1、汽車車載網絡系統CAN - Antrieb 500 kBaudCAN Komfort 100 kBaudCAN Infotainment 100 kBaud河北工業職業技術學院河北工業職業技術學院 閆炳強閆炳強2014-5-192014-5-19一、汽車總線技術的產生與發展一、汽車總線技術的產生與發展1.1.傳統的汽車線束連接方式傳統的汽車線束連接方式2.2. 汽車汽車CANCAN總線連接方式總線連接方式優點：優點：減少線束，節省空間，降低成本，資源共享，增加減少線束，節省空間，降低成本，資源共享，增加 可靠可靠性和可維修性。性和可維修性。3.3. 汽車總線的分類汽車總線的分類（1）A類網絡

2、面向傳感器執行器控制的低速網絡，數據傳輸速率通常只有110kbit/s。適用于對實時性要求不高的場合。主要應用于車身控制，如電動門窗、中央鎖、后視鏡、座椅調節、燈光照明及早期的汽車故障診斷。汽車防盜報警A類網絡系統3.3. 汽車總線的分類汽車總線的分類（2）B類網絡 面向獨立模塊間數據共享的中速網絡，傳輸速率一般為l0l00kbit/s。主要應用于電子車輛信息中心、故障診斷、儀表顯示、安全氣囊等系統，以減少冗余的傳感器和其他電子部件。B類CAN總線3.3. 汽車總線的分類汽車總線的分類（3）C類網絡 面向高速、實時閉環控制的多路傳輸，最高傳輸速率可達1Mbit/s，主要用于懸架控制、牽引控制、

3、先進發動機控制、ABS等系統。CAN總線的C類網絡系統3.3. 汽車總線的分類汽車總線的分類（4）D類網絡主要面向信息、多媒體系統等。D類網絡協議的速率為250kbit/s400Mbit/s。面向乘員的安全系統，應用于車輛被動安全性領域，位速率一般為25kbit/s10Mbit/s。D類網絡使用在信息多媒體系統中，多采用D2B、MOST光纖傳輸和IDB-Wireless無線通信技術。（一）（一） CAN總線硬件組成總線硬件組成二、二、 CAN總線系統的結構原理分析總線系統的結構原理分析 節點節點1節點節點2節點節點nCAN-H CAN-L CAN-BUS可掛可掛110110個個節節點點（一）（

4、一） CAN總線硬件組成總線硬件組成二、二、 CAN總線系統的結構原理分析總線系統的結構原理分析 1.1. CANCAN節點結構節點結構“大管家大管家”（1）數據采集、輸出控制；）數據采集、輸出控制；（2）初始化、讀）初始化、讀/寫寫CAN控制器控制器“智能郵箱（存儲器）智能郵箱（存儲器）”（1）供單片機）供單片機存、取存、取數據；數據；（2）驗收濾波）驗收濾波“轉換器轉換器”數字信號數字信號差分電壓差分電壓“高速公路高速公路”雙向、串行雙向、串行（一）（一） CAN總線硬件成總線硬件成二、二、 CAN總線系統的結構原理分析總線系統的結構原理分析 獨立CAN控制器SJA1000MSCAN模塊2

5、.2. CANCAN數據總線數據總線（一）（一） CAN總線硬件組成總線硬件組成二、二、 CAN總線系統的結構原理分析總線系統的結構原理分析 （一）（一） CAN總線硬件組成總線硬件組成二、二、 CAN總線系統的結構原理分析總線系統的結構原理分析 3.3. 數據傳遞終端數據傳遞終端 是一個電阻器，作用是防止數據在線端反射，并以回聲的形式返回，產生反射波而使數據遭到破壞。3.3. CANCAN總線的特點總線的特點良好的容錯能力 CAN總線采用“多元主控”的線性總線結構下，掛接多個相同優先級的ECU。可以避免在環型結構或星型結構中出現的某一個單元的失效而導致整個系統功能的崩潰的現象。 CAN總線上

6、的信息分成不同的優先級，可滿足不同的實時要求，高優先級的數據最多可在134微秒內實現快速傳輸。可靠的數據通訊質量 CAN總線的通訊速度可調，采用15位的循環冗余校驗碼確保數據傳輸質量，對數據幀結構和總線裁決均有嚴格的定義。方便的線束安裝 CAN總線線束只有四根，兩根電源線，兩根數據線，因此線束連接很方便，并大量減少了導線數量。3.3. CANCAN總線的特點總線的特點（二）（二） CAN總線數據傳輸總線數據傳輸二、二、 CAN總線系統的結構原理分析總線系統的結構原理分析 1.1. 傳輸數據的組成及功用傳輸數據的組成及功用開始域：開始域：標志數據開始傳遞，帶有大于5V電壓（由系統決定）的1位編碼

7、，被選人CAN高位傳輸線，帶有大約0v電壓的1位編碼被送入CAN低位傳輸線。狀態域：狀態域：狀態域用于判斷數據中的優先權。在狀態域中，有11位數字組成的編碼，其數據的組合形式決定了其優先權優先權數據報告狀態域形式1ABS/EDL控制單元001 1010 00002發動機控制單元010 1000 00003變速器控制單元100 0100 0000檢查域：檢查域：顯示在數據中所包含的信息項目數。數據域：數據域：信息被傳遞到其他控制單元。安全域：安全域：檢測傳遞數據中的錯誤。確認域：確認域：在確認域中，接收器接收信號并通知發送器，其所發信號已被正確接收；如果檢查到錯誤，接收器立刻通知發送器，發送器會

8、再發送一次數據。結束域：結束域：標志著數據報告結束，在這里是顯示錯誤并重復發送數據的最后一次機會。（二）（二） CAN總線數據傳輸總線數據傳輸二、二、 CAN總線系統的結構原理分析總線系統的結構原理分析 2.2. 數據傳遞原理數據傳遞原理1、 信號特征信號特征驅動系統的Canbus信號和邏輯信號：Can-High的高電平為：3.5伏Can-High的低電平為：2.5伏Can-Low 的高電平為: 2.5伏Can-low 的低電平為：1.5伏邏輯“1”：Can-high(3.5) Can-low=(1.5)邏輯“0”：Can-high(2.5) Can-low(2.5)（二）（二） CAN總線數

9、據傳輸原理總線數據傳輸原理二、二、 CAN總線系統的結構原理分析總線系統的結構原理分析 2、 數據總線的差動傳遞技術數據總線的差動傳遞技術CAN驅動數據總線的差動信號放大器2、 數據總線的差動傳遞技術數據總線的差動傳遞技術 CAN驅動數據總線差動信號放大器內的信號處理2、 數據總線的差動傳遞技術數據總線的差動傳遞技術CAN驅動數據總線差動信號放大器內的干擾過濾CANCAN總線電壓與數字信號之間的關系總線電壓與數字信號之間的關系CANCAN收發器收發器3.3. 數據傳送過程數據傳送過程節點節點1 1節點節點n？對方對方IDID號號+ +相關數據相關數據4.4. 節點的節點的IDID號號實時性要求

10、越高：實時性要求越高：IDID號越小，優先級越高。號越小，優先級越高。原理原理 ：多個節點同時向總線發送數據時，總線上的結果多個節點同時向總線發送數據時，總線上的結果是多個數據的是多個數據的“邏輯與邏輯與”值。值。節點節點A A發送數據發送數據: 0: 0節點節點B B發送數據：發送數據： 1 1 00顯性位顯性位11隱性位隱性位0 0優先級高！優先級高！ 如如: : 節點節點A A發送發送0 0，節點，節點B B發送發送1 1，總線上結果是，總線上結果是0&1=00&1=0。總線上顯示數據：總線上顯示數據： 0 05.5. 優先級競爭（仲裁）優先級競爭（仲裁）動力動力CANC

11、AN總線總線 自動變速器控制單元發送了自動變速器控制單元發送了1 1個低電位而檢測到個低電位而檢測到1 1個高電位，個高電位，那么它將失去優先權而轉為接收器。那么它將失去優先權而轉為接收器。6.6. 驗收濾波驗收濾波點對點、一點對多點點對點、一點對多點 通過設置通過設置CANCAN控制器內的驗收代碼寄存器（控制器內的驗收代碼寄存器（ACRACR）和驗收）和驗收屏蔽寄存器（屏蔽寄存器（AMRAMR）來實現。）來實現。ACR（ID）：）：1 0 0 1 0 1 1 0 2 AMR： 有關有關 有關有關 有關有關發送：發送：101+傳感器信號傳感器信號？接收接收 放棄放棄接收接收 接收接收放棄放棄

12、接收接收發送：發送：102+傳感器信號傳感器信號發送：發送：*+傳感器信號傳感器信號 AMR： 有關有關 無關無關 無關無關例：三個節點及例：三個節點及IDID號：號：A A（ 100100）、）、B B（101101）、）、C C（102102） 節點節點A A 節點節點B B 節點節點C CCAN-BUS（三）（三） CAN總線數據波形分析及檢測總線數據波形分析及檢測二、二、 CAN總線系統的結構原理分析總線系統的結構原理分析 3127546815423Dominant Rezessiv CAN-High 與 CAN-Low短路CAN-high對正極短路：CAN-high線的電壓電位被置于

13、12V。CAN-Low線的隱性電壓被置于大約12V。這是由于在控制單元的收發器內的CAN-high 和CAN-Low 的內部錯接引起 CAN-high 對地短路：CAN-High的電壓位于0V. CAN-Low的電壓也位于0V。可是在CAN-Low線上還能夠看到一小部分的電壓變化。 CAN-Low對地短路：CAN-Low的電壓大約為0V.CAN-High線的隱性電壓也被降至0V CAN-Low 對正極短路：兩條總線電壓都大約為12V。CAN-High斷路CAN-Low斷路三、三、 LIN總線網絡系統總線網絡系統 LIN（Local Interconnect Network）即局部連接網絡，）即

14、局部連接網絡，也被稱為也被稱為“局域網子系統局域網子系統”，即，即LIN總線是總線是CAN總線網絡下的總線網絡下的子系統，車上各個子系統，車上各個LIN總線系統之間的數據交換是由控制單元總線系統之間的數據交換是由控制單元通過通過CAN總線實現的總線實現的。 LIN總線是一種輔助的串行通信總線網絡，多用于不需要總線是一種輔助的串行通信總線網絡，多用于不需要CAN總線的帶寬和多功能的場合，總線的帶寬和多功能的場合，LIN的目標是為現有汽車的目標是為現有汽車網絡（例如網絡（例如CAN總線）提供輔助功能。總線）提供輔助功能。 LIN典型的應用是車上傳感器和執行器的聯網，屬于汽車典型的應用是車上傳感器和

15、執行器的聯網，屬于汽車上的上的A級網絡。級網絡。（一）（一）LINLIN總線概況總線概況LINLIN總線的特點（與總線的特點（與CANCAN總線區別）總線區別）（1）工作方式：）工作方式：LIN總線為總線為單主單主/多從多從方式；方式；CAN總線為總線為多主或主多主或主/從從方式。方式。（2）數據傳輸線：）數據傳輸線：LIN為為單線單線傳輸；傳輸；CAN為為雙線雙線傳輸。傳輸。（3）工作電壓：）工作電壓：LIN總線為總線為12V；CAN總線為總線為5V。（4）傳輸速率：）傳輸速率：LIN最高為最高為20kb/s，屬于屬于低速總線（低速總線（A類）類）；CAN最高為最高為1Mb/s，應用于汽車上

16、的屬于，應用于汽車上的屬于中速（中速（B類）、類）、高速（高速（C類）類）。（5）傳輸距離：）傳輸距離：LIN最長為最長為40m；CAN最長為最長為10km。（6）仲裁：）仲裁：LIN無需無需仲裁仲裁；CAN采用采用非破壞性仲裁技術非破壞性仲裁技術。（7）傳輸的數據長度：）傳輸的數據長度：LIN一幀信息中數據長度為一幀信息中數據長度為2、4或或8B；CAN一幀信息中數據長度為一幀信息中數據長度為08B。（8）標識符的位數：）標識符的位數：LIN有有6位位標識符；標識符；CAN有有11位或位或29位位標識符。標識符。（9）節點數：）節點數：LIN一般不超過一般不超過16個個；CAN最多最多110

17、個個。（10）傳輸線的顏色：）傳輸線的顏色：LIN主色為主色為紫色紫色；CAN主色為主色為橙色橙色。LINLIN總線的優點總線的優點（1）在在LIN系統中，加入新節點時，不需要其它從節點作任系統中，加入新節點時，不需要其它從節點作任何軟件或硬件的改動何軟件或硬件的改動。（2）整個網絡的配置信息只包含在主節點中，從節點可以自由整個網絡的配置信息只包含在主節點中，從節點可以自由地接入或脫離網絡而不會影響地接入或脫離網絡而不會影響LIN的網絡的網絡通信。通信。（3）從節點不需振蕩器就能實現同步，節省了從控制器部件從節點不需振蕩器就能實現同步，節省了從控制器部件的硬件成本的硬件成本。（4）基于通用基于

18、通用UART接口，幾乎所有微控制器都具備接口，幾乎所有微控制器都具備LIN必需必需的硬件，價格低廉、結構簡單的硬件，價格低廉、結構簡單。（二）（二） LIN總線的結構原理總線的結構原理一個一個主節點主節點，主節點可以執行主任務，主節點可以執行主任務（引起（引起LIN網絡網絡通信）通信）也可以執行從任務，總線上的信息傳送由主節也可以執行從任務，總線上的信息傳送由主節點控制。主節點連接在點控制。主節點連接在CAN總線上總線上。多個多個從節點從節點，從節點只能執行從任務，從節點只能執行從任務用于空調控制用于空調控制用于前部用于前部車頂模塊車頂模塊（1）主主節點（節點（主主控制單元）控制單元）奧迪奧迪

19、A6 LIN總線總線主控單元示意圖主控單元示意圖（二）（二） LIN總線的結構原理總線的結構原理（1）主主節點（節點（主主控制單元）控制單元）主控單元主控單元監控數據傳遞及其速率監控數據傳遞及其速率，發送信息標題發送信息標題（報文頭）報文頭）。主控制單元的軟件內已設定了一個周期，這個周期用于主控制單元的軟件內已設定了一個周期，這個周期用于決定何時將哪些信息發送到決定何時將哪些信息發送到LIN數據總線上多少次數據總線上多少次。主控主控單元在單元在LIN總線與總線與CAN總線之間起溝通作用總線之間起溝通作用(“翻譯翻譯”)，它是它是LIN總線系統中唯一與總線系統中唯一與CAN數據總線相連的控制單元數據總線相連的控制單元。通過通過LIN主控制單元主控制單元進行進行與之相連的與之相連的LIN從控制單元的從控制單元的自診斷自診斷。（二）（二） LIN總線的結構原理總線的結構原理 奧