无人驾驶技术原理及应用 课件 2.2 CAN总线技术

CAN总线技术刘元盛无人驾驶汽车的总线通信方式

●CAN总线作为汽车中最常用的总线类型其特点是什么？●CAN总线的技术局限有哪些，在智能车中是否还在用？●未来智能汽车中仅仅使用CAN总线通信是否足够？先提几个大家感兴趣的问题：CAN总线概述

CAN（ControllerAreaNetwork）即控制器局域网，可以归属于工业现场总线的范畴，通常称为CANbus，即CAN总线，是目前国际上应用最广泛的开放式现场总线之一。CAN最初出现在汽车工业中，80年代由德国BOSCH公司最先提出。最初动机是为了解决现代汽车中庞大的电子控制装置之间的通讯，减少不断增加的信号线。

与一般的通信总线相比，CAN总线的数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性，它在汽车领域上的应用最为广泛，世界上一些著名的汽车制造厂商，都采用了CAN总线来实现汽车内部控制系统与各检测和执行机构间的数据通信。CAN总线发展

20世纪80年代，Bosch的工程人员开始研究用于汽车的串行总线系统，因为当时还没有一个网络协议能完全满足汽车工程的要求。参加研究的还有Mercedes-Benz公司、Intel公司，还有德国两所大学的教授。1986年，Bosch在SAE（汽车工程人员协会）大会上提出了CAN1987年，INTEL就推出了第一片CAN控制芯片—82526；随后Philips半导体推出了82C200。1993年，CAN的国际标准ISO11898公布从此CAN协议被广泛的用于各类自动化控制领域。1992年，CIA（CANinAutomation）用户组织成立，之后制定了第一个CAN应用层“CAL”。1994年开始有了国际CAN学术年会（ICC）。1994年美国汽车工程师协会以CAN为基础制定了SAEJ1939标准，

用于卡车和巴士控制和通信网络。1993年CAN成为国际标准ISO11898(高速应用)和ISO11519（低速应用）。CAN的规范从CAN1.2规范(标准格式)发展为兼容CAN1.2规范的CAN2.0规范(CAN2.0A为标准格式，CAN2.0B为扩展格式)

。

CAN总线概述

依据OSI模型的CAN的分层结构

CAN总线标准包括物理层、数据链路层，其中链路层定义了不同的信息类型、总线访问的仲裁规则及故障检测与故障处理的方式。

CAN总线概述

有专门的国际标准ISO11898。任一节点可在任一时刻主动发送。报文以标识符分为不同的优先级，可满足不同的实时性要求。非破坏性总线仲裁技术，大大节省了总线冲突的仲裁时间。通过对报文滤波可实现点对点、一点对多点和全局广播等多种传送方式。速率最高可达1Mbps，最远可达10km节点数可达110个，标识符几乎不受限制CAN总线概述

短帧结构，传输时间短，受干扰概率低，适于工业环境；每帧信息都采用CRC校验及其他检错措施，数据出错率极低；通信介质选择灵活（双绞线、同轴电缆或光纤）；错误严重情况下自动关闭输出，保证不影响总线上其他节点通信；性价比高，器件容易购置，节点价格低；开发技术容易掌握，能充分利用现有的单片机开发工具。总线物理层特点-编码方式

不归零编码（NRZ)-奔驰、大众、戴姆勒克莱斯曼切斯特编码（Manchester）-雷诺、标致、雪铁龙公司脉宽调制编码（PWM)-福特马自达公司采用可变脉宽调制编码（VPWM)CAN总线特点

CAN总线上用显性(Dominant)和隐性(Recessive)表示0和1。当在总线上出现同时发送显性位和隐性位时，总线上数值将出现显性。总线上的信号使用差分电压传送，两条信号线被称为CAN_H和CAN_L。时间t在高速CAN中，差分电压为0伏时是隐性位差分电压为2伏时是显性位信号线CAN_H的电压比CAN_L的电压高吗！CAN总线的介质访问控制方式报文以标识符分为不同的优先级，采用非破坏性总线仲裁技术CSMA/CR(载波监听多路访问/冲突解决)可从根本上避免冲突载波监听+仲裁机制（若存在冲突可能，并有仲裁机制决定优先级别高的发送）汽车网络中，大多数据总线是以该访问机制为基础CAN总线的介质访问控制方式

显性隐性失去仲裁节点1节点2线上可见CAN总线概述

报文(Messages)

在总线上传输的信息。信息路由(InformationRouting)

CAN不对通信单元分配地址，报文的寻址内容由报文的标识符指定。所有CAN节点通过报文滤波来判断是否接收报文。

优先权(Priorities)

在CAN总线上发送的每一个报文都具有唯一的一个11位或29位的标识符，标识符越小，则报文优先权越高，因此一个为全0标识符的报文具有最高级优先权。标准帧

11位标识符扩展帧

29位标识符帧类型数据帧、远程帧、错误帧和过载帧CAN总线概述

由7个不同的场组成。数据场长度可为0CAN2.0B存在标准和扩展两种帧格式为了设计简单，可以对标准格式执行部分扩展，不一定要完全扩展可以用整个标识符进行报文滤波，也可以把标识符屏蔽一部分进行报文滤波仲裁场控制场数据场CRC场帧间空间帧结束帧起始ACK场帧间空间数据帧CAN总线概述

标准帧扩展帧CAN总线概述

优点在网络最终确定哪一个站的报文被传送以前，报文的起始部分已经在网络上传送了。所有未获得总线读取权的站都成为具有最高优先权报文的接收站，并且不会在总线再次空闲前发送报文。CAN具有较高的效率是因为总线仅仅被那些请求总线悬而未决的站利用，这些请求是根据报文在整个系统中的重要性按顺序处理的。CAN总线概述

缺点由于CAN总线采用的是固定优先级，当所有的节点都随机的向总线发送数据时，具有低优先级的节点是比