载网络系统的定义、结构及各个组成部分的名称；熟练分析车载网络系统的主要功能；了解车载网络系统的常用术语的定义；具备从多途径的信息源中检索专业知识的能力；获得分析问题和解决问题的一些基本方法。新授PART.01NewTeaching目录CONTENTS车载网络的产生01车载网络系统的发展史02车载网络系统的结构与组成03车载网络系统的功能04一、车载网络的产生随着汽车动力驱动系统、舒适系统和信息娱乐系统内各种电子控制系统的不断增加，这些连接所需要的导线和插接件的数量随之急剧增加，从而引发了汽车厂商和设计人员的思考。近几十年间导线长度及插接件数量的变化情况一、车载网络的产生02影响二占用空间更大，使得在有限的汽车空间内布线越来越困难，限制了功能的扩展。03影响三故障率随之增加，降低了汽车的可靠性，另外，一般情况下线束都装在纵梁下等看不到的地方，一旦线束中出了问题，查找相当麻烦，增加了维修的难度。01影响一整个汽车的布线将十分复杂，显得很凌乱，一根线束包裹着几十根导线的现象很普遍。04电控单元并不是仅仅与负载设备简单地连接，更多的是与外围设备及其他电控单元进行信息交流，并经过复杂的控制运算，发出控制指令，按传统的连接方式，线束成本较高。影响四导线数量的增加造成的影响一、车载网络的产生车载电控系统经历了中央电脑集中控制、多电脑分散控制和网络控制三个阶段a）中央电脑集中控制

b）多电脑分散控

c）网络控制二、车载网络系统的发展史应用光缆的车门控制系统车载网络的产生，使得汽车电控系统发生了巨大的变化。从1980年起，汽车内开始装用网络。在1983年，丰田公司在世纪牌汽车上最早采用了应用光缆的车门控制系统，实现了多个节点的连接通信如图所示。此系统采用了集中控制方法，车身电控单元（ECU）对各车门的门锁、电动玻璃窗进行控制，这是早期在汽车上采用的光缆系统，此后，在较长的一段时间里，其他公司并没有跟进采用光缆系统。二、车载网络系统的发展史1986年，RobertBosch公司在美国汽车工程师协会上介绍了一种新型的串行总线——CAN控制器局域网，那是车载网络系统CAN诞生的时刻。此后，日本也提出了各种各样的网络方案，但没有统一为以车身系统为主的控制方式。随着汽车技术的发展，欧洲又以与CAN协议不同的思路提出了控制系统的新协议TTP，并在X-by-Wire系统上开始应用。今后，当对汽车引入智能交通系统（ITS）时，在信息系统中将会采用更大容量的网络，例如D2B协议、MOST及IEEE1394等。1234二、车载网络系统的发展史近几年，一些厂家和公司也对汽车多路总线传输制订了进一步的标准，各大厂家还在不断推出新的总线通信速度及相关标准，成本也在不断增加。如LIN总线、CAN总线、FLexRay总线的成本-通信速度变化如图所示。车载总线成本比例与通信速度三、车载网络系统的结构组成车载网络系统指的是车辆上装载的网络系统，具有共享信息，协同驾驶人员控制，以及进行必要的车内外信息交流的功能。如图所示为车载网络结构。其本质是通过对车外以及车体情况的感知，实现信息从车外、车体到车内控制系统，车内人员的反应机制的信息流动。三、车载网络系统的结构组成随着汽车技术的发展，在汽车上采用的计算机微处理芯片数量越来越多，多个处理器之间相互连接、协调工作并共享信息，这样就构成了汽车车载网络系统。下图所示为典型的汽车车载网络系统的结构。1—ABS模块2—动力系统控制模块（PCM）3—电子自动温度控制（EATC）4—集成控制板（ICP）5—虚像组合仪表6—照明控制模块（LCM）7—驾驶员座椅模块（DSM）8—驾驶员车门模块（DDM）9—移动电话模块10—汽车动态模块三、车载网络系统的结构组成EFI电子燃油喷射系统ABS防抱死制动系统4WD四轮驱动系统4WS四轮转向系统ASUS主动悬架系统结构组成三、车载网络系统的结构组成通常汽车网络结构采用多条不同速率的总线分别连接不同类型的节点，并使用网关服务器来实现整车的信息共享和网络管理，如图所示。（一）多路传输功能四、车载网络系统的功能为了减少车辆电气线束的数量，多路传输通信系统可使部分数字信号通过共用传输线路进行传输。系统工作时，由各个开关发送的输入信号通过中央处理器（CPU）转换成数字信号，该数字信号以串行信号方式从传感器传输给接收装置，发送的信号在接收装置处将被转换为开关信号，再由开关信号对有关元件进行控制。（二）“唤醒”和“休眠”功能四、车载网络系统的功能“唤醒”和“休眠”功能用于减少在关闭点火开关时蓄电池的额外能量消耗。当系统处于“休眠”状态时，多路传输通信系统将停止诸如信号传输和CPU控制等功能，以节约蓄电池的电能；当系统有人为操作时，处于“休眠”状态的有关控制装置立即开始工作，同时还将“唤醒”信号通过传输线路发送给其他控制装置。（三）失效保护功能四、车载网络系统的功能失效保护功能包括“硬件失效保护功能”和“软件失效保护功能”。当系统的CPU发生故障时，硬件失效保护功能使其以固定的信号进行输出，以确保车辆能继续行驶；当系统某控制装置发生故障时，软件失效保护功能将不受来自有故障的控制装置的信号影响，以保证系统能继续工作。（四）故障自诊断功能四、车载网络系统的功能故障自诊断功能包括“多路传输通信系统的自诊断模式”和“各系统输入线路的故障自诊断模式”。既能对自身的故障进行自诊断，又能对其他系统进行故障诊断。实训PART.02Practicaltraining任务实施请查阅资料，了解本任务“获取信息”中提到SAE-J1850标准、TTP协议。完成以下填空。1.SAE指的是

，英文全称为

。2.SAE-J1850标准为

制定的

标准，通过该标准的制定，可以满足汽车在自诊断方面的

和设计规范的

。3.TTP指的是________________，英文全称为TimeTriggeredProtocol。该协议是用于控制系统的（

开放式

封闭式）计算机网络协议。它被设计为用于车辆和工业应用的时间触发现场总线，并在2011年标准化为SAE

（TTP通信协议）。

£任务实施4.比亚迪秦EV网络总线拓扑图如下图所示，请结合下图简述比亚迪秦EV舒适CAN总线系统网络的主要部件。

谢谢您的聆听MorethanIcanseeBeyondimagination项目一车载网络系统基础认知任务二车载网络系统分类与应用认知VehicleNetworkandBusTechnology任务导入随着汽车的结构复杂化，越来越多的电子设备安装在汽车上，使得原本复杂的布线系统变得更加庞大，增加了维修时的难度。为了解决这一问题，技术人员开始对汽车总线进行研究。目前汽车领域应用比较常见的有CAN、LIN、Most、Flexray总线，可以实现10M的带宽速度。随着自动驾驶领域的发展，对传输速度提出更高要求，车载以太网技术成为未来车载网络的发展趋势。关于这些线束，未来从事线束工程师的你，是否能够区分这些线束应用的领域呢？任务目标了解车载网络系统各个分类的概念和功能上的区别；掌握动力传动系统、车身系统、安全系统和信息系统在汽车上的应用；能够正确说出A类网络中的三种总线的传输原理和特点；掌握低速CAN、J1850和VAN在特点和应用上的区分；能够描述D、E类网络的分类、原理、作用和应用领域。获得分析问题和解决问题的一些基本方法；积极主动与小组成员交流、讨论学习成果，取长补短，完成自我提升。新授PART.01NewTeaching目录CONTENTS各个类型车载网络的概述01车载网络系统的分类02车载网络系统在汽车上的应用03一、各个类型车载网络的概述目前存在的多种汽车网络标准，其侧重的功能有所不同。按照系统的复杂程度、通信速率、必要的动作响应速度、工作可靠性等方面的因素，美国汽车工程师学会（SAE）将汽车数据传输网划分为A、B、C、D和E共5类。下表为汽车数据传输网的类型：类型功能A类面向传感器/执行器控制的低速网络，数据传输位速率通常小于10kbit/s，主要用于后视镜调整、电动窗、刮水器、空调、照明等车身低速控制；B类面向独立模块间数据共享的中低速网络，数据传输位速率在10~125kbit/s，主要应用于车身电子舒适性模块、仪表显示等系统；C类面向实时性控制的中高速多路传输网络，数据传输位速率在125kbit/s~1Mbit/s之间，主要用于牵引控制、发动机控制、自动变速器控制、ABS控制等系统；D类面向媒体信息的高速传输网铬，数据传输位速率一般在1Mbit/s以上，主要应用于车载视频、车载音响、车载电话、导航等信息娱乐系统；E类面向乘员的安全系统高速、实时网络，位速率在10Mbit/s以上，主要用于车辆被动性安全领域；二、车载网络系统的分类（一）A类网络A类网络是应用在“控制模块与智能传感器或智能执行器”之间的通信网络（子总线）。特点是低传输位速率、低成本，A类的网络通信大部分采用UART（UniversalAsynchronousReceiverTransmitter，通用异步收发器）标准，目前还在应用的主要是LIN协议、TTP/A协议和丰田专用BEAN协议等，二、车载网络系统的分类（一）A类网络总线名称用户主要使用场合备注UART（ALDL）通用汽车多种场合正在淘汰Sinebus通用汽车音频应用于无线操纵车轮控制E&C通用汽车娱乐媒体正在淘汰12C雷诺汽车极少使用——J1708/J1587/J1922T&B多种场合正在逐步被淘汰CCD克莱斯勒传感器总线正在逐步被淘汰ACP福特汽车娱乐媒体正在淘汰BEAN丰田汽车控制——LIN许多公司车身控制由LIN协会开发TTP/ATTTech互联网汽车公司智能传感器由维也纳工业大学开发A类网络总线协议二、车载网络系统的分类（二）B类网络B类总线对比主要应用的B类总线标准有三种：低速CAN、J1850和VAN。低速CAN是B类总线的国际标准，以往广泛适用于美国车型的J1850正逐步被基于CAN总线的标准和协议所取代。总线名称用户使用场合备注J2284通用汽车、福特汽车多种场合基于ISO11898，500kbit/sCAN欧洲车身系统控制基于ISO11519，也称为容错CANJ1939TB多种场合在载货汽车、大客车应用时为250kbit/sJ1850通用汽车、福特、克莱斯乐多种场合主要应用于北美汽车公司VAN雷诺汽车、车身控制基于ISO11519-3，法国二、车载网络系统的分类（三）C类网络由于高速总线系统主要用于与汽车安全相关，以及实时性要求比较高的地方，如动力系统等，所以其有高传输速率，通常在“125kbit/s～1Mbit/s”之间。支持实时的周期性的参数传输，高速网络主要用于动力控制系统、电子制动系统等。二、车载网络系统的分类（三）C类网络名称TTP/CFlexRayISO11898-2（高速CAN）主要用户TTP管理组织、奥迪、雷诺、日本电气等宝马、摩托罗拉、戴姆勒、克莱斯勒通用汽车、欧洲应用场合对实时性要求严格的系统（X-by-Wire）X-by-Wire汽车、自动化领域、航空信息传输同步异步或同步异步位编码方式频率控制NRZNRZ介质访问方式TDMATDMA/FTDMACSM/CR最大位速率25Mbit/s10Mbit/s1Mbit/s数据长度0~236B0~246B0~8BC类总线标准二、车载网络系统的分类（四）D类网络D类总线性能汽车信息娱乐和远程信息设备，特别是汽车导航系统，需要功能强大的操作系统和连接能力。目前主要应用的几种D类总线协议见下表。类型特点低速高速无线总线协议IDB-CD2BMOSTIDB-1394蓝牙CipperOPtical应用场合通信娱乐通信娱乐通信娱乐PC设备PC通信传输介质双绞线双绞线光纤光纤光纤

位速率250kbit/s29.8kbit/s12Mbit/s25Mbit/s98~393Mbit/s2.4GHz备注基于CAN总线——短距离射频技术二、车载网络系统的分类（四）D类网络汽车多媒体网络和协议分为三种类型，分别是低速、高速和无线，对应SAE的分类相应为IDB-C、IDB-M和IDB-W，其传输速率为250kbit/s～100Mbit/s。321低速用于远程通信、诊断及通用信息传送，IDB-C按CAN总线的格式以250kbit/s的位速率进行信息传送。高速主要用于实时的音频和视频通信，如MP3、DVD和CD等的播放，所使用的传输介质是光纤。无线通信方面，采用蓝牙规范。二、车载网络系统的分类（五）E类网络E类网络主要面向乘员的安全系统，其主要用于“安全气囊系统”主要作用为：连接气囊、控制电脑、加速度计、安全传感器等装置，为被动安全提供最佳保障。目前已有一些公司研制了相关的总线和协议，典型的安全总线标准如宝马公司的Byteflight。二、车载网络系统的分类（五）E类网络结构能够保证以一段固定的等待时间专门用于来自安全元件的高优先级信息。Byteflight协议利用Byteflight可以连接和收集前座保护气囊、后座保护气囊以及膝部保护气囊等安全装置的信号。Byteflight协议基于灵活的时分多路TDMA协议，以10Mbit/s的速率传送数据，光纤可长达43m。不仅可以用于安全气囊系统的网络通信，还可用于X-by-Wire系统的通信和控制。在紧急情况下，这种决定性的措施对安全发挥最佳的保护效果。三、车载网络系统在汽车上的应用车载网络系统在汽车上的应用非常多，按照应用系统加以划分的话，车载网络大致可以分为4个系统：动力传动系统、车身系统、安全系统和信息系统。车载网络系统的应用等级三、车载网络系统在汽车上的应用（一）动力传动系统在动力传动系统内，利用网络将发动机舱内设置的模块连接起来，在将汽车的主要因素——行驶、停止与转弯这些功能用网络连接起来时，就需要高速网络。321动力CAN数据总线连接3块电脑，它们是发动机、ABS/EDL及自动变速器电脑。在动力传动系统中，数据传递应尽可能快速，以便能及时利用数据，所以需要一个高性能的发送器。CAN数据总线连接点通常置于控制单元外部的线束中，但在特殊情况下，连接点也可能设在发动机电控单元内部。三、车载网络系统在汽车上的应用（二）车身系统与动力传动系统相比，汽车上的各处都配置有车身系统的部件，线束长，容易受到干扰。防干扰的措施是尽量降低通信速度，通过增加节点的数量，保证通信速度不受影响。在车身系统中，因为担负着人机接口作用的模块、节点的数量增加，所以与性能（通信速度）相比，更倾向于注重成本。三、车载网络系统在汽车上的应用（三）安全系统安全系统是指根据”多个传感器的信息“使安全气囊启动等的控制系统。由此使用的节点数将急剧地增加。对此系统的要求是成本低、通信速度快、通信可靠性高。三、车载网络系统在汽车上的应用（四）信息（娱乐、ITS）系统对信息系统通信总线的要求是容量大、通信速度非常高。面向21世纪的控制系统、高速车身系统及主干网络等，意味着将会有不同的网络并存，为了实现即插即用，都将各个局域网与总线相连，根据汽车的平台选择并建立所需要的网络。典型的车用网络如下图所示：实训PART.02Practicaltraining任务实施请查阅资料，了解本任务“获取信息”中提到SAE-J1850标准、TTP协议。完成以下填空。1.A类网络是应用在控制模块与智能传感器或智能执行器之间的通信网络（子总线），其特点是______________、__________，A类的网络通信大部分采用UART标准。2.LIN协议总线系统用于汽车__________式电控系统的一种新型低成本串行通信系统，也是一种基于UART的数据格式、主从结构的单线12V的总线通信系统，主要用于智能__________器和__________器的串行通信。任务实施3.E类网络主要面向乘员的安全系统，其主要用于安全气囊系统，主要作用为：连接__________、控制__________、加速度计、安全传感器等装置，为被动安全提供最佳保障。4.车载网络系统在汽车上的应用非常多，按照应用系统加以划分的话，车载网络大致可以分为四个系统：______________系统、__________系统、__________系统和__________系统。谢谢您的聆听MorethanIcanseeBeyondimagination项目一车载网络系统基础认知任务三车载网络系统数据传输认知VehicleNetworkandBusTechnology任务导入随着人们对于安全、环保、舒适、通信和娱乐的需求日益增长，各种传感器和车载终端在数量和质量上也随之增长，每辆汽车涉及的传感器和车载终端数量已多达200多只，这个数字以7.3%的年平均增长率在增长。据英特尔测算，自动驾驶车辆每天将产生超过4T的数据量，以一台配备有五个雷达传感器和两个视频系统的车辆为例，在采集和存储期间，需要管理大约1G比特/秒的海量数据。如此庞大的数据传输速率是如何实现的呢？你是否了解过呢？任务目标了解车载网络系统数据传输信号的基本认知；熟知模拟信号、数字信号的区别与联系；掌握字节之间的换算的能力；能够说出并行传输、串行传输的工作原理和使用条件；能够说出同步数据传输、异步数据传输的工作原理和使用条件；尝试多元化思考解决问题的方法，形成创新意识；正确认识自身岗位，热爱本职工作，时刻保持恭敬心与敬畏心；具备良好的职业道德，尊重他人劳动，不窃取他人成果。新授PART.01NewTeaching目录CONTENTS车载网络系统数据传输信号的介绍01车载网络系统数据传输信号的类型02车载网络系统数据的传输方式03一、车载网络系统数据传输信号的介绍传输信号（Transmissionsignal），是适于传输的信号的简称，按照信号与系统的定义，信号是传递有关一些现象的行为或属性的信息的函数。而这个函数通常自变量是时间或者是位置。从抽象的角度看，其实就是一个数学上的函数的概念，自变量与数因变量的关系。某车型网络数据传输原理图（一）模拟信号二、车载网络系统数据传输信号的类型模拟信号是指用“连续变化”的“物理量”所表达的信息，如温度、湿度、压力、长度、电流、电压等等。通常又把模拟信号称为连续信号，它在一定的时间范围内可以有无限多个不同的取值，适合长距离传输。模拟显示数据是指通过直接与数据成比例的连续变化物理量进行表示。模拟信号的特点是，它可以采用0～100%之间的任意值。（一）模拟信号二、车载网络系统数据传输信号的类型

表示电压变化的模拟信号模拟信号模拟信号电压（或电流）的变化方式是连续的，如指针式测量仪表、水银温度计、指针式时钟等。①—最大电压值（一）模拟信号二、车载网络系统数据传输信号的类型在听音乐时，人的耳朵就会接收到模拟信号（声波连续变化）。汽车电器设备（音响系统、收音机、电话等）以同样的方式通过连续变化的电压表示出声音。但当这种电信号由某一设备向另一设备传输时，接收装置接收到的信息与发射装置发送的信息并不完全相同。这是由于下列干扰因素造成的：1导线（电缆）长度2导线的线性电阻3无线电波4移动无线电信号（二）数字信号二、车载网络系统数据传输信号的类型数字表示方式是以“数字形式”表示“不断变化”的物理量。数字信号指自变量是离散的、因变量也是离散的信号，这种信号的自变量用整数表示，因变量用有限数字中的一个数字来表示。在计算机中，所有数据都以“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。（二）数字信号二、车载网络系统数据传输信号的类型

数字信号数字信号的变化规律数字信号的变化规律如下图所示。（三）信号电压二、车载网络系统数据传输信号的类型汽车上所用电压分为高压和低压，为了能够清楚地区分这两种状态，在汽车网络技术中对信号电压作了明确的规定（如下图所示），高电压为6～12V，低电压为0～2V，2～6V之间属于禁止范围，只用于识别故障。①—高电压范围②—禁止使用的范围③—低电压范围（四）代码表示二、车载网络系统数据传输信号的类型代码就是一组由“字符、符号或信号码元”以“离散形式”表示信息的明确的规则体系。例如，早年间在无线电通信中广泛使用的莫尔斯电报机，其发出的莫尔斯电码就是信息代码。莫尔斯电码的每个字母和数字都是通过不同长度的信号序列进行表达的。（五）比特和字节二、车载网络系统数据传输信号的类型计算机中的所有信息都以位（bit，也称比特，是二进制数字的最小信息单位）为单位进行存储和处理的。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8个位构成一个字节。因此，可以对256个字节进行设码。1千字节（KB）=210字节，即1024字节1兆字节（MB）=220字节，即1024KB（1048576字节）1千兆字节（GB）=230字节，即1024MB（1073741824字节）注意：换算系数不是1000，而是1024。二、车载网络系统的发展史应用光缆的车门控制系统车载网络的产生，使得汽车电控系统发生了巨大的变化。从1980年起，汽车内开始装用网络。在1983年，丰田公司在世纪牌汽车上最早采用了应用光缆的车门控制系统，实现了多个节点的连接通信如图所示。此系统采用了集中控制方法，车身电控单元（ECU）对各车门的门锁、电动玻璃窗进行控制，这是早期在汽车上采用的光缆系统，此后，在较长的一段时间里，其他公司并没有跟进采用光缆系统。三、车载网络系统数据的传输方式并行传输指的是数据以成组的方式，在多条并行信道上同时进行传输，是在传输中有多个数据位同时在设备之间进行的传输。常用的是将构成一个字符的几位二进制码同时分别在几个并行的信道上传输。并行传输时，一次可以传一个字符，收发双方不存在同步的问题，而且速度快、控制方式简单。但是，并行传输需要多个物理通道。所以并行传输只适合于短距离、要求传输速度快的场合使用。1234（一）并行传输如下图所示，采用并行传输方式时，其数据传输如同在具有8条车道（车道相当于数据导线）的公路上行车（每辆车的载运量相当于一位数据，8辆车的载运量之和相当于一个字节），在同一时间内，可以通过8辆车。虽然其通行效率高，但是要构筑8条车道，建设成本高昂。①—发送装置②—数据③—接收装置MSB—最高值数位LSB—最低值数位三、车载网络系统数据的传输方式（一）并行传输三、车载网络系统数据的传输方式（二）串行传输串行通信技术，是指通信双方按位进行，遵守时序的一种通信方式。串行通信中，将数据按位依次传输，每位数据占据固定的时间长度，即可使用少数几条通信线路就可以完成系统间交换信息。特别适用于计算机与计算机、计算机与外设之间的远距离通信。如下图所示，采用串行传输方式时，其数据传输犹如在具有1条车道（车道相当于数据导线）的公路上行车（每辆车的载运量相当于一位数据，8辆车的载运量之和相当于一个字节），在同一时间内，只能通过1辆车。其通行效率低，但只需构筑1条车道，建设成本低廉。串行传输方式的优点是降低了布线成本，缺点是延长了数据传输时间。三、车载网络系统数据的传输方式（二）串行传输①—发送装置②—数据③—接收装置三、车载网络系统数据的传输方式（二）串行传输传输距离较长（如在两个或多个距离较远的控制单元之间传输数据）。出于大量节约导线的考虑。对抗干扰能力（屏蔽导线）要求较高。系统需要传输的数据量较小。1234满足下列某个或多个条件时大多使用串行传输方式：使用一个共同的时钟脉冲发生器可保持发送装置和接收装置时间管理的同步性，这种方式就是同步传输方式。如下图所示，采用同步数据传输时，只需使用发送装置的时钟脉冲发生器即可，但必须通过一根单独的导线将其节拍频率传送给接收装置。三、车载网络系统数据的传输方式（三）同步数据传输①—同步脉冲②—数据③—停止④—起始⑤—接收装置三、车载网络系统数据的传输方式（三）同步数据传输321是一种连续串行传送数据的通信方式，一次通信只传送一帧信息。同步字符位于帧开头，用于确认数据字符的开始。数据字符在同步字符之后，个数没有限制，由所需传输的数据块长度来决定。校验字符有1到2个，用于接收端对接收到的字符序列进行正确性的校验。进行同步传输时，通常以信息组形式发送数据，且必须使接收装置与信息组传输同步化。因此，在信息组起始处发送一个起始符号，在停止处发送一个停止识别符号。同步通信的缺点是要求发送时钟和接收时钟保持严格的同步。三、车载网络系统数据的传输方式（四）异步数据传输传输发送和接收装置之间最常用的时间管理方式是异步传输方式。进行异步数据传输时，发送和接收装置之间没有共同的系统节拍。系统通过起始位和停止位识别数据组的开始和结束。只有当接收装置确认已接收到之前的数据后，发送装置才会传输后续的数据。异步传输方式的数据传输速率相对较慢，数据传输速率还取决于总线长度。三、车载网络系统数据的传输方式（四）异步数据传输进行异步数据传输时，仅针对字符的持续时间建立并保持发送和接收装置之间的同步性，这种方式又称为起止方式。进行异步传输时，每个字符起始处都有一个起始位。接收装置可通过该起始位与发送装置的节拍保持同步。随后发送5～8位数据位，并可能发送一个检查位（校验位）。在导线上发送数据位时首先发送最低值数位，最后发送最高值数位。此后，还有一个或两个停止位。停止位用于在传输两个字符之间形成一个最小的时间间隔，以便为接收装置接收后续字符留出必要的准备时间。1234这种由起始位、数据位和停止位构成的单位称为数据帧。进行异步数据传输时数据帧的结构如下图所示。三、车载网络系统数据的传输方式（四）异步数据传输①—接收装置②—起始位③—最低值数位④—5～8位数据⑤—最高值数位⑥—检查位⑦、⑧—停止位⑨—发送装置发送和接收装置的传输形式必须一致。也就是说，两个设备内的下列参数需调节一致：三、车载网络系统数据的传输方式（四）异步数据传输1传输速率2奇偶校验检查3数据位的数量2停止位的数量三、车载网络系统数据的传输方式（四）异步数据传输在异步通信中有两个比较重要的指标：”字符帧格式”和”波特率”。数据通常以字符或者字节为单位组成字符帧传送。字符帧由发送端逐帧发送，通过传输线被接收设备逐帧接收。发送端和接收端可以由各自的时钟来控制数据的发送和接收，这两个时钟源彼此独立，互不同步。异步传输方式的数据传输速率相对较慢，数据传输速率还取决于总线长度。实训PART.02Practicaltraining任务实施请查阅资料，了解本任务“获取信息”中提到SAE-J1850标准、TTP协议。完成以下填空。1.传输信号（Transmissionsignal），是适于传输的信号的简称，按照信号与系统的定义，信号是传递有关一些现象的__________或__________的信息的函数。2.模拟信号是指用连续__________的物理量所表达的信息，如温度、湿度、压力、长度、电流、电压等等，我们通常又把模拟信号称为__________信号，它在一定的时间范围内可以有无限多个不同的取值，适合长距离传输。任务实施3.数字表示方式就是以__________形式表示不断变化的物理量。数字信号指自变量是离散的、因变量也是离散的信号，这种信号的自变量用__________表示，因变量用有限数字中的一个数字来表示。4.使用一个共同的时钟脉冲发生器可保持发送装置和接收装置时间管理的__________性，这种方式就是________________方式。5.传输发送和接收装置之间最常用的时间管理方式是__________传输方式。进行异步数据传输时，__________和__________装置之间没有共同的系统节拍。系统通过起始位和停止位识别数据组的__________和__________。谢谢您的聆听MorethanIcanseeBeyondimagination项目二车载CAN网络系统解析任务一典型CAN网络结构解析VehicleNetworkandBusTechnology任务导入在汽车中，从行驶、制动、转向控制系统到安全系统以及舒适性能系统都使用到CAN总线。但在CAN总线技术发展之初，很多人其实对该技术并不了解，坊间就曾经流传着这样一则笑话，一个应届毕业生到公司去应聘，负责招聘的经理问他：“你会哪方面的技术？”毕业生说：“我会CAN总线”。经理疑惑的问：“你会看什么总线？”那么，什么是CAN总线呢？接下来学习关于CAN总线系统的知识。任务目标理解CAN总线的定义及特点；了解CAN总线的结构组成；能够正确说出CAN总线电控单元的结构组成；能够正确描述CAN总线系统各个元件功能；养成定期反思与总结的习惯，改进不足，精益求精；积极主动与小组成员交流、讨论学习成果，取长补短，完成自我提升；正确认识自身岗位，热爱本职工作，时刻保持恭敬心与敬畏心。新授PART.01NewTeaching目录CONTENTSCAN总线的认知01CAN总线系统的结构组成02CAN总线系统元件的功能03一、CAN总线的认知（一）CAN总线的概念CAN是控制器局域网络（ControleAreaNetwork）的英文缩写，是ISO国际标准化的“串行通信协议”。开发背景是在1985年时德国博世公司为了解决汽车上众多测试仪器与控制单元之间的数据传输，而开发的一种支持分布式控制的串行数据通信总线，也是汽车上应用最多、最为普遍的一种总线技术，是汽车B类和C类网络的主流总线。一、CAN总线的认知（二）CAN总线的特点321CAN总线采用双绞线作为传输介质，媒体访问方式为位仲裁，是一种多主总线。CAN总线为事件触发的实时通信网络，其总线仲裁方式采用基于优先级的载波侦听多路访问冲突检测法。如今，CAN总线已经成为主流车载网络协议，广泛应用在各大主流车系，如大众、奥迪、奔驰、宝马、雪铁龙、通用、日产、丰田、本田等。一、CAN总线的认知（二）CAN总线的特点编号特点内容1多主控制多主控制是指在总线空闲时，所有的单元都可以开始发送消息，最先访问总线的单元可获得发送权，多个单元同时开始发送时，发送高优先级ID（标识符）消息的单元可获得发送权。2消息的发送在CAN协议中，所有的消息都以固定的格式发送。总线空闲时，所有与总线相连的单元都可以开始发送新消息。两个以上的单元同时开始发送消息时，根据ID决定优先级。3系统的柔软性与总线相连的单元没有类似于"地址"的信息，因此在总线上增加单元时，连接在总线上的其他单元的软硬件及应用层都不需要改变。4高速度和远距离当通信距离小于40m时，CAN总线的传输速率可以达到1Mbit/s。通信速率与其通信距离成反比，当其通信距离达到10km时，其传输速率仍可以达到约5kbit/s。5远程数据请求可通过发送“遥控帧”请求其他单元发送数据。6错误检测、错误通知、错误恢复功能错误检测功能是指所有的单元都可以检测错误；错误通知功能是指正在发送消息的单元一旦检测出错误，会强制结束当前的发送，并立即同时通知其他所有单元；错误恢复功能是指强制结束发送的单元会不断反复地重新发送此消息，直到成功发送为止。二、CAN总线系统的结构组成CAN数据总线系统由电控单元（ECU）、CAN数据传输线和CAN终端电阻组成，如图所示。CAN总线系统的组成（一）电控单元（ECU）二、CAN总线系统的结构组成CAN总线连接的电控单元又称CAN总线上的节点。理论上CAN总线可以连接无穷多个节点，实际上受线路越长、传输速率越低的限制，车载CAN总线的节点数可达上百个。CAN总线上的每个电控单元独立完成网络数据交换和测控任务，如发动机电控单元、自动变速器电控单元、ABS电控单元等。（一）电控单元（ECU）二、CAN总线系统的结构组成

如图所示为CAN总线电控单元的原理图，CAN总线电控单元由输入电路、输出电路、单片机、CAN控制器、光电隔离电路、CAN收发器组成（一）电控单元（ECU）二、CAN总线系统的结构组成1.输入电路输入电路用来接收来自传感器和控制开关的输入信号，并将输入信号转换为单片机可接收的数字信号。如果输入信号是模拟信号，那么输入电路里还含有模/数转换电路（A/D转换），将模拟信号转为数字信号。如冷却液温度传感器的信号是模拟信号，需经A/D转换电路转换为数字信号。（一）电控单元（ECU）二、CAN总线系统的结构组成2.输出电路输出电路将单片机输出的控制信号转换成能驱动执行器的功率信号，因此输出电路包括放大驱动电路。因为大部分执行器是模拟执行器，所以首先要将单片机输出的数字信号经数/模转换电路（D/A转换）转换为模拟信号。（一）电控单元（ECU）二、CAN总线系统的结构组成3.单片机单片机在工业控制技术中也常称为微控制器。目前，汽车电控单元使用的单片机是汽车专用增强型单片机，是针对汽车较为复杂的振动、高温、低温和恶劣的电磁环境而设计的。有的汽车单片机芯片内已包含A/D转换、D/A转换和其他专用电路，有的甚至将CAN控制器也合成在一起。（一）电控单元（ECU）二、CAN总线系统的结构组成4.CAN控制器独立的CAN控制器是基于单片机控制的、专用于执行CAN总线通信协议的独立数字集成电路芯片。也有将单片机与CAN控制器合成的芯片，也称为CAN控制器。组成功能接口管理逻辑电路解释来自单片机的命令，控制内部寻址，向单片机提供中断信息和状态信息。管理发送或接收数据；发送缓冲器储存并缓冲发送到CAN总线上的完整报文；验收过滤器将接收到的标识符和内设寄存器中的内容进行比较，以决定是否接收整个报文。如果比较的结果为真，则报文被采用；接收缓冲器储存和缓冲从验收过滤器向CPU传送的报文；CAN核心模块按CAN通信协议，控制发送缓冲器和CAN总线之间的数据流，对CAN总线上的信号进行仲裁、填充、错误检测和错误处理等。（一）电控单元（ECU）二、CAN总线系统的结构组成5.光电隔离电路以光为媒介传送信号，对输入和输出电路进行电气隔离，因而能有效地抑制系统噪声，消除接地回路的干扰，有响应速度较快、寿命长、体积小、耐冲击等优点。（一）电控单元（ECU）二、CAN总线系统的结构组成6.CAN收发器由CAN接收器、CAN发送器和差分转换处理电路组成。CAN收发器转换信号的示意图（一）电控单元（ECU）二、CAN总线系统的结构组成6.CAN收发器当单向脉冲信号为“0”，并且代表逻辑“0”时，差分信号的高电平信号用CAN-High表示，电压为3.5V；低电平信号用CAN-Low表示，电压为1.5V；差分电压为2V，此时总线的状态为“显性位”，“显性位”代表逻辑“0”。当单向脉冲信号为“1”时，并且代表逻辑“1”时，差分信号的高电平信号和低电平信号均为2.5V；差分电压为0V，此时总线的状态为“隐性位”，“隐性位”代表逻辑“1”。CAN-High信号和CAN-Low信号分别输出到CAN总线上，即双绞线上。接高电平信号的线对应称为CAN-High线，接低电平信号的线对应称为CAN-Low线。以高速CAN总线为例（一）电控单元（ECU）二、CAN总线系统的结构组成CAN接收器是差分式接收放大器，可将CAN总线上双向的差分信号转变为单向的脉冲信号。CAN收发器在不发送信号时就处于接收状态。CAN总线在任意时刻只能处于一种状态，要么是“隐性位”，要么是“显性位”。如图所示是用示波器在CAN总线测得的电压波形。用示波器在CAN总线测得的电压波形（二）CAN数据传输线二、CAN总线系统的结构组成CAN数据总线是用以传输数据的双向串行总线，大都采用具有较强抗干扰能力的双绞线。分为CAN高位（CAN-high）线和CAN低位（CAN-low）线，可以双向传递数，这种结构使系统能够同时读写总线。数据使用差分电压传送，差分的电压使CAN数据总线系统即使在一条数据线断开或者在噪声极大的环境中也能够工作。这样的结构还可以防止电磁干扰对传输信息的影响，也可以防止本身对外界的干扰。（二）CAN数据传输线二、CAN总线系统的结构组成车辆在使用过程中，电火花、电磁线圈开关、移动电话和发送站等发出的电磁波都会影响或破坏CAN的数据传送。为了防止数据在传送时受到干扰，两条数据传输线缠绕在一起，如图所示，这样也可以防止数据线所产生的辐射噪声。缠绕在一起的双绞线二、CAN总线系统的结构组成（三）CAN终端电阻CAN两端都接一个120Ω的电阻器，即“连接在双绞线的两端”。终端电阻的作用是防止信号在传输线终端产生反射波，而使正常传输的数据受到干扰。三、CAN总线系统元件的功能如图所示，CAN总线系统元件主要由K线、控制单元、CAN构件、收发器等组成。（一）K线三、CAN总线系统元件的功能K线用于在CAN总线系统自诊断时连接汽车故障检测仪（如VAS5051），属于诊断用的通信线。（二）控制单元三、CAN总线系统元件的功能控制单元接收来自传感器的信号，将其处理后再发送到执行元件上。控制单元中的微控制器上带有输入输出存储器和程序存储器。定期查询控制单元接收到的传感器值（如发动机转速或冷却液温度）并按顺序存入输入存储器。微控制器按事先编制好的程序来处理输入值，处理后的结果存入相应的输出存储器内，然后到达各个执行元件。为了能够处理CAN信息，各控制单元内还有一个CAN存储区，用于容纳接收到的和要发送的信息。三、CAN总线系统元件的功能（三）CAN构件CAN构件用于数据交换，它分为两个区：一个是”接收区”，一个是”发送区”。CAN构件通过接收邮箱或发送邮箱与控制单元相连，其工作过程与邮局收发邮件的过程非常相似。CAN构件一般集成在控制单元的微控制器芯片内。（四）收发器三、CAN总线系统元件的功能收发器就是一个发送-接收放大器在接收数据时，收发器把CAN构件连续的比特流（亦称逻辑电平）转换成电压值（线路传输电平）；当发送数据时，收发器把电压值（线路传输电平）转换成连续的比特流。线路传输电平非常适合在铜质导线上进行数据传输。收发器通过TX线（发送线）或RX线（接收线）与CAN构件相连。（四）收发器三、CAN总线系统元件的功能如图所示，收发器的TX线始终与总线耦合，两者的耦合过程是通过一个开关电路来实现的。收发器的TX线与总线的耦合1.收发器的特点（四）收发器三、CAN总线系统元件的功能收发器内晶体管的状态与总线电平之间的对应关系见下表：1.收发器的特点状态晶体管状态有无电源电阻状态总线电平1截止（相当于开关断开）无源高阻抗10导通（相当于开关闭合）有源低阻抗0（四）收发器三、CAN总线系统元件的功能当有多个收发器与总线导线耦合时，总线的电平状态将取决于各个收发器开关状态的逻辑组合。2.多个收发器与总线导线的耦合以3个收发器接到一根总线导线上的情况为例：如图收发器A和收发器B的开关呈断开状态，收发器C的开关呈闭合状态。开关断开表示1（无源），开关闭合表示0（有源）。如果某一开关已闭合，电阻上就有电流流过，于是总线导线上的电压就为0V；如果所有开关均未闭合，那么电阻上就没有电流流过，电阻上就没有压降，于是总线导线上的电压就为5V。（四）收发器三、CAN总线系统元件的功能3个收发器开关的状态与总线电平的逻辑关系见下表：2.多个收发器与总线导线的耦合收发器A收发器B收发器C总线电平1111（5V）1100（0V）1010（0V）1000（0V）0110（0V）0100（0V）0010（0V）0000（0V）三、CAN总线系统元件的功能如果总线处于状态1（无源），那么该状态可以由某一个控制单元使用状态0（有源）来改写。一般将无源的总线电平称为隐性的，有源的总线电平称为显性的。其意义体现在：（四）收发器2.多个收发器与总线导线的耦合1发送传输错误信号时（错误帧故障信息）；2冲突识别时（如果几个控制单元想同时发送信息）。实训PART.02Practicaltraining任务实施请查阅资料，了解本任务“获取信息”中提到SAE-J1850标准、TTP协议。完成以下填空。1.CAN总线采用双绞线作为__________介质，媒体访问方式为__________，是一种多主总线。2.CAN数据总线系统由__________单元（ECU）、CAN数据__________线和CAN终端__________组成。任务实施3.CAN总线电控单元的原理图，CAN总线电控单元由__________电路、__________电路、单片机、CAN控制器、__________隔离电路、CAN收发器组成。4.CAN总线系统元件主要由__________、控制单元、CAN构件、_____________等组成。任务实施5.请查阅资料，补全下图。结构图谢谢您的聆听MorethanIcanseeBeyondimagination项目二车载CAN网络系统解析任务二CAN报文传输过程解析VehicleNetworkandBusTechnology任务导入由于CAN高性能、高可靠性及独特的设计，其越来越受到人们的重视。CAN最初是由德国博世公司为汽车监测、控制系统而设计的。现代汽车越来越多地采用电子装置控制，如发动机定时、喷油控制、驱动防滑控制（ASC）及复杂的防抱死制动系统（ABS）等。由于这些控制需要实时检测及交换大量数据，采用硬接信号线的方式不但烦琐、昂贵，而且难以解决问题。采用CAN总线，上述问题便可以得到很好的解决。目前，CAN总线系统中的信号是采用数字方式经导线传输的，其最大稳定传输速率可达1000kbit/s（1Mbit/s）。大众和奥迪公司将最大标准传输速率规定为500kbit/s。任务目标理解CAN报文的定义；熟悉CAN报文的格式和组成；能够列举CAN总线所传输数据的4种类型；掌握CAN总线的数据传输过程原理和步骤；养成定期反思与总结的习惯，改进不足，精益求精；积极主动与小组成员交流、讨论学习成果，取长补短，完成自我提升。新授PART.01NewTeaching目录CONTENTSCAN报文的基本认知01CAN总线的报文类型02CAN总线的数据传输过程03一、CAN报文的基本认知CAN报文是指发送单元向接受单元传送数据的帧。我们通常所说的CAN报文是指在CAN线（内部CAN、整车CAN、充电CAN）上利用ECU和CAN卡接收到的十六进制报文。CAN总线报文形式（一）CAN报文的定义一、CAN报文的基本认知（二）CAN报文的格式在总线中传送的报文，每帧由7部分组成。CAN协议支持两种报文格式，其唯一的不同是标识符（ID）长度不同，标准格式为11位，扩展格式为29位。在标准格式中，报文的起始位称为帧起始（SOF），然后是由11位标识符和远程发送请求位（RTR）组成的仲裁场。RTR位标明是数据帧还是请求帧，在请求帧中没有数据字节。21控制场包括标识符扩展位，指出是标准格式还是扩展格式。它还包括一个保留位（RB，ReservationBit），为将来扩展使用。它的最后四个位用来指明数据场中数据的长度。数据场范围为0～8个字节，其后有一个检测数据错误的循环冗余检查（CRC，CyclicRedundancyCheck）。应答场包括应答位和应答分隔符。发送站发送的这两位均为隐性电平（逻辑1），这时正确接收报文的接收站发送主控电平（逻辑0）覆盖它。用这种方法，发送站可以保证网络中至少有一个站能正确接收报文。一、CAN报文的基本认知（二）CAN报文的格式一、CAN报文的基本认知（二）CAN报文的格式报文的尾部由帧结束标出。在相邻的两条报文间有一很短的间隔位，如果这时没有站进行总线存取，总线将处于空闲状态。如图所示为CAN总线报文结构。CAN总线报文结构一、CAN报文的基本认知（三）CAN报文的组成通常接收到的CAN报文由很多部分组成，解析报文时用到的主要是帧ID和数据两部分。CAN报文的组成表如下：序号传输方向第几路CAN时间标识帧ID帧格式帧类型数据长度数据0x00000000接收00x000380ce181056F4数据帧扩展帧0x05ce181a0e010x00000001接收00x000381d71812F456数据帧扩展帧0x062a18a00f06000x00000002接收00x00038300181056F4数据帧扩展帧0x05ce181a0e010x00000003接收00x000383da1812F456数据帧扩展帧0x062a18a00f06000x00000004接收00x00038532181056F4数据帧扩展帧0x05ce181a0e01一、CAN报文的基本认知（三）CAN报文的组成1.帧ID的组成接收到的十六进制的ID实际上是由29位标识符转换而来，目前大多数的通信协议中都直接给出了相应的帧ID，不需要换算。如下表所示PRDPPEPSSAP为优先级，有3位，可以有8个优先级（0~7）；R为保留位，有1位，固定为0；DP为数据页，有1位，固定为0；PF为报文的代码，有8位；PS为报文的目标地址（也就是报文的接收方），有8位；SA为报文的源地址（也就是报文的接收方），有8位。根据通信协议换算一个帧ID。一、CAN报文的基本认知（三）CAN报文的组成1.帧ID的组成OUTINID通信周期位置数据名SPN电池管理系统

整车控制器

PGN=6352100ms1Byte2Byte3Byte4Byte5Byte6Byte7Byte8ByteUbus（电池系统测量总线电压值）低字节注：两字节数据低字节在前，高字节在后；同一字节中高位在前，低位在后Ubus（电池系统测量总线电压值）高字节Ibattery（－/＋）（电池充/放电电流）低字节Ibattery（－/＋）（电池充/放电电流）高字节SOC（电池模块SOC）最高电池模块电压低字节最高电池模块电压高字节保留P6R0DP0PF24PS208SA243一、CAN报文的基本认知（三）CAN报文的组成1.帧ID的组成P为优先级，6转为二进制110；R、DP固定为0；PF为8位的报文代码，24转为二进制00011000；PS为8位的目标地址，即整车控制器的地址，在协议中它的地址定义为208，转化为二进制11010000；SA为8位的源地址，即BMS的地址，在协议中它的地址为243，转化为二进制11110011。这些代码合起来为11000000110001101000011110011，转化为十六进制为1818D0F3。以上就是29位标识符（ID）的由来。如上表所示一、CAN报文的基本认知（三）CAN报文的组成2.数据段的组成数据段一般由1~8个字节（Byte）组成，来代表通信协议中相应的含义。每个字节有2个字符，分为高4位和低4位。有的数据需要相邻的2个字节组合才能表示，则需要分为高字节和低字节。例如，收到帧ID的组成通信协议中需要的报文（ID：1818D0F3）：1818D0F3ce0d007d006d1100。其中，第1个字节ce中的c为高4位，e为低4位。第1、2字节表示总电压，而且注明Byte1为低字节，Byte2为高字节，那么解析时就应该为0dce。二、CAN总线的报文类型21CAN总线所传输的数据有数据帧、远程帧、错误帧和过载帧4种类型。CAN的帧有两种不同的帧格式，不同之处为识别符的长度不同：具有11位识别符的帧称为标准帧，而含有29位识别符的帧为扩展帧。CAN总线所传输的数据又称为报文，是一帧一帧地传送，每帧数据由一组二进制数或数字脉冲组成，这组二进制数按功能又分为一段一段的，每一段称为帧的域或场。二、CAN总线的报文类型（一）数据帧数据帧的功能是将数据从发送器传到接收器。数据帧由开始域、仲裁域、控制域、数据域、安全域、应答域和结束域7个不同的域组成，如图所示，为数据帧的组成。数据帧的组成二、CAN总线的报文类型（一）数据帧1.开始域无论是标准数据帧还是扩展数据帧都包含这两个段。帧起始标志着数据帧和远程帧的起始，由一个单独的显性位（逻辑0）组成。总线空闲时，发送节点发送帧起始，其他接收节点同步于该帧起始位。如图所示，标志数据帧的起始，仅由一个“显性”（即0）位组成，带有约5V的电压的1位被送入CAN高位传输线，带有约0V电压的1位被送入CAN低位传输线。开始域由控制芯片完成。二、CAN总线的报文类型（一）数据帧2.仲裁域如下图所示，当多个节点同时发送数据，总线应该怎么处理呢？仲裁段表示数据传输的优先级，作用就是根据报文ID来确定其发送优先级。标准格式和扩展格式在此的构成有所不同。数据分析二、CAN总线的报文类型（一）数据帧2.仲裁域仲裁域包括标识符和远程发送请求位（RTR）。识别符代表数据的身份和优先权，标准格式下标识符的长度为11位，这些位按ID.10～ID.0的顺序发送，最低位是ID.0，7个高位（ID.10～ID.4）必须不能全是“隐性”。在标准帧里，识别符后是远程发送请求位（RTR），该位若为“显性”（即0），代表发送的信息是数据；若为“隐性”（即1），代表发送的信息是数据请求。如上图所示二、CAN总线的报文类型（一）数据帧2.仲裁域只要总线空闲，各控制单元均可向总线发送数据，如果各个控制单元要同时发送各自的数据，那么系统必须决定哪一个控制单元先进行发送。系统规定具有最高优先权的数据先发送，标识符的二进制值越小，其优先权就越高。不同数据的优先权根据数据的重要性和紧迫性等因素由人为编程时确定。例如，发动机电控单元、ABS电控单元和自动变速器电控单元相比较，制动信号的优先权最高，三者仲裁域的标识符如下：01010000000（发动机电控单元标识符）00110100000（ABS电控单元标识符）10001000000（自动变速器电控单元标识符）二、CAN总线的报文类型（一）数据帧2.仲裁域321ABS电控单元的标识符数值设定得最小，优先权最高；自动变速器电控单元标识符数值最大，优先权最低；发动机电控单元标识符数值居中。当以上三个电控单元同时向总线发送数据时，系统就先发送ABS电控单元发送的数据，此时，发动机电控单元和自动变速器电控单元转化为接收器接收数据。总线一旦空闲，系统会发送其他电控单元的数据。二、CAN总线的报文类型（一）数据帧3.控制域控制域由“6个位”组成。其中4位是数据长度代码，即数据的字节数量，另两位作为扩展用的保留位。所发送的保留位必须“显性”。控制域供接收器检查是否已经接收到所传来的所有信息。接收器接收和认可所有由“显性”和“隐性”的任意组合在一起的位。二、CAN总线的报文类型（一）数据帧3.控制域数据长度代码见下表。其中，DLC3～DLC0代表数据长度代码的位，DLC0是最低位，DLC3是最高位。数据长度代码最大为8，表示数据帧允许的数据长度为0～8字节。表中“0”为“显性”，“1”为“隐性”。数据长度数据长度代码DLC3DLC2DLC1DLC0012345678000000001000011110001100110010101010二、CAN总线的报文类型（一）数据帧4.数据域数据域由数据帧发送的数据组成，数据段为数据帧的核心内容，可以为0～8个字节。每字节包含了8个位，所以数据帧最大为64位。从MSB（最高位）开始输出。二、CAN总线的报文类型（一）数据帧4.数据域例如，要表达节气门开度信号，假如把节气门的开度按最大开度的百分数表示，每10%为一个等级，那么节气门开度信号在数据域的代码见下表中。其中，“0%”表示节气门关闭，发动机处于怠速状态，“100%”表示节气门全开，发动机处于全负荷状态。节气门开度数据域代码DLC3DLC2DLC1DLC00%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%00000000111000011110000011001100101010101010二、CAN总线的报文类型（一）数据帧5.安全域安全域用来检测传递数据中的错误。CAN系统用于电噪声很大的环境，这个环境中的数据最容易丢失或破坏。CAN协议提供了5种错误检测和修正的方法，因此如果数据被破坏，能够被检测出来，而且网络中的所有的电控单元都会忽略这个数据。这5种错误检测类型分别为位错误、填充错误、校验（CRC）错误、形式错误和应答错误。二、CAN总线的报文类型（一）数据帧5.安全域填充错误如果在使用位填充法进行编码的信息中，出现了第6个连续相同的位电平时，将检测到一个填充错误。Byteflight协议形式错误当一个固定形式的域含有一个或多个非法位，则检测到一个形式错误。位错误如果所发送的位值与所监视的位值不相符合，则在此位时间里检测到一个位错误。校验错误如果接收器的计算结果与接收到校验序列的结果不相符，则检测到一个校验错误。应答错误只要在应答间隙期间所监视的位不为“显性”，则发送器会检测到一个应答错误。二、CAN总线的报文类型（一）数据帧6.应答域应答域用来反映接收器通知发送器是否已经正确接收到数据。当接收器正确地接收到有效的数据，接收器就会在应答间隙期间内向发送器发送一个“显性”位以应答，而应答界定符始终是“隐性”位。如果检查到错误，接收器立即通知发送器，然后发送器再发送一次数据，直到该数据被准确接收为止，但从检测出错误到下一数据的传送开始为止，发送时间最多为29个位的时间。应答域长度为2个位，包含应答间隙和应答界定符，常态下发送两个“隐性”位。二、CAN总线的报文类型（一）数据帧7.结束域结束域标志着数据报告结束，由7个“隐性”位（1111111）组成。这是显示错误并重复发送数据的最后一次机会。如图所示为结束域。二、CAN总线的报文类型（二）远程帧CAN总线上电控单元的数据发布，有两种基本形式。第一种形式是按设定或需要主动发布。例如制动信号，当踩制动踏板时ABS电控单元就会主动发布，发动机电控单元接收后就会立即调控发动机转速由高速降为低速。第二种形式是受请求后发布。例如A电控单元需要B电控单元的数据，A电控单元先发布请求信号，这个请求信号的数据形式就是远程帧。二、CAN总线的报文类型（二）远程帧远程帧由开始域、仲裁域、控制域、安全域、应答域和结束域6个不同的域组成。与数据帧相反，远程帧的远程发送请求位（RTR位）是“隐性”的（即逻辑“1”）。它没有数据域，数据长度代码的数值是不受制约的（可以标注为容许范围内0～8的任何数值）。其余域功能同数据帧。数据帧与远程帧的区别二、CAN总线的报文类型（三）错误帧任何电控单元检测到总线错误就发出错误帧。错误帧的功能是对所发送的数据进行错误检测、错误标定及错误自检。错误帧由两个不同的域组成：第一个域为不同控制单元提供错误标志的叠加，第二个域是错误界定符。如下图所示。数据帧与远程帧的区别二、CAN总线的报文类型（三）错误帧1.错误标志错误标志包括主动错误标志和被动错误标志两种形式。主动错误标志由6个连续显性位组成，检测到错误条件的“错误主动”控制单元通过发送主动错误标志以指示错误。被动错误标志由6个连续隐性位组成，除非被其他CAN控制器的显性位改写，检测到错误条件的“错误被动”控制单元通过发送被动错误标志以指示错误。如图所示。二、CAN总线的报文类型（三）错误帧2.错误界定错误界定符由8个隐性位组成。传送了错误标志以后，每一节点就发送一个隐性位，并一直监视总线直到检测出一个隐性位为止，然后就开始发送其余7个隐性位。如图所示。二、CAN总线的报文类型（四）过载帧过载帧用以在先行的和后续的数据帧（或远程帧）之间提供一附加的延时。接收器在电路尚未准备好或在间歇域期间检测到一个“显性”位时，会发送过载帧，以延迟数据的传送。过载帧包括过载标志和过载界定符两个域。二、CAN总线的报文类型（五）帧间空间321帧间隔用于将数据帧或远程帧和他们之前的帧分离开，但过载帧和错误帧前面不会插入帧间隔。；帧间隔过后，如果无节点发送帧，则总线进入空闲；帧间隔过后，如果被动错误节点要发送帧，则先发送8个隐性电平的传输延迟，再发送帧。数据帧或远程帧与其前面帧的隔离是通过帧间空间实现的，无论其前面的帧为何类型。所不同的是过载帧与错误帧之前没有帧间空间，多个过载帧之间也不是由帧间空间隔离的。帧间空间包括间歇域和总线空闲域。（一）信息格式的转换三、CAN总线的数据传输过程首先是发动机控制单元的传感器接收到发动机转速信息（转速值）。该值以固定的周期（循环往复地）到达微控制器的输入存储器内。由于瞬时转速值不仅用于发动机运转控制、变速器换档控制，还用于其他控制单元（如组合仪表），故该值通过CAN总线来传输，以实现信息共享。于是转速值就被复制到发动机控制单元的发送存储器内。该信息从发送存储器进入CAN构件的发送邮箱内。如果发送邮箱内有一个发动机转速实时值，那么该值会由发送特征位显示出来。将发送任务委托给CAN构件，发动机控制单元就完成数据传输任务。（一）信息格式的转换三、CAN总线的数据传输过程如图所示为发动机转速值按协议被转换成标准的CAN信息格式。在本例中，状态区（标识符）=发动机1，数据区（信息内容）=发动机转速值（即发动机转速为×××r/min）。当然，CAN总线上传输的数据也可以是其他信息（如节气门开度、冷却液温度、发动机转矩等），具体内容取决于系统软件的设定。三、CAN总线的数据传输过程（二）请求发送信息——总线状态查询如果发送邮箱内有一个发动机转速实时值，那么该值会由发送特征位显示出来——请求发送信息，相当于学生举手向老师示意，申请发言。只有总线处于空闲状态时，控制单元才能向总线发送信息。如图所示，CAN构件通过RX线来检查总线是否有源（是否正在交换其他信息），必要时会等待，直至总线空闲下来为止。（三）发送信息三、CAN总线的数据传输过程如下图所示为信息发送过程，如果总线空闲下来，发动机信息就会被发送出去。（四）接收过程三、CAN总线的数据传输过程如下图所示为信息接收过程，连接在CAN总线上的所有控制单元都接收发动机控制单元发送的信息，该信息通过RX线到达CAN构件各自的接收区。（四）接收过程三、CAN总线的数据传输过程接收过程分两步，首先检查信息是否正确（在监控层），然后检查信息是否可用（在接收层）。（1）检查信息是否正确（在监控层）接收器接收发动机的所有信息，并且在相应的监控层检查这些信息是否正确。这样就可以识别出在某种情况下某一控制单元上出现的局部故障。按照CAN总线的信息广播原理，连接在CAN总线上的所有控制单元都接收发动机控制单元发送的信息。数据传输是否正确，可以通过监控层内的CRC校验和数来进行校验。CRC校验即为循环冗余码校验（CyclingRedundancyCheck，CRC）。（四）接收过程三、CAN总线的数据传输过程接收过程分两步，首先检查信息是否正确（在监控层），然后检查信息是否可用（在接收层）。在发送每个信息时，所有数据位会产生并传递一个16位的校验和数，接收器按同样的规则从所有已经接收到的数据位中计算出校验和数，随后系统将接收到的校验和数与计算出的实际校验和数进行比较。如果两个校验和数相等，确认无数据传输错误，那么连接在CAN总线上的所有控制单元都会给发射器一个确认回答（亦称应答，如图所示），这个回答就是所谓的“信息收到符号”（acknowledge，Ack），它位于校验和数之后。确认信息已经接收（四）接收过程三、CAN总线的数据传输过程接收过程分两步，首先检查信息是否正确（在监控层），然后检查信息是否可用（在接收层）。如图所示监控层对信息进行监控，经监控层监控、确认无误后，已接收到的正确信息会到达相关CAN构件的接收区。（四）接收过程三、CAN总线的数据传输过程接收过程分两步，首先检查信息是否正确（在监控层），然后检查信息是否可用（在接收层）。（2）检查信息是否可用（在接收层）CAN构件的接收层判断该信息是否可用。如果该信息对本控制单元来说是有用的，则举起接收旗，予以放行，如图所示，该信息就会进入相应的接收邮箱；如果该信息对本控制单元来说是无用的，则可以拒绝接收。（四）接收过程三、C