CAN总线介绍(最终版)课件

CAN基础2主要内容主要内容n概述nCAN基本原理nCAN总线的国内外发展现状nCAN总线电磁兼容设计3概述概述nCAN的起源vCANController Area Network是20世纪80年代初德国Bosch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开发的一种串行通信协议4概述概述nCAN的起源v传统的汽车线束连接5概述概述nCAN的起源v汽车的CAN网络6概述概述nCAN的历史v1983年，Bosch开始研究车上网络技术v1986年，Bosch在SAE大会公布CAN协议v1987年，Intel和Philips先后推出CAN控制器芯片v1991年，Bosch颁布CAN 2.0技术规范，CAN2.0包括A和B两个部分v1991年，CAN总线最先在Benz S系列轿车上实现7概述概述nCAN的历史v1993年，ISO颁布CAN国际标准 ISO-11898v1994年，SAE颁布基于CAN的J1939标准 v2003年，Maybach发布带76个ECU的新车型（CAN，LIN，MOST）v2003年，VW发布带35个ECU的新型Golfv未来，CAN总线将部分被FlexRay所取代，但CAN总线将仍会被持续应用相当长的时间8概述概述nCAN的特性v采用双线差分信号v协议本身对节点的数量没有限制，总线上节点的数量可以动态改变v广播发送报文，报文可以被所有节点同时接收9概述概述nCAN的特性v采用双线差分信号0.5V4.5VCan Htt4.5V0.5VCan L101100102.5V2.5V 两根线构成总线，两根线构成总线，CAN High与与CAN Low。这两根线之间的电位差可以对应这两根线之间的电位差可以对应两个不同的逻辑状态进行编码两个不同的逻辑状态进行编码。如果如果CAN H CAN L 2那么比特为那么比特为 0 如果如果CAN H CAN L=0那么比特为那么比特为 110概述概述nCAN的特性CAN HCAN L+-SCAN Ht4.5V0.5V2.5VtCAN L4.5V0.5V2.5V限制传输辐射，限制传输辐射，补偿接地差，补偿接地差，能够很好地抗干扰。能够很好地抗干扰。11概述概述nCAN的特性v多主站结构v每个报文的内容通过标识符识别，标识符在网络中是唯一的q标识符描述了数据的含义标识符描述了数据的含义q某些特定的应用对标识符的分配进行了标准化某些特定的应用对标识符的分配进行了标准化v根据需要可进行相关性报文过滤12概述概述nCAN的特性v保证系统数据一致性qCAN提供了一套复杂的提供了一套复杂的错误检测与错误处理错误检测与错误处理机制，机制，比如比如CRC检测、接口的抗电磁干扰能力、错误报检测、接口的抗电磁干扰能力、错误报文的自动重发、临时错误的恢复以及永久错误的文的自动重发、临时错误的恢复以及永久错误的关闭关闭错误检测错误检测错误处理错误处理13概述概述nCAN的特性v使用双绞线作为总线介质时，总线长度=40米,传输速率可达1Mbpsv采用NRZ和位填充的位编码方式位速率与总线长度的关系位速率与总线长度的关系NRZ和位填充和位填充14概述概述nCAN的特性v总线访问非破坏性仲裁的载波侦听多路访问/冲突检测CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection)q载波侦听载波侦听，网络上各个节点在发送数据前都要检，网络上各个节点在发送数据前都要检测总线上是否有数据传输测总线上是否有数据传输网络上有数据网络上有数据不发送数据，等待网络空闲不发送数据，等待网络空闲网络上无数据网络上无数据立即发送已经准备好的数据立即发送已经准备好的数据q多路访问多路访问，网络上所有节点收发数据共同使用同，网络上所有节点收发数据共同使用同一条总线，且发送数据是广播式的一条总线，且发送数据是广播式的q冲突检测冲突检测，节点在发送数据过程中要不停地检测，节点在发送数据过程中要不停地检测发送的数据，确定是否与其它节点数据发生冲突发送的数据，确定是否与其它节点数据发生冲突15CAN基本原理基本原理n汽车总线v汽车总线的分类类别类别位速率位速率/kbps应用场合应用场合应用范围应用范围协议协议A10车身系统车身系统电动门窗、座椅调节、灯光照电动门窗、座椅调节、灯光照明控制等明控制等nLINnCANB10125状态系统状态系统电子仪表、驾驶信息、故障诊电子仪表、驾驶信息、故障诊断、安全气囊、自动空调等断、安全气囊、自动空调等nJ1850nVANnCANC1251000实时控制系统实时控制系统发动机控制、变速控制、发动机控制、变速控制、ABS、悬架控制、转向控制等、悬架控制、转向控制等nCAND1000多媒体系统多媒体系统nMOSTnFlexRaynD2BnIEEE139416CAN基本原理基本原理n汽车总线v汽车总线的应用17CAN基本原理基本原理nCAN标准vCAN与OSI参考模型p LLC,Logical Link Control逻辑链路控制逻辑链路控制p MAC,Medium Access Control媒介访问控制媒介访问控制p PLS,Physical Signaling Sublayer物理信令子层物理信令子层p PMA,Physical Medium Attachment物理介质连接物理介质连接p MDI,Medium Dependent Interface介质相关接口介质相关接口lCAL,CANopen(CiA)lDeviceNet(ODVA)lSDS(Honeywell)lNMEA-2000(NMEA)lJ1939(SAE)汽车和工业自汽车和工业自动化领域广泛动化领域广泛应用应用18CAN基本原理基本原理nCAN标准vCAN2.0版本q2.0A将将29位位ID视为错误视为错误q2.0B被动被动忽略忽略29位位ID的报文的报文q2.0B主动主动可处理可处理11位和位和29位两种位两种ID的报文的报文19CAN基本原理基本原理nCAN标准vISO11898pISO 11898-1：2003Road vehicles-Controller area network(CAN)-Part 1:Data link layer and physical signallingpISO 11898-2：2003Road vehicles-Controller area network(CAN)-Part 2:High-speed medium access unitpISO 11898-3：2006Road vehicles-Controller area network(CAN)-Part 3:Low-speed,fault-tolerant,medium-dependent interfacepISO 11898-4：2004Road vehicles-Controller area network(CAN)-Part 4:Time-triggered communicationpISO 11898-5Road vehicles-Controller area network(CAN)-Part 5:High-speed medium access unit with low-power mode20CAN基本原理基本原理nCAN标准v拓扑结构21CAN基本原理基本原理nCAN节点硬件电路框图微控制器、CAN控制器、CAN收发器22CAN基本原理基本原理nCAN标准v拓扑结构终端电阻终端电阻的的替代形式替代形式高速高速CAN低速、容错低速、容错CAN23CAN基本原理基本原理nCAN标准v总线电平差分电差分电压压24CAN基本原理基本原理nCAN标准v总线电平低速、容错低速、容错CAN电平电平单线单线CAN电平电平高速高速CAN电平电平CAN逻辑表示逻辑表示差分电差分电压压隐性表示隐性表示1，显性表示，显性表示025CAN基本原理基本原理nCAN的总线访问v“线与”机制q“显性显性”位可以覆位可以覆盖盖“隐性隐性”位；只位；只有所有节点都发送有所有节点都发送“隐性隐性”位，总线位，总线才处于才处于“隐性隐性”状状态态q节点在发送报文时节点在发送报文时进行进行回读回读q通过通过ID仲裁仲裁，ID数数值越小，报文优先值越小，报文优先级越高级越高，占有总线，占有总线优先级优先级最高最高26CAN基本原理基本原理nCAN的总线访问v非破坏性仲裁q任何节点在任何节点在总总线空闲线空闲时都能时都能发送报文发送报文q发送低优先级发送低优先级报文的节点退报文的节点退出仲裁后，在出仲裁后，在下次总线空闲下次总线空闲时时重发报文重发报文CSMA/DA27CAN基本原理基本原理nCAN的帧格式v数据帧携带从发送节点至接收节点的数据v远程帧向其他节点请求发送具有同一标识符的数据帧v错误帧节点检测到错误后发送错误帧v超载帧在先行的和后续的数据帧（或远程帧）之间附加一段延时通常不用v帧间空间数据帧（或远程帧）通过帧间空间与前述的各帧分开28CAN基本原理基本原理nCAN错误检测 1）循环冗余检查(CRC)2）帧检查(格式检查)3）应答错误4）总线检测(位检测)5）位填充 29CAN基本原理基本原理n错误检测vCRC检测CRC错误q节点计算的节点计算的CRC序列与接收到的序列与接收到的CRC序列不同序列不同v格式检测格式错误q固定格式位场（如固定格式位场（如CRC界定符、界定符、ACK界定符、帧界定符、帧结束等）含有一个或更多非法位结束等）含有一个或更多非法位vACK检测ACK错误 q发送节点在发送节点在ACK位期间未检测到位期间未检测到“显性显性”位位CRC检测检测位检测位检测填充检测填充检测格式检测格式检测ACK检测检测30CAN基本原理基本原理n错误检测v位检测位错误q节点检测到的位与自身送出的位数值不同节点检测到的位与自身送出的位数值不同q仲裁或仲裁或ACK位期间送出位期间送出“隐性隐性”位，而检测到位，而检测到“显性显性”位不导致位错误位不导致位错误v填充检测填充错误q在使用位填充编码的帧场（帧起始至在使用位填充编码的帧场（帧起始至CRC序列）序列）中，不允许出现六个连续相同的电平位中，不允许出现六个连续相同的电平位填充检测填充检测位检测位检测31CAN总线的国内外发展现状总线的国内外发展现状国外发展现状：u在欧美，CAN总线技术发展应用已十分成熟，大部分汽车制造商，如宝马、保时捷、劳斯莱斯、大众、沃尔沃、雷诺等都已经使用了CAN总线。u支持CAN协议的有英特尔、摩托罗拉、惠普、西门子、M I CROCH IP、NEC、SI L I ON I等著名公司，硬件、软件配套十分完善。32CAN总线的国内外发展现状总线的国内外发展现状国内发展现状u国内较早研究 CAN总线的有北京航空航天大学、清华大学、中国汽车技术研究中心等单位，不过目前的研究还处于不完善阶段。u研制生产CAN元器件的厂家很少，具有自主知识产权的专用芯片更少。33CAN总线的国内外发展现状总线的国内外发展现状国内主要CAN总线研发生产的企业概况：u厦门汉纳森：“一线模块“配装陕汽失败，核心技术人员流失；u哈尔滨威帝：研发能力较强，三级CAN总线系统（既全车总线系统）获得国科技部专项资金支持北京公交在客车市场占有一定份额，但竞争激烈，产品并不能很好的实现量产；34CAN总线的国内外发展现状总线的国内外发展现状u浙江中科正方：研发实力雄厚，产品配套于北京奥运会纯电动车，北京公交双源无轨电动车，清华大学“清能1号”混合动力客车。但可靠性是其瓶颈，企业现已经向汽车仪表生产过渡；u北京恒润：CAN/LIN总线技术在国内较领先，培训业务发展迅速，但是生产研发现境窘迫；u济南优耐特：国内第一家自主研发、生产，并完成大批量产业化装车的智能汽车车身电子控制/数字化仪表系统的供应商。产品应用于中国重汽：斯太尔王和HOWO苏州金龙。最大问题是产品不良率太高，企业遭受重创。35车辆车辆CAN总线关键技术及发展现状总线关键技术及发展现状 CAN总线关键技术主要包含两方面：硬件和软件。硬件:微控制器、CAN控制器和CAN收发器。软件:节点控制程序和CAN总线网络应用层协议。微控制器:4位、8位、16位、32位和64位 CAN控制器和收发器:20多家生产商，110多种产品 36车辆车辆CAN总线关键技术及发展现状总线关键技术及发展现状 CAN控制器主要有四类：独立CAN控制器飞利浦公司的SJA1000独立CAN控制器单片机集成CAN控制器NXP公司的单片机P87C591集成CAN控制器DSP集成CAN控制器TI公司集成CAN控制器功能的TMS320C28X系列DSPARM集成CAN控制器TI公司S2000系列的集成CAN控制器功能的ARM芯片。37车辆车辆CAN总线关键技术及发展现状总线关键技术及发展现状 CAN应用层协议：1）CiACAL、2）CiACANOpen、3）ODVA DeviceNet、4）Honeywell SDS、5）Kvaser CANKingdom，6）SAE J1939。38车辆车辆CAN总线关键技术及发展现状总线关键技术及发展现状 汽车CAN总线的研究重点：针对具体的车型开发ECU的硬件和应用层的软件，并构建车内网络，需要解决的关键技术问题有：1、总线传输信息的速率、容量、优先等级、节点容量等技术问题；2、高电磁干扰环境下的可靠数据传输；3、确定最大传输时的延时大小；4、网络的容错技术；5、网络的监控和故障诊断功能；6、实时控制网络的时间特性；7、安装与维护中的布线；8、网络节点的增加与软硬件更新(可扩展性)。39车辆车辆CAN总线电磁兼容设计总线电磁兼容设计 由于CAN总线应用环境比较恶劣，汽车内的点火系统等都会产生较大的干扰。因此除了完善CAN总线的功能外，还应该有较强的抗干扰能力。主要措施：1）光电隔离电路 2）电源隔离 3）上拉电阻 4）总线阻抗匹配 5）其它抗干扰措施 40CAN基础基础谢 谢