CAN總線調(diào)試任務一調(diào)研分析CAN總線汽車線控底盤與智能控制1任務引入Tasktointroduce在汽車中，從行駛、制動、轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)到安全系統(tǒng)以及舒適性能系統(tǒng)都使用到CAN總線。線控底盤使用了線(電信號)的形式來取代傳統(tǒng)的機械、液壓或氣動等形式的連接，了解CAN總線是每一名測試工程師的基本功。03CAN總線應用場景02CAN總線特點01CAN總線發(fā)展歷程與定義目錄CONTENTS新

授NewTeachingCAN總線發(fā)展歷程與定義01CAN是控制器局域網(wǎng)絡(ControllerAreaNetwork)的簡稱,是20世紀80年代初德國博世(Bosch)公司為解決現(xiàn)代汽車中眾多控制單元、測試儀器之間的實時數(shù)據(jù)交換而開發(fā)的一種通信總線。最初CAN總線被設計為汽車環(huán)境中的微控制器之間的通訊工具，可在各個電子控制單元ECU(EIectricControlUnit)節(jié)點之間交換信息，形成汽車電子控制網(wǎng)絡。目前在國際上，CAN總線是在汽車上應用最多、最為普遍的一種總線技術(shù)。1.CAN的定義CAN總線發(fā)展歷程與定義011.CAN的歷史時間事件1986年Bosch在汽車工程師協(xié)會（SAE）大會公布CAN通訊協(xié)議1987年英特爾（Intel）和飛利浦（Philips）先后推出CAN控制器芯片1991年Bosch頒布CAN2.0技術(shù)規(guī)范，在原基礎(chǔ)上進行了升級1993年ISO（國際標準化組織）頒布CAN國際標準ISO-118981994年SAE頒布基于CAN的J1939標準1995年發(fā)布了經(jīng)過完全修訂的CANopen通信配置文件，并在短短五年內(nèi)成為歐洲最重要的標準化嵌入式網(wǎng)絡2012年博世與其他CAN專家合作，預先開發(fā)了CANFD規(guī)范，該規(guī)范于2012年在德國哈姆巴赫城堡舉行的第13屆國際CAN會議上正式推出2018年德國CiA（CANinAutomation）協(xié)會開始開發(fā)第三代基于CAN的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議CANXL2020年由于疫情取消了國際CAN會議的執(zhí)行，2020年的國際CAN會議改為線上舉行，主題是CANXL。CANXL速度提升至10Mbps，同時保持CAN協(xié)議的優(yōu)勢以及與CAN和CANFD的兼容性。CAN總線是一種控制器之間數(shù)據(jù)交換的數(shù)據(jù)通信協(xié)議，它是一種多主總線(即在網(wǎng)絡上的各個節(jié)點，誰都不是主機，誰都可以主動發(fā)起通信)，通信介質(zhì)可以是雙絞線、同軸電纜或光纖。通信速率最高可達1Mb/s。02CAN總線特點2.CAN總線特點CAN為多主方式工作,網(wǎng)絡上任意一個節(jié)點均可在任意時刻主動地向網(wǎng)絡上其他節(jié)點發(fā)送信息，而不分主機和從機。CAN節(jié)點只需要通過對報文的標識符濾波即可實現(xiàn)點對點、一點對多點及全局廣播等幾種方式傳送接收數(shù)據(jù)。02CAN總線特點1.多主控制CAN總線具有無可比擬的優(yōu)越性。它具有以下顯著特點:2.多種方式傳送接收數(shù)據(jù)CAN的直接通信距離最遠可達10km(速率5kbps以下)。CAN的每信息都有CRC(循環(huán)冗余碼)校驗及其他檢錯措施，具有極好的檢錯效果。02CAN總線特點3.低速CAN的通信距離遠CAN總線具有無可比擬的優(yōu)越性。它具有以下顯著特點:5.具有檢錯措施報文采用短幀結(jié)構(gòu)，傳輸時間短，受干擾概率低，保證了數(shù)據(jù)出錯率極低。4.采用短幀結(jié)構(gòu)CAN節(jié)點在錯誤嚴重的情況下具有自動關(guān)閉輸出功能，以使總線上的其它節(jié)點的操作不受影響。6.節(jié)點錯誤后自關(guān)閉CAN總線應用場景03汽車上的網(wǎng)絡連接方式需采用兩條CAN總線：一條用于驅(qū)動系統(tǒng)的高速CAN總線，速率達到500kbit/s;另一條用于車身系統(tǒng)的低速CAN總線，速率為10kbit/s。高速CAN總線主要連接發(fā)動機、自動變速器等對通信實時性有較高要求的系統(tǒng);低速CAN總線主要連接燈光、電動車窗、自動空調(diào)及信息顯示系統(tǒng)等，多為低速電動機和開關(guān)量器件，對實時性要求低而數(shù)量眾多。不同速度的CAN網(wǎng)絡之間通過網(wǎng)關(guān)連接。1.CAN總線的應用實例CAN總線應用場景03對汽車CAN總線上的信號進行采集時，需要確定所采集的信號處于哪個CAN網(wǎng)絡中，以便于設置合適的CAN通道波特率。如下圖所示。CAN總線應用場景032.CAN總線技術(shù)在乘用車上的應用（1）在國產(chǎn)車中：CAN總線技術(shù)在長安汽車上的應用長安汽車某車型主要應用兩條CAN總線，按照傳輸速度區(qū)分為高速網(wǎng)絡和中速網(wǎng)絡。高速總線主要用于安全輔助系統(tǒng)單元、發(fā)動機電子控制系統(tǒng)單元、ABS(防抱死制動控制系統(tǒng))控制單元等。中速總線主要用于安全氣囊控制單元、收音機控制單元、導航系統(tǒng)控制單元、顯示單元等。CAN總線應用場景032.CAN總線技術(shù)在乘用車上的應用CAN總線技術(shù)在長安汽車上的應用CAN總線應用場景032.CAN總線技術(shù)在乘用車上的應用（1）在合資車中：CAN總線術(shù)在奧汽車上的應用奧迪汽車某車型應用三條CAN總線，按照功能模塊來區(qū)分為驅(qū)動總線、舒適總線、顯示(信息娛樂)總線來控制。驅(qū)動總線主要用于控制和監(jiān)測發(fā)動機控制單元、自動變速箱控制單元、安全氣囊控制單元等。舒適總線主要用于控制和監(jiān)測空調(diào)控制單元、輪胎壓力監(jiān)控控制單元、電動門窗控制單元、電動座椅控制單元等。CAN總線應用場景032.CAN總線技術(shù)在乘用車上的應用顯示(信息娛樂)總線主要用于控制和監(jiān)測車載電話控制單元、收音機控制單元、導航系統(tǒng)控制單元等。如圖所示。CAN總線應用場景033.CAN總線技術(shù)在電動車上的應用特斯拉電動汽車某車型應用五條CAN總線，分別為ThermalCAN、PTCAN、CHCAN、BodyFTCAN、BodyCAN。ThermalCAN主要用于監(jiān)測和控制汽車空調(diào)壓縮機控制單元。PTCAN主要用于監(jiān)測和控制汽車驅(qū)動控制單元。CHCAN主要用于監(jiān)測和控制汽車儀表單元于胎壓單元。BodFTCAN主要用于監(jiān)測和控制汽車車內(nèi)溫度控制單元。BodyCAN主要用于監(jiān)測和控制汽車車身單元。CAN總線應用場景033.CAN總線技術(shù)在電動車上的應用CAN總線在特斯拉電動汽車某車型上的應用CAN總線應用場景034.CAN總線技術(shù)在某一體化泵車工程車上的應用一體化泵車工程車輛底盤電氣系統(tǒng)主要應用三種CAN總線,分別為：動力CAN總線車身CAN總線上裝CAN總線動力現(xiàn)場總線主要用于控制和監(jiān)測模塊ABS、自動變速箱模塊、發(fā)動機控制模塊等。車身CAN總線主要用于控制和監(jiān)測總線儀表模塊、視頻機模塊、中央控制模塊等。上裝CAN總線如圖主要用于控制和監(jiān)測SYMC模塊。CAN總線應用場景034.CAN總線技術(shù)在某一體化泵車工程車上的應用CAN總線在一體化泵車工程車輛上的應用CAN總線應用場景035.CAN總線技術(shù)在智能網(wǎng)聯(lián)汽車上的應用傳統(tǒng)的汽車網(wǎng)絡架構(gòu)主要是由CAN總線組成，車內(nèi)分布式電控單元ECU按照功能劃分為動力總成、車身控制、輔助駕駛等總線區(qū)域;車窗、車燈、天窗等則通過LIN總線接入CAN網(wǎng)絡。在新一代智能網(wǎng)聯(lián)車的浪潮下，隨著車載ECU的與日倍增以及處理器運算能力和硬件的高速發(fā)展，連接ECU的網(wǎng)絡需要更大的帶寬，這一需求遠超CAN等傳統(tǒng)車載網(wǎng)絡的容量極限。因此,比較明確的趨勢是向CANFD過渡,CANFD提供了64字節(jié)的數(shù)據(jù)吞吐量以及最高5Mbps的傳輸速率。由于車載以太網(wǎng)具有高帶寬、低延遲、低成本的特性,在新一代整車架構(gòu)中將替代CAN總線成為優(yōu)選網(wǎng)絡架構(gòu)。03線控底盤控制技術(shù)工作原理與控制如圖所示，以車載以太網(wǎng)作為骨干網(wǎng)絡,將核心域控制器(動力總成、車身、娛樂、ADAS)連接在一起。各個域控制器在實現(xiàn)專用的控制功能的同時，還提供強大的網(wǎng)關(guān)功能。在各個域控制器的下方，各部件之間通訊通過CANFD來實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。新一代智能汽車網(wǎng)絡架構(gòu)感謝觀看汽車線控底盤與智能控制CAN總線調(diào)試任務二連接調(diào)試CAN總線汽車線控底盤與智能控制1任務引入TasktointroduceCAN總線相當于汽車的“神經(jīng)系統(tǒng)”，人的神經(jīng)系統(tǒng)出了問題，人就會癱瘓。相同的，CAN總線出現(xiàn)問題，汽車就有可能失控。因此，對CAN總線進行正確的連接與調(diào)試是必要的，這也是每一位線控底盤測試工程師經(jīng)常接觸到的一項工作任務。03CAN總線波特率02CAN總線電壓特性01CAN總線線束定義與特點目錄CONTENTS新

授NewTeachingCAN總線線束定義與特點01CAN總線線束是由一條CAN_H線與一條CAN_L組成的數(shù)據(jù)傳輸總線。1.CAN總線線束的定義CAN總線線束定義與特點01線纜由最開始昂貴的同軸電纜逐步變化到技術(shù)上容易實現(xiàn)、造價低廉的雙絞型電纜。在總線線束上，理論上線束的節(jié)點數(shù)無限制并且線束應該對環(huán)境電磁輻射有一定抑制能力。線纜能夠最大限度的滿足CAN網(wǎng)絡5Kbps~1Mbps的傳輸速率。目前，采用雙絞線的CAN總線分布式系統(tǒng)已得到廣泛應用，如汽車電子、電梯控制、電力系統(tǒng)、遠程傳輸?shù)取?.CAN總線線束的特點使用非屏蔽雙絞線作為物理層，只需要有2根線纜作為信號線(CAN_H、CAN_L)傳輸除需要2根信號線的連接以外，還要注意在同一網(wǎng)段中的屏蔽層單點接地問題。確保不要在干擾源附近布置CAN總線。如果不得不這樣做，應該使用屏蔽電纜。支線必須短，使用適當?shù)碾娎|類型，必須確定電纜的電壓衰減大小，使用電壓衰減較小的線纜。線束由導線、端子、護套、卡扣、包覆材料等組成。01CAN總線線束定義與特點3.CAN總線線束的選擇1）導線導線按標準分類基本上分為國標QVR，日標AVX，AVSS，德標FLRY，美標GPT等幾類，其中AVX為汽車用耐熱低壓電纜，AVSS為汽車用薄壁絕緣低壓電纜。常用導線如圖所示。CAN總線線束定義與特點012）護套護套主要起到兩個線束對接或者線束和用電器直接連接的作用，并且對端子起到保護、防水的作用。常用護套如圖所示。CAN總線線束定義與特點013）卡扣雖然線束卡扣在線束中比重不大，但是作用很關(guān)鍵。作為一個柔性的材料，線束自身無法控制它的形狀，裝車完成后如果沒有卡扣來進行固定，極易和周邊零部件發(fā)生干涉等問題。卡扣一般情況下為圓形卡扣，根據(jù)適配的孔徑大小、板材厚度分為不同的型號。常用卡扣如圖所示。CAN總線線束定義與特點014）包裹材料線束的包覆材料起到耐磨、阻燃、防腐燭、防止干擾、降低噪聲和美觀的作用。一般分為膠帶PVC管，波紋管和布基膠帶。常用包裹材料如圖所示。CAN總線線束定義與特點01CAN總線電壓特性021.CAN_H線和CAN_L線在高速CAN時，當報文進行傳輸時，CAN_H由2.5V變換到3.5V,CAN_L由2.5V變化到15V。在低速容錯CAN時,當報文進行傳輸時,CAN_H由OV變換到3.5V，CAN_L由5V變化到1.5V。（1）CAN總線在沒有節(jié)點傳輸報文時是一直處于隱性狀態(tài)。當有節(jié)點傳輸報文時顯性覆蓋隱性，由于CAN總線是一種串行總線，也就是說報文是一位一位的傳輸?shù)模沂菙?shù)字信號(0和1).1代表隱性，0代表顯性。在傳送報文的過程中是顯隱交替的，就像二進制數(shù)字0101001等，這樣就能把信息發(fā)送出去，而總線空閑的時候是一直處于隱性的。(2)在隱性狀態(tài)時，這兩條導線上作用有相同預先設定值，該值稱為靜電平。對于CAN驅(qū)動數(shù)據(jù)總線來說，這個值大約為2.5V，即CAN_H線和CAN_L線上的電壓都大約為2.5V。靜電平也稱為隱性狀態(tài)，因為連接的所有控制單元均可修改它。02CAN總線電壓特性2.CAN總線的電壓變化CAN總線電壓特性022.CAN總線的電壓變化(3)在顯性狀態(tài)時，CAN_H線上的電壓值會升高一個預定值(對CAN驅(qū)動數(shù)據(jù)總線來說這個值至少1V)。而CAN_L線上的電壓值會降低一個同樣值(對CAN驅(qū)動數(shù)據(jù)總線來說，這個值至少為1V)。于是在CAN驅(qū)動數(shù)據(jù)總線上，CAN_H線就處于激活狀態(tài)，其電壓不低于3.5(2.5V+1V=3.5V)，而CAN_L線上的電壓值最多可降至1.5V(2.5V-1V=1.5V)。因此在隱性狀態(tài)時，CAN_H線與CAN_L線上的電壓差為0V，在顯性狀態(tài)時該差值最低為2V。CAN總線波特率03波特率(Baud)表示單位時間內(nèi)傳送的碼元的數(shù)目。CAN總線波特率的多少就代表著該CAN總線的數(shù)據(jù)傳輸速度的快慢。想要讓兩個CAN總線設備連接并通信的話，它們的波特率數(shù)值必須致，否則無法正常通訊。一條CAN總線系統(tǒng)，它的波特率數(shù)值大小還會受通訊距離遠近的影響，距離越遠波特率數(shù)值一般越小。1.CAN總線波特率定義CAN總線波特率032.常見的數(shù)制關(guān)系（1）數(shù)與數(shù)制進位計數(shù)制是一種計數(shù)的方法。在日常生活中，人們使用各種進位計數(shù)制。例如，六十進制(1h=60min，1min=60s)，十二進制(1英尺=12英寸，1年=12月)等。在計算機中，二進制計數(shù)得到了廣泛使用。為便于人們閱讀及書寫，八進制計數(shù)和十六進制計數(shù)常用來表示二進制計數(shù)。任意一個十進制數(shù)可以用位權(quán)表示，位權(quán)就是某個固定位置上的計數(shù)單位。（2）不同數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換將十進制整數(shù)轉(zhuǎn)換為二進制整數(shù)、十六進制整數(shù)時，分別用基數(shù)2、16連續(xù)去除該十進制數(shù)，直至商等于“0”為止，然后逆序排列得到的余數(shù)，即為轉(zhuǎn)換結(jié)果。如圖所示，將十進制轉(zhuǎn)化成二進制。CAN總線波特率032.常見的數(shù)制關(guān)系CAN總線波特率032.常見的數(shù)制關(guān)系將二進制數(shù)轉(zhuǎn)換為十六進制數(shù)時，先從小數(shù)點開始分別向左和向右將每4位二分成1組，最后不足位數(shù)的補0，然后每組用1位十六進制數(shù)表示即可得到結(jié)果。如圖所示，將二進制轉(zhuǎn)化成十六進制。（1）位(bit)位是計算機所能表示的最基本、最小的數(shù)據(jù)單元。計算機采用二進制數(shù)，所以位就是一個二進制位，它有兩種狀態(tài)“0”和“1”。不同的二進制位組合就可以表示不同的數(shù)據(jù)、字符等信息。(2)字(Word)和字長字是計算機內(nèi)部進行數(shù)據(jù)處理的基本單位，通常它與計算機內(nèi)部的寄存器、算術(shù)邏輯單元、數(shù)據(jù)總線寬度一致。計算機的每一個字所包含的二進制位數(shù)稱為字長。03CAN總線波特率3.計算機中常用術(shù)語CAN總線波特率033.計算機中常用術(shù)語3.字節(jié)(Byte)把相鄰的8位二進制數(shù)稱為字節(jié)。字節(jié)長度是固定的，但不同計算機的字長是不同的。8位微計算機的字長等于1個字節(jié)，而16位微計算機的字長等于2個字節(jié)，32位微計算機的字長等于4個字節(jié)。目前為了表示方便，常把一個字節(jié)定為8位，把一個字定為16位，把一個雙字定為32位。位與字節(jié)的關(guān)系如圖所示。感謝觀看汽車線控底盤與智能控制CAN總線調(diào)試任務三解析調(diào)試CAN信號汽車線控底盤與智能控制1任務引入Tasktointroduce連接與調(diào)試CAN總線后的下一項工作就是解析與調(diào)試CAN信號，作為一名測試工程師，你準備給新員工講述CAN總線報文的格式，并協(xié)助他調(diào)試CAN信號03Intel與Motorola編碼格式02CAN總線報文信號發(fā)送01CAN總線報文格式解析目錄CONTENTS新

授NewTeachingCAN總線報文格式解析01報文(message)是網(wǎng)絡中交換與傳輸?shù)臄?shù)據(jù)單元，即站點一次性要發(fā)送的數(shù)據(jù)塊。報文包含了將要發(fā)送的完整的數(shù)據(jù)信息，其長短很不一致，長度不限且可變。報文是CAN總線上設備之間互相交流的語言，他們有固定的溝通規(guī)則，也就是CAN總線上發(fā)送的數(shù)據(jù)串。1.CAN總線報文CAN總線報文格式解析011.CAN總線報文如圖為CAN總線標準幀與擴展幀報文。CAN總線標識符一共有兩種，CAN總線的ID是指標識符。也就是一個CAN節(jié)點的地址或者說名字。網(wǎng)絡中識別某一節(jié)點的信息。標識符就是確定報文發(fā)送優(yōu)先級的，CAN總線是一種串行總線，總線上一次只能傳輸一則報文信息，如果同時有多個節(jié)點需要在總線上發(fā)送報文，通過標識符決定哪個先發(fā)送。01CAN總線報文格式解析（1）CAN總線標識符（2）標識符作用2.CAN總線標識符CAN總線報文格式解析013.CAN總線數(shù)據(jù)段CAN總線數(shù)據(jù)段可由數(shù)據(jù)長度碼與數(shù)據(jù)部分顯示：其中數(shù)據(jù)長度碼能夠顯示報文傳輸中報文數(shù)據(jù)的大小，數(shù)據(jù)部分能夠攜帶數(shù)據(jù)進行傳送，但數(shù)據(jù)內(nèi)容最多能夠攜帶8個字節(jié)。數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)長度對應表如下：數(shù)據(jù)長度數(shù)據(jù)0001字節(jié)0

0010字節(jié)0字節(jié)1

0011字節(jié)0字節(jié)1字節(jié)2

0100字節(jié)0字節(jié)1字節(jié)2字節(jié)3

0101字節(jié)0字節(jié)1字節(jié)2字節(jié)3字節(jié)4

0110字節(jié)0字節(jié)1字節(jié)2字節(jié)3字節(jié)4字節(jié)5

0111字節(jié)0字節(jié)1字節(jié)2字節(jié)3字節(jié)4字節(jié)5字節(jié)6

1000字節(jié)0字節(jié)1字節(jié)2字節(jié)3字節(jié)4字節(jié)5字節(jié)6字節(jié)7包括校驗位和界定符，校驗位包含15個位，界定符用于表示循環(huán)校驗的結(jié)束。校驗過程是通過循計算幾余校驗碼的方式實現(xiàn)的，CAN總線控制器內(nèi)部循環(huán)校驗的實現(xiàn)是基于多項式發(fā)生器和一個15位寄存器，其作用在于保證傳輸數(shù)據(jù)的正確性。01CAN總線報文格式解析（1）循環(huán)校驗段（2）循環(huán)校驗位的作用4.CAN總線循環(huán)校驗段CAN總線報文信號發(fā)送02發(fā)送事件報文：通常基于請求之后，車輛上的各個ECU向CAN總線發(fā)送報文。發(fā)送周期報文：基于事件型的總線通訊，一般也支持周期性發(fā)送。車輛上的各個ECU周期性的向CAN總線發(fā)送報文，周期型觸發(fā)通常用于發(fā)送狀態(tài)，發(fā)送周期通常為20ms、50ms、100ms、200ms等。1.總線事件報文與周期報文CAN總線報文信號發(fā)送022.CAN總線傳輸報文內(nèi)容發(fā)送端：我們需要對發(fā)送端進行設定，明確我們發(fā)送的是汽車哪一個ECU。消息標識符：寫出消息標識符的ID，以便能夠進行通信與仲裁機制的進行。跟其他總線一樣.CAN總線的通信也是通過一種類似于“會議”的機制實現(xiàn)的，只不過會議的過程并不是由一方(節(jié)點)主導，而是，每一個會議參加人員都可以自由的提出會議議題(多主通信模式)，二者對應關(guān)系如下表。會議局域網(wǎng)參會人員節(jié)點會議人員身份ID會議議題報文會議人員發(fā)言順序裁定仲裁CAN總線報文信號發(fā)送022.CAN總線傳輸報文內(nèi)容接上，工作原理對比如下圖所示：02CAN總線報文信號發(fā)送2.CAN總線傳輸報文內(nèi)容信號名稱：一個報文能夠攜帶多種信號，例如安全氣囊控制器狀態(tài)反饋監(jiān)測信號、剩余油量低報警信號、車速信號、安全帶信號等。編輯信號的名稱，以便系統(tǒng)對信號進行辨別。報文還包含其他必要信息：需要我們對報文中的內(nèi)容進行了解與設定。主要包含信息如表所示：發(fā)送端IPK（汽車儀表）消息標識符0X26D固定周期100ms信號名稱IPK-SpeedIPK-OilIPK-SafetyBeltIPK-Conditioner信號長度（bit）3454信號描述車輛車速顯示車輛油量顯示安全帶信號顯示空調(diào)設備顯示Intel與Motorola編碼格式03在進行CAN總線通信設計或者測試過程中,經(jīng)常看到CAN總線信號的編碼格式有兩種格式：Intel格式與Motorola格式。在編碼優(yōu)缺點上，Motorola格式與Intel格式并沒有優(yōu)劣之分，只不過根據(jù)設計者的習慣，由用戶自主選擇罷了。但是，對于使用者來講，在進行解析之前，就必須要知道編碼的格式是哪一種.否則，就不能保證正確地解析信號的含義。CAN總線報文的發(fā)送順序為首先發(fā)送sb，最后發(fā)送ms的方式為前提，介紹Intel格式與Motorola格式這兩種編碼方式的不同之處。1.CAN總線通信編碼傳輸規(guī)則03Intel與Motorola編碼格式1.Intel編碼格式當一個信號的數(shù)據(jù)長度不