常用车载网络系统(CAN).ppt

常用车载网络系统 沈鸿星 Shen Hongxing 襄阳职业技术学院 Xiangyang Vocational and Technical College 2014.9,车用网络在汽车上的应用大致可以分为哪4个系统？,复习测试,车载网络在汽车上的应用大致可以分为： 动力传动系统 车身系统 安全系统 信息系统。,复习测试,CAN总线,1,VAN系统,3,LIN总线,2,学 习 内 容,LAN系统,4,车载蓝牙系统,6,MOST总线,5,2.1 CAN总线的工作原理,CAN是Controller Area Network（控制器局域网）的缩写，是国际标准化的串行通信协议。目前，CAN总线是汽车网络系统中应用最多、也最为普遍的一种总线技术。,1.CAN总线的特点, 多主通信，控制单元间的数据交换都在同一平台上进行。这个平台称为协议，CAN总线起到数据交换“高速公路”的作用。,图2-19 控制单元间的数据交换都在同一平台上进行,图2-20 CAN总线相当于数据交换的“高速公路”, 可以很方便地实现用控制单元来对系统进行控制，如发动机控制、变速器控制、ESP控制等。, 可以很方便地加装选装装置，为技术进步创造了条件，为新装备的使用埋下了伏笔。,CAN总线是一个开放系统，可以与各种传输介质进行适配，如铜线和光导纤维（光纤）。, 对控制单元的诊断可通过K线来进行，车内的诊断有时通过CAN总线来完成（如安全气囊和车门控制单元），称为“虚拟K线”。随着技术的进步，今后有逐步取消K线的趋势。, 可同时通过多个控制单元进行系统诊断。,2. CAN总线的结构特点,可靠性高； 使用方便； 数据密度大； 数据传输快； 采用双线传输，抗干扰能力强，数据传输的可靠性高。,3.CAN总线的传输速率,目前，CAN总线系统中的信号是采用数字方式经铜导线传输的，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，并将CAN总线系统分为三个专门的系统：, 驱动CAN总线（高速），亦称动力CAN总线，其标准传输速率为500Kbit/s，可基本满足实时要求，主要用于发动机、变速器、ABS、转向助力等汽车动力系统的数据传输。, 舒适CAN总线（低速），其标准传输速率为100 Kbit/s，主要用于空调系统、中央门锁（车门）系统、座椅调节系统的数据传输。, 信息CAN总线（低速），其标准传输速率为100Kbit/s，主要用于对时间要求不高的领域，如导航系统、组合音响系统、CD转换控制等。,4.CAN总线的自诊断功能,控制单元具有自诊断功能，通过自诊断功能还可识别出与CAN总线相关的故障。,用诊断仪读出CAN总线故障记录之后，即可按这些提示信息按图索骥、顺藤摸瓜，快速、准确地查寻并排除故障。,控制单元内的故障记录用于初步确定故障，还可用于读出排除故障后的无故障说明，即确认故障已经被排除。如果想要更新故障显示内容，必须重新起动发动机。,CAN总线正常工作的前提条件是车辆在任何工况均不应有CAN总线故障记录。,2.2.2 CAN总线的组成,1.CAN总线的基本系统,CAN总线的基本系统由多个控制单元和两条数据线组成，这些控制单元通过所谓收发器（发射-接收放大器）并联在总线导线上。,图2-21 CAN总线的数据传输与公交车载运乘客相似,CAN总线系统采用双绞线进行数据传输。这两根导线中，一根称为CAN-High导线，另一根导线称为CAN-Low导线。,在双绞线上，信号是按相反相位传输的，这样可有效抑制外部干扰。,图2-22 CAN总线的双绞线,2.信息的发送与接收,CAN数据总线在发送信息时，每个控制单元均可接收其他控制单元发送出的信息。在通信技术领域，也把该原理称为广播。,图2-26 单线CAN总线数据传输示意图,图2-27 CAN总线上的信息交换（广播原理）,3. CAN数据总线传输的数据类型,CAN数据总线所传输的数据有4种类型：,数据帧、远程帧、错误帧和过载帧,3. 1 CAN总线的数据帧,数据帧的每条完整信息由7个域构成，信息最大长度为108 bit。在两条CAN导线上，所传输的数据内容是相同的，但是两条导线的电压状态相反。, 开始域。开始域（长度为1bit）标志数据开始，CAN-High导线的电压大约为5V（具体数值视系统而定），CAN-Low导线的电压大约为0 V。, 仲裁域。仲裁域（长度为11bit）用于确定所传数据的优先级。如果在同一时刻有两个控制单元都想发送数据，则优先级高的数据先行发出。, 控制域。控制域（长度为6bit）用于显示数据区中的数据数量，以便让接收器（接收数据的控制单元）检验自己接收到的、来自发送器（发送数据的控制单元）的数据是否完整。, 数据域。数据与（长度不确定，视具体情况而定，最大长度为64bit）是信息的实质内容。,安全域。安全域（长度为16bit）用于检验数据在传输中是否出现错误。, 应答域。应答域（长度为2bit）是数据接收器发给数据发送器的确认信号，表示接收器已经正确、完整地收到了发送器发送的数据。如果检测到在数据传输中出现错误，则接收器会迅速通知发送器，以便发送器重新发送该数据。, 结束域。结束域（长度为7bit）标志着数据的结束。,3.2 远程帧,远程帧的功能是将数据请求从发送器传到接收器。通过发送远程帧，作为某数据接收器的控制单元会对不同的数据传送进行初始化设置。 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,2.3 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1个域为不同控制单元提供错误标志的叠加，第2个域是错误界定符。 错误标志包括主动错误标志和被动错误标志两种形式。,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。,2.4 过载帧,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的域。如果“错误被动”的控制单元已作为前一数据的发送器时，则其帧间空间除了间歇域、总线空闲域外，还包括挂起传送域。间歇域包括3个“隐性”位，间歇期间所有的控制单元均不允许传送数据帧或远程帧，唯一要做的是标志一个过载条件,2.4 帧间空间,4 CAN总线系统元件的功能,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。,1.K-线,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），属于诊断用的通讯线。,2.控制单元,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。,图2-29 CAN总线系统元件,3.CAN构件,CAN构件用于数据交换，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。,图2-30 邮局收发邮件,4.收发器,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（发送导线）或RX-线（接收导线）与CAN构件相连。RX-线通过一个放大器直接与CAN总线相连，并总是在监听总线信号。,1）收发器的特点,表2-2 收发器内晶体三极管的状态与总线电平之间的对应关系,图2-31 收发器的TX-线与总线的耦合,2）多个收发器与总线导线的耦合,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。,表2-3 收发器开关的状态与总线电平的逻辑关系,图2-32 3个收发器接到一根总线导线上,2.2.4 CAN总线的数据传输过程,1.信息格式的转换,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。,发动机转速值按协议被转换成标准的CAN信息格式。,状态区（标识符）=发动机_1，数据区（信息内容）=发动机转速（即发动机转速为xxx 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。,图2-33 发动机转速值按协议被转换成标准的CAN信息格式,2.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（举起的小旗）显示出来请求发送信息。,只有总线处于空闲状态时，控制单元才能向总线上发送信息。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。,如果在某一时间段内，总线电平一直为1（总线一直处于无源状态），则说明总线处于空闲状态。,图2-34 总线状态查询,3.发送信息,如果总线空闲下来，发动机信息就会被发送出去。,图2-35 信息发送过程,4.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。,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。,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（Cycling Redundancy Check，略作CRC）。,如图2-38所示，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。,图2-37 确认信息已经妥收,图2-38 监控层对信息进行监控,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，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。,5.冲突仲裁,如果多个控制单元同时发送信息，那么数据总线上就必然会发生数据冲突。为了避免发生这种情况，CAN总线具有冲突仲裁机制。,按照信息的重要程度分配优先权，确保优先权高的信息能够优先发送。,（1）每个控制单元在发送信息时通过发送标识符来标识信息类别，信息优先权包含在标识符中。,（2）所有控制单元都通过各自的RX-线来跟踪总线上的一举一动并获知总线状态。,（3）每个控制单元的发射器都将TX-线和RX-线的状态一位一位地进行比较（它们可以不一致）。,图2-40 避免数据冲突的仲裁过程,小 结,1. CAN是Controller Area Network（ ）的缩写，是国际标准化的串行通信协议。,小 结,1. CAN是Controller Area Network（控制器局域网）的缩写，是国际标准化的串行通信协议。,小 结,2. CAN总线的特点：主从通信、多主通信 ？,小 结,2. CAN总线的特点：多主通信。,小 结,3.CAN总线的基本系统由多个控制单元和 组成。,小 结,3.CAN总线的基本系统由多个控制单元和两条数据线组成。,小 结,4.CAN总线系统采用双绞线进行数据传输。这两根导线中，一根称为CAN- 导线，另一根导线称为CAN- 导线。,小 结,4.CAN总线系统采用双绞线进行数据传输。这两根导线中，一根称为CAN-High导线，另一根导线称为CAN-Low导线。,小 结,4.数据帧的每条完整信息由 个域构成，信息最大长度为108 bit。在两条CAN导线上，所传输的数据内容是相同的，但是两条导线的电压状态 。,小 结,4.数据帧的每条完整信息由7个域构成，信息最大长度为108 bit。在两条CAN导线上，所传输的数据内容是相同的，但是两条导线的电压状态相反。,小 结,5. CAN总线系统元件主要由 、控制单元、CAN构件、收发器等组成。,小 结,5. 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。,复习思考题,1.简述CAN总线的数据传输原理。,2.CAN总线采用何种技术措施来消除外界干扰？,Thanks!,