项目二任务1：CAN总线的认识-教学课件

主讲老师：汪俊东CAN总线的认识项目二：CAN总线技术任务2.1《智能汽车线控底盘装调与测试》目录任务导入AssignmentINTRO学习目标LearningobjectivesCONTENTS0102知识准备Backgroundknowledge03课堂小测Classroomquiz课堂总结Backgroundknowledge0405PART01任务导入AssignmentINTRO任务导入CAN总线技术就是通过遍布车身的传感器，将汽车的各种行驶数据发送到“总线”上，在这个信息共享平台上，凡是需要这些数据的接收端都可以从“总线”上读取需要的信息，从而使汽车的各个系统协调运作、信息共享、保证车辆安全行驶、舒适和可靠。假设你是某家线控底盘解决方案供应商的测试工程师，需要到现场完成低速无人物流车的CAN总线诊断测试，那么同学们知道什么是CAN总线呢？它是怎样进行数据传输的？PART02学习目标Learningobjectives学习目标素质目标了解CAN总线的发展历程，培养爱国主义精神;激发学生的创新精神和实践能力；结合CAN总线知识，培养逻辑思维能力。能力目标能讲解CAN总线的定义[A17]；能区分高速CAN和低速CAN的异同[A18]；能说出Intel编码与Motorola编码的异同[A20]。知识目标能讲解CAN总线的概念及主流的拓扑结构[K19]；能掌握CAN总线的分类方法[K20]；能讲解CAN总线的数据类型、CAN数据传输规则与编码格式[K21]。PART03知识准备BackgroundknowledgePART03一、CAN总线的概念一、CAN总线的概念CAN总线协议（CAN，ControllerAreaNetwork），控制器局域网络。CAN最初是德国BOSCH（博世）公司为解决现代汽车中众多控制单元、测试仪器之间的实时数据交换而研发的一种串行通讯协议总线，是世界上应用最广泛的现场总线之一。CAN总线的广播机制1.CAN总线的定义一、CAN总线的概念CAN总线的数据传输线可以为双绞线、同轴电缆和光纤。但为了降低成本，汽车上CAN数据传输线通常采用屏蔽或非屏蔽的双绞线，分别是CAN_H和CAN_L两根线。汽车CAN总线的数据传输线1.CAN总线的定义思政专栏1987年，Intel和Philips联合推出了首款CAN控制器芯片，这标志着CAN技术在汽车电子化领域的商业应用正式起步。目前，市场上主要的CAN/LIN芯片供应商包括NXP、德州仪器（TI）、英飞凌、瑞萨、意法半导体和安森美，以及国内的北京君正、芯力特等。NXP在全球市场中占据主导地位，而TI和安森美通过价格战略成功提升了市场份额。国外主要CAN/LIN芯片供应商国产车载CANIC的崛起之路思政专栏尽管国产CAN/LIN/SBC芯片的研发起步较晚，但2022年全球车规芯片的短缺促使国内厂商加快了进入CANIC市场的步伐。金升阳、川土微电子、芯力特、北京君正、络明芯、3PEAK、茂睿芯、Holtek、晶焱科技、信路达等企业通过不断的技术创新和产品优化，推出了支持CAN和CANFD协议的收发器芯片。国产车载CANIC的崛起之路国内主要CAN/LIN芯片供应商思政专栏爱国主义精神在国产CAN/LIN/SBC芯片的研发和市场拓展中得到了生动体现。面对全球车规芯片短缺的挑战，国内厂商不仅没有退缩，反而加快了自主创新和技术研发的步伐，展现了中国企业的责任和担当。通过这些企业的不懈努力，国产CAN/LIN/SBC芯片正在国际市场上稳步提升竞争力，这不仅是技术的胜利，更是爱国主义精神的胜利。国产车载CANIC的崛起之路国内主要CAN/LIN芯片供应商一、CAN总线的概念

1983年1986年1991年1993年BOSCH公司开始着手开发CAN总线在SAE会议上，CAN总线正式发布Bosch发布CAN2.0标准，分CAN2.0A和CAN2.0BCAN总线被列入国际标准，发布了ISO11898和ISO115192006年2007年2012年2013年ISO11898-3（低功耗，低速物理层）发布ISO11898-5（低功耗，高速物理层）发布BOSCH公司发布了CANFD1.0ISO11898-6（具有选择性唤醒功能的物理层）发布2003年ISO将数据链路和高速物理层的标准分离为ISO11898-1和ISO11898-2两部分2015年ISO11898-1（经典CAN和CANFD）评审稿发布CAN总线的发展历史2.CAN总线的发展历史一、CAN总线的概念CAN国际标准的物理层和数据链路层3.CAN总线的标准CAN国际标准只规定了OSI（开放式通信系统参考模型）的物理层和数据链路层。PART03二、CAN总线主流的

拓扑结构二、CAN总线主流的拓扑结构主流的CAN总线拓扑结构有总线型拓扑、星型拓扑、环形拓扑和树型拓扑。总线型拓扑星型拓扑环形拓扑树型拓扑二、CAN总线主流的拓扑结构总线型拓扑也叫直线型拓扑，所有的节点都连接到同一总线上，在总线的两端分别需要一个电阻。它具有布线施工简单和阻抗匹配固定规则等优点，但是这种拓扑方式不灵活，会增加实际传输距离。1.总线型拓扑总线型拓扑二、CAN总线主流的拓扑结构星型拓扑的分支在完全等长情况下，可不使用集线器或中继设备，只需要调整终端电阻即可实现组网。如果各分支线路长度不同就需要使用集线器或中继设备对总线进行控制，保证信号质量。优点：维护管理容易、重新配置灵活；缺点：中央设备失效会导致网络瘫痪和分支不等长时阻抗匹配复杂。2.星型拓扑星型拓扑二、CAN总线主流的拓扑结构环型拓扑是将CAN总线首尾相接，形成环状，在终端电阻匹配方面采用分布式匹配方法，保证总体阻抗为60Ω。在线缆的任意位置断开后，总线依然可以通讯；但断线后，信号反射严重，无法应用于高波特率和远距离场合。3.环型拓扑环型拓扑二、CAN总线主流的拓扑结构树型拓扑的特点是分支较长并且长度不同。由于各直线长度不同阻抗匹配困难，常使用中继器进行分支。每个中继器都具备独立的CAN控制器，可以将每段形成独立的直线拓扑，方便施工。4.树型拓扑树型拓扑PART03三、CAN总线的分类三、CAN总线的分类CAN协议经ISO标准化后有高速CAN和低速CAN标准两种。高速CAN低速CANISO11898标准ISO11519-2标准ISO11898-3标准三、CAN总线的分类ISO11898定义了通信速率为125kbps～1Mbps的高速CAN通信标准，属于闭环总线。传输速率可达1Mbps，总线长度小于等于40米。高速CAN主要应用在实时性、数据传输速度要求高的场合，例如发动机控制、自动变速箱控制、行驶稳定系统、组合仪表等。1.高速CAN高速CAN总线结构三、CAN总线的分类在CAN总线上传输的信号是差分信号，利用CAN_H和CAN_L两根线上的电位差来表示CAN信号。高速CAN在传输隐性状态位（逻辑为“1”）时，CAN_H和CAN_L的电平都是2.5V，在传输显性位时，CAN_H上的电平时3.5V，CAN_L上的电平是1.5V。1.高速CAN高速CAN总线电平三、CAN总线的分类ISO11519-2和ISO11898-3定义了通信速率为10～125kbps的低速CAN通信标准，属于开环总线。传输速率为40kbps时，总线长度可达1000米。低速CAN主要应用在车身控制系统等对可靠性要求高的场合，例如空调控制、座椅调节、车窗升降、天窗控制、车镜控制、车灯控制、导航系统控制等。2.低速CAN高速CAN总线结构三、CAN总线的分类低速CAN在传输隐性状态位（逻辑为“1”）时，CAN_H上的电平时1.75V，CAN_L上的电平时3.25V，在传输显性状态位（逻辑为“0”）时，CAN_H上的电平时4V，CAN_L上的电平是1V。2.低速CAN低速CAN总线电平四、CAN总线的数据类型CAN协议中数据的传输是以报文的格式进行的，CAN报文是指发送单元向接受单元传送数据的，通常所说的CAN报文是指在CAN线上利用ECU和CAN卡接收到的十六进制报文。CAN报文四、CAN总线的数据类型CAN协议中所传输的消息是以“帧（Frame）”作为基本单位来进行的，CAN总线的数据类型主要有五种，数据帧、过载帧、帧间隔、远程帧和错误帧。帧类型描述数据帧用于表示发送单元向接收单元传送数据的帧过载帧用于接收单元通知其尚未做好接收准备的帧帧间隔用于将数据帧及远程帧与前面的帧分离开来的帧远程帧用于接收单元向具有相同ID的发送单元请求数据的帧错误帧用于当检测出错误时向其他单元通知错误的帧四、CAN总线的数据类型数据帧包含七个段：帧起始、仲裁段、控制段、数据段、循环冗余校验段段（CRC）、确认段（ACK）和帧结束，根据仲裁段标识符长度的不同，分为标准帧和扩展帧。1.数据帧数据帧的结构四、CAN总线的数据类型过载帧是接收单元通知其尚未做好接收准备的帧。过载帧由过载标志（6个连续显性电平位）和过载帧界定符（8个连续隐性电平位）组成。由于存在多个节点同时过载帧发送有时间差问题，可能出现过载标志叠加后超过6个位的现象。2.过载帧过载标志叠加四、CAN总线的数据类型帧间隔用于将数据帧或远程帧和它们之前的帧分离开，但过载帧和错误帧前面不会插入帧间隔。3.帧间隔帧间隔过载帧或错误帧四、CAN总线的数据类型远程帧由帧起始、仲裁段、控制段、CRC段、ACK段和帧结束6个段组成，它没有数据段。同样也分为标准帧和扩展帧。4.远程帧远程帧的结构四、CAN总线的数据类型数据帧与远程帧的对比如下：4.远程帧比较内容数据帧远程帧ID发送节点的ID被请求发送节点的IDSRR0（显性电平）1（隐性电平）RTR0（显性电平）1（隐性电平）DLC发送数据长度请求的数据长度是否有数据段是否CRC校验范围帧起始+仲裁段+控制段+数据段帧起始+仲裁段+控制段四、CAN总线的数据类型错误帧是用于当检测出错误时向其他单元通知错误的帧。错误帧由错误标志和错误界定符（8个位的隐性位）构成。5.错误帧主动错误标志被动错误标志错误帧的结构四、CAN总线的数据类型CAN总线的错误类型包括CRC错误、格式错误、应答错误、位发送错误和位填充错误5种。5.错误帧CAN总线的错误类型CAN总线错误类型五、CAN数据的传输规则与编码格式报文中的数据段一般由1~8个字节（Byte）组成，代表通信协议中相应的含义。每个字节有两个字符，前面字符代表高4位，后边字符代表低4位。1.CAN数据的传输规则报文数据组成五、CAN数据的传输规则与编码格式目前主流的主机厂定义的CAN总线字节发送顺序均为首先发送Byte0（LSB），然后Byte1，Byte2，……（MSB）的发送顺序。1.CAN数据的传输规则CANoe软件工具的DBC界面发送顺序五、CAN数据的传输规则与编码格式1.CAN数据的传输规则数据传输规则单个字节高位（MSB）→低位（LSB）多个字节低位（LSB）→高位（MSB）Intel格式Motorola格式高位（MSB）→低位（LSB）单字节与多字节的数据传输规则如下：五、CAN数据的传输规则与编码格式（1）Intel格式编码2.CAN数据的编码格式CAN报文Motorola编码五、CAN数据的传输规则与编码格式（2）Motorola格式编码2.CAN数据的编码格式CANoe软件工具的DBC界面六、CAN总线的特点（1）CAN总线的传输线采用双绞线双绞线与两端的通信设备虽然构成一个大的导线闭合回路，但由于双绞线是双线扭绞而成，在空间上构成一个一个的小闭合回路，穿过双绞线的磁感应线在相邻的两个“绞孔”的空间上虽然感应电动势方向相同，但在同一根导线上的感应电动势方向是相反的，因此，起着抵消的作用。1.出色的抗干扰能力CAN总线双绞线抗噪原理

六、CAN总线的特点（2）CAN总线是差分线CAN总线有CAN_H和CAN_L两根线，差分线的抗干扰能力强。1.出色的抗干扰能力差分双绞线六、CAN总线的特点所有节点没有主从之分，可接收，也可发送，在总线空闲的状态下，任意节点都可向总线发送消息。2.多主控模式CAN总线多主控模式CAN总线六、CAN总线的特点总线仲裁机制：3.非破坏性仲裁机制回读机制节点在向总线发送报文的同时也对总线上的电平进行检测，判断本节点发出的二进制位与总线上当前的二进制是否一致。线与机制在总线上，显性位能够覆盖隐性位。六、CAN总线的特点非破坏性仲裁机制不会造成延时不会破坏报文内容3.非破坏性仲裁机制优先级高优先级低六、CAN总线的特点系统的柔软性4.系统的柔软性CAN总线上的节点没有“地址”的概念，因此在总线上增加节点时，不会对总线上已有节点的软硬件及应用层造成影响。六、CAN总线的特点不同通信速度总线上的节点需要增加网关5.通信速度的设定在同一网络中，所有单元必须设定成统一的通信速度。不同网络间则可以有不同的通信速度。两条不同通信速度总线上的节点通过网关可实现信息交互。六、CAN总线的特点6.高度的错误处理功能错误检测所有的节点都可以检测出错误错误通知检测出错误的节点会立即通知总线上其它所有的节点错误恢复正在发送消息的节点，如果检测到错误，会立即停止当前的发送，并同时不断地重复发送此消息，直到该消息发送成功为止六、CAN总线的特点数据可请求7.数据可请求某个节点可以通过发送“远程帧”到总线上的方式，请求另外一个节点来发送由该“远程帧”所指定的报文。

节点A

节点B这水多摄氏度？115℃远程帧；ID：‘oil_tmp’数据帧；ID：‘oil_tmp’115℃六、CAN总线的特点故障封闭8.故障封闭CAN总线可以判断出错误的类型是总线上暂时的数据错误还是持续的数据错误。当总线上发生持续数据错误时，可将引起此故障的单元从总线上隔离出去。暂时的数据错误持续的数据错误隔离七、汽车对CAN通信网络的要求高带宽和大数据安全性和防护高级驾驶辅助系统（ADAS）车辆间通信PART04课堂小测Classroomquiz一、判断题