車載網絡關鍵技術

CAN技術應用?

2023年4月7日，以“科技·進化”為主題的2023奇瑞汽車新能源之夜在北京水立方舉辦。?在“瑤光2025”戰略賦能下，奇瑞集團發布在新能源汽車領域的新戰略、新技術、新品牌、新產品，推出了135項新技術。?

奇瑞全棧自研的onebox線控制動技術，具有更高的集成度和能量回收效率，搭配RBU能夠滿足自動駕駛對高冗余的要求。令情景導入任務目標

知識目標：1.了解CAN總線的產生、發展歷程；2.掌握CAN

總線的組成和通信機制；

能力目標：

1.合理使用工具和儀器，測量CAN總線信號波形、診斷線路故障；

2.查閱技術文件，監聽、編制CAN總線報文；

素質目標：1.培養團隊協作等社會能力；2.培養科學探究精神和嚴謹工匠精神。20世紀中后期汽車發展隨著電子技術、信息技術的發展，汽車電控系統進入飛速發展階段。CAN總線的引入和優勢為解決上述問題，德國Bosch公司開發了CAN總線，其多主工作方式、抗干擾能力強等優點受到廣泛歡迎。一、CAN總線概述n20世紀中后期汽車電控系統發展背景傳統汽車電路模式問題傳統的點對點、單線制汽車電路模式產生諸多問題，如布線困難、檢修不便等。

3

2

1

一、CAN總線概述n

傳統點對點電控系統布線問題傳統汽車電控系統中，每個控制單元都需要與其它單元進行

物理連接，導致線路復雜、維護困難。點對點電控系統布線

問題數據共享和抗干擾能

力缺乏通信帶寬和掛載節點

數限制傳統電控系統的通信帶寬有限，且可掛載的節點數量較少，無法滿足現代汽車的需求。由于采用點對點的布線方式，各控制單元之間無法實現數據

共享，同時抗干擾能力較弱。CAN總線的發展趨勢隨著新能源汽車和自動駕駛汽車的發展，傳統CAN總線已難以滿足日益增加的需求，CAN

FD應運而生。CAN總線的發展過程1991年，Bosch發布CAN2.0標準協議，后被國際標準化組織

ISO標準化，形成ISO11898和ISO11519等標準。CAN總線的誕生背景20世紀80年代，為解決汽車微控制器通信需求，德國Bosch公

司開發了Controller

AreaNetwork。一、CAN總線概述nCAN總線的誕生和發展歷程一、CAN總線概述nCAN總線的優點和應用范圍

1

CAN總線的優點CAN總線具有多主工作方式、非破壞性總線仲裁技術、通信對象靈活等特點，使其在汽車、工業自動化等領域得到廣泛應用。性。CAN總線的應用范圍CAN總線廣泛應用于汽車電控系統、工業自動化、船舶、樓宇、醫療設備等領域，成為分布式控制或實時控制的優選通信網絡。CAN總線的實時性CAN總線采用短幀數據結構，傳輸時間短，抗干擾能力強，檢錯效果好，實現了高實時32CAN控制器CAN收發器數據傳輸線終端電阻二、CAN總線組成CAN控制器的錯誤處理功能當接收到錯誤或故障信息時，

CAN控制器會負責處理并發送相應的錯誤和故障消息。CAN控制器的數據傳遞功能CAN控制器接收來自微處理器的數據，并將這些數據打包成幀，發送給CAN收發器進行傳輸。CAN控制器的基本作用CAN控制器是處理微處理器發出的數據，并將其傳遞給CAN收發器的關鍵設備。二、CAN總線組成nCAN控制器的作用和功能CAN收發器的基本功能將CAN總線上的信號轉換為數字信號，或將數字信號轉換為CAN總線上的差分信號進行傳輸。提高抗干擾能力使用雙絞線形式和差分電壓傳遞信號的方式，提高了CAN總線的抗電磁干擾能力，減少了對外界的電磁輻射。二、CAN總線組成nCAN收發器的作用和功能實現點對點通信通過接收濾波的方式，實現一個節點向另一個節點發送信息，或者一個節點從另一個節點接收信息。

3

2

1

二、CAN總線組成n

數據傳輸線路的作用和功能CAN總線的線路故障主要包括CAN-L、CAN-H斷路或者

對地短路和對電源短路等。CAN總線采用雙絞線形式，通過差分電壓來表示總線的

隱性或顯性狀態。雙絞線形式和差分電壓傳遞信號的方式，提高了CAN總

線的抗電磁干擾能力。差分電壓傳遞信息線路故障類型多樣抗干擾能力強二、CAN總線組成n

終端電阻的作用和配置電磁干擾能力。

?容錯CAN無終端電阻，每個節點自帶匹配電阻。?高速CAN總線在二側末端各配置1個120Ω的電阻，通過模擬無限遠處導線的阻抗特性消耗能量而不產生反射波。當網絡中終端電阻過大或過小時，會引起信號反射和干擾，從而影響信號的正確傳輸和接收。終端電阻的配置方法終端電阻的主要作用是防止電路回波信號干擾正常信號的傳遞，提高CAN總線的抗終端電阻異常的影響終端電阻的作用汽車大功率驅動電機干擾可能導致CAN波形失真三、CAN總線的協議棧n參考ISO/OSI網絡模型，CAN總線分為數據鏈路層、物理層等2層，較為簡單的分層結構有利于提高數據傳遞效率。n根據ISO11898標準，數據鏈路層又分為邏輯鏈路LLC子層和媒體訪問控制MAC子層LLC子層的功能LLC子層主要負責接收過濾、

超載通知和恢復管理，提供非應答服務。MAC子層的功能MAC子層主要負責數據的封

裝/解封、幀編碼及位填充/去除填充位等操作。數據鏈路層功能劃分數據鏈路層主要負責在網絡

實體間建立、維持和釋放數據鏈路。三、CAN總線的協議棧n

數據鏈路層的功能超載通知與恢復管理的功能當網絡過載時，LLC子層會發出超載通知，同時進行恢復管理，以保證數據的有序傳輸和系統的穩定運行。接收過濾的作用LLC子層通過接收過濾，可以決定哪

些幀需要接收，哪些幀可以忽略，從而減少網絡的負載和提高傳輸效率。LLC子層的主要功能LLC子層主要負責接收過濾、超載通

知和恢復管理，提供非應答數據發送服務和非應答遠程數據請求服務。三、CAN總線的協議棧n邏輯鏈路層LLC子層的功能MAC子層的主要功能MAC子層位于數據鏈路層的下部，主要負責數據的封裝/解封、幀編碼及位填充/去除填充位等操作。MAC子層的接收來源MAC子層從物理層接收MAC數據幀、遠程幀和超載幀，并向LLC子層提供服務。三、CAN總線的協議棧n媒體訪問控制MAC子層的功能MAC子層提供的服務

2MAC子層為LLC子層提供應答數據傳送、應答遠程數據傳送、超載幀傳送和編制出錯幀等服務。

3

1

四、CAN總線的數據幀n

CAN總線數據的傳輸采用幀(frame)的形式。n幀是CAN總線數據傳輸的基本單位，它包含了CAN總線數據傳輸所需的全部信息，包

括數據、控制和狀態信息數據幀的仲裁段仲裁段由標識符和1位RTR位

組成，用于區分不同節點的

數據優先級。四、CAN總線的數據幀n

數據幀的結構特點數據幀的數據段數據段包含發送的數據內容，長度可變，范圍為0~8字節。數據幀的起始標識數據幀以顯性位作為起始，標志著新的CAN幀的開始。幀起始的作用幀起始標志著一個新的CAN幀的開始，用于同步總線上的所有節點。顯性電平與隱性電平顯性電平表示邏輯值為“0”，隱性電平表示邏輯值為“1”，顯性具有優先性。幀起始的實現方式當某個節點想向總線發送數據時，首先讀取總線電平判斷總線是否處于空閑狀態，然后用1個顯性位與總線執行“與”操作，將整個總線置為顯性狀態。四、CAN總線的數據幀n幀起始的作用和實現方式312仲裁段是CAN總線數據幀中用于解決多個節點同時發送數據時

的競爭問題，確定數據的優先級。標識符的重要性標識符是仲裁段的關鍵組成部分，它決定了數據的優先級和傳輸方式，包括點

對點、點對多和廣播。優先級仲裁機制的運作當多個節點同時發送數據時，通過標識符和RTR位的比較，確定數據的優先級，低優先級節點主動退出發送，節省了總線沖突仲裁時間。四、CAN總線的數據幀n

仲裁段的作用和優先級仲裁機制仲裁段的作用四、CAN總線的數據幀n

控制段、數據段、校驗段、確認段的作用和構成校驗段與確認段的作用和構成校驗段用于驗證數據的完整性，確認段則用于確認數據是否正常接收，二者共同保障了CAN總線的可靠性。控制段的作用和構成控制段主要用于標識數據幀的優先級，由2位保留位和4位DLC位組成。數據段的作用和構成數據段是CAN總線數據傳輸的核心部分，由0-8字節的數據組成，以MSB優先的方式發送。CAN總線在自動駕駛汽車的應用五、CAN總線的發展n

在汽車領域的應用現狀CAN總線在汽車動力系統的應用CAN總線在新能源汽車領域的應用自動駕駛汽車需要高速、可靠的通信網絡，CAN總線為自動駕駛汽車提供了關鍵的數據傳輸支持。CAN總線廣泛應用于汽車動力系統中，實現各控制單元之間的實時數據交換。隨著新能源汽車的發展，

CAN總線在電池管理系統、驅動電機控制系統等方面發揮重要作用。CAN

FD傳輸速度的提升CAN

FD支持雙比特率，可以實現高

達5Mbit/s的數據比特率，滿足高帶寬需求。CAN

FD數據長度的優勢CAN

FD將數據段的長度增加到64

個字節，減少了協議開銷并提高了協議效率。CAN

FD標準的發布2012年，Bosch公司發布了CAN

FD標準，繼承了CAN的絕大多數特性。五、CAN總線的發展nCAN

FD標準的發布和優勢車載網絡關鍵技術任務1

LIN技術應用2022年10月，黨的二十大報告提出了“中國式現代化”。中國式現代化，是人口規模巨大的現代化，是全體人民共同富裕的現代化，是物質文明與精神文明相協調的現代化，是人與自然和諧共生的現代化，是和平發展的現代化。智能網聯汽車離不開電子控制單元的全面網絡化，由于LIN

總線的低成本和簡單易用，在車輛內部低速網絡得到大量應用。令情景導入任務目標

知識目標：1.了解LIN

總線的產生、發展歷程；2.掌握LIN總線的結構和通信機制；

能力目標：1.合理使用工具和儀器，測量LIN

總線信號波形；2.查閱技術文件，分析LIN總線信號波形，診斷和排除LIN

總線簡單故障；

素質目標：1.培養團隊協作等社會能力；2.培養科學探究精神和嚴謹工匠精神。LIN總線定義LIN總線是一種低成本、單主控器/多從設備模式的串行通信協議，廣泛應用于汽車電子控制單元之間的通信。LIN總線的優勢與應用LIN總線具有成本低、單信號線傳輸、可預測的電磁兼容性能等優勢，被廣泛應用于汽車電子控制單元之間的通信，如車門控制單元、天窗控制單元、空調控制單元等。LIN總線發展歷程LIN總線由歐洲五大車企于1998年聯合成立工作組開發，經過多次修改和升級，成為國際標準ISO17987Part1-7。一、LIN總線概述n

定義與發展

1

2

3

LIN總線規定最大傳輸速率為20kbps，這種低速傳輸

使得LIN總線在車輛中的電磁兼容性能更加可預測和可控，降低了信號干擾的可能性。LIN總線具有“局域”的特性，通常與上層CAN網絡相連，形成CAN-LIN網關節點，這使得其在汽車中被廣泛使用，降低了成本。LIN總線因其低成本和單信號線傳輸特性，廣泛應用于汽車電子控制單元之間的通信，如車門控制、天窗控制等。LIN總線在汽車電子控制單元的應用LIN總線的局域特性及其優勢LIN總線的電磁兼容性能一、LIN總線概述n

作用與應用從設備響應方式在LIN總線上，從設備只能在主控制器發起通信時被動響應。成本和性能優勢由于其簡單的結構和低成本，LIN總線廣泛應用于汽車電子控

制單元之間的通信。一、LIN總線概述n

工作原理及特點單主控器模式LIN總線是一種點對多通信模式，一個主控制器與多個從設備通信。123一、LIN總線概述n工作原理及特點

低成本實現LIN總線采用點對多點通信模式，一個主控制器可與多個從設備通信，簡化了系統結構。單信號線傳輸減少了線束數量，使車輛更輕便，電磁兼容性能更好。LIN總線僅需一根信號線即可完成數據傳輸，減少了線束數量，降低成本。LIN總線只需一根信號線即可實現數據傳輸，降低了成本和復雜性。由于通信速率較低，LIN總線不適用于高速數據傳輸場景。LIN總線利用通用UART接口，降低了硬件要求和成本。低成本的主從通信模式單信號線傳輸優勢單信號線傳輸限制基于UART接口的實現

單信號傳輸單信號線傳輸原理單信號線傳輸LIN總線的電磁兼容性能LIN總線采用低速傳輸，最大傳輸速率為20kbps，降低了電磁干擾的可能性。LIN總線的抗干擾能力LIN總線采用單信號線傳輸，降低了成本和線束數量，提高了車輛的輕便性，同時具有較好的抗電磁干擾性能。LIN總線的信號配置LIN總線提供信號的配置、處理、識別和診斷功能，幫助汽車制造商更好地控制車輛中的各個系統。一、LIN總線概述n工作原理及特點

電磁兼容性

3

2

1

一、LIN總線概述n

工作原理及特點

配置、處理、識別和診斷功能LIN總線能夠處理來自不同設備的信息，通過協議控制器實現數據的收發和轉換，確保信息的準確性和可靠性。LIN總線具備信號的識別和診斷功能，幫助汽車制造商及時發現和解決車輛系統中的問題，提高車輛的運行效率和安全性。LIN總線提供信號的配置、處理、識別和診斷功能，

方便汽車制造商進行車輛系統的控制和維護。配置功能識別與診斷功能處理功能LIN總線使用單根導線進行數據傳輸，這是一種典型的主從結構。主控單元(ECU)有且僅有一個，而

從控單元可以有多個。主控單元對從控單元有絕對的控制權，控制LIN總線網絡通信的整個過程。作為物理層的組成部分，總線收發器負責將協議控制器的數字信號轉換為適合傳輸總線的信號。它也負責保護從總線傳來的信號，防止由于電氣干擾或瞬變電壓對微控制器造成損害。LIN總線的核心部分，負責執行LIN協議的邏輯功能，如消息的發送和接收處理。它通常集成在微控制器中，用于管理數據幀的生成和解析。傳輸總線總線收發器Bus

Transceiver協議控制器Protocol

Controller二、LIN總線的組成把二進制并行數據轉變成高-低電平信號，并按照規定的串行格式(8數據位，1停止位，無校驗位)送往總線收發器。接收時，協議控制器把來自總線收發器的高、低電平信號按照同樣的串行格式儲存下來，然后再將儲存結果轉換成二進制并行數據。需要喚醒時，主節點協議控制器通過總線收發器向LIN總線送出喚醒信號。從節點的協議控制器要能識別總線喚醒的信號。當收到來自LIN總線的喚醒信號時，協議控制器能夠正確動作，進入規定的通信狀態。二、LIN總線的組成n協議控制器(ProtocolController)同步間隔段包含一個低電平脈沖，長度至少為13位，把同步間隔段與普通的數據字節區別開，確保了同步信息的特殊性。產生和識別幀的同步間隔段執行本地CPU

的喚醒數據的收發123二、LIN總線的組成n總線收發器(BusTransceiver)總線收發器將協議控制器產生的高低電平信號轉換為LIN總線的隱性、

顯性電平，實現信號的正確傳輸。總線收發器還具備阻抗匹配、壓擺率控制等附加功能，以確保LIN總線的穩定運行和高效通信。總線收發器作為協議控制器與傳輸總線之間的接口，負責完成數據的接收和發送。總線收發器的功能電平轉換的作用附加功能傳輸總線的特性由于地線在車輛上是搭鐵線，因此LIN總線通常使用電子單元的搭鐵線而省去。傳輸總線的構成傳輸總線由單獨的數據主線和地線構成，實現了單總線結構。傳輸總線的作用傳輸總線作為LIN總線的基本組成部分，負責數據的收發和同步間隔段的產生。二、LIN總線的組成n

傳輸總線LIN報文幀分為信號攜帶幀、診斷幀和保留幀，根據幀ID的不同實

現不同的功能和應用。LIN報文幀頭由同步間隔段、同步段和受保護ID段組成，

用于表示一個新幀的開始。LIN報文應答域包括數據段和校驗和段，用于接收方對幀頭的解析和響應操作。三、LIN報文幀n

報文幀組成LIN報文幀類型及應用LIN報文幀頭結構LIN報文應答域由于幀中的所有間隔或總線空閑時都應保持隱性(高)電平，并且幀中的任何其它字段都不會發出大于9位的顯性電平，因此至少持續13位的同步間隔可以標志一個幀的開始，而不會造成誤判。同步間隔是至少持續13位的顯性電平，可以標志一個幀的開始，而不會造成誤判。三、LIN報文幀n

同步間隔段同步間隔段用于表示一個新幀的開始，由同步間隔和同步間隔段間間隔符組成。同步間隔段與幀中其他字段的區別同步間隔段的作用同步間隔的長度同步段是LIN數據幀中，所有字段通過字節域格式傳輸的部

分。同步段由一個固定的字節0x55組成，是一個連續8位的高低切換。三、LIN報文幀n同步段同步段用于發送固定字節，使接收方能夠準確接收每個bit的信息。同步段的定義同步段的構成同步段的作用受保護ID段用于標識LIN報文的類別和目的地，從機對幀頭作出的反應基于幀ID判斷。受保護ID段由6位幀ID和2位奇偶校驗組成，用于區分信號攜帶幀、診斷幀和保留幀。受保護ID段采用校驗和進行校驗，包括標準型校驗和(Classic

Checksum)和增

強型校驗和(Enhanced

Checksum)。三、LIN報文幀n受保護ID段受保護ID段的作用受保護ID段的結構受保護ID段的校驗方式數據段的組成?

數據段由1-8個字節組成，可以包含信號和診斷消息。?LIN2.2標準規定可傳輸的LIN字節數為2，4，8

，并不是1-8內任意一個數字。數據段的特性數據段的內容和長度由設計者根據幀ID提前設定，并以廣播形式在總線上發布。數據段的定義數據段是LIN報文幀中用于傳輸信號和診斷消息的部分。三、LIN報文幀n

數據段校驗和段用于對LIN報文幀中傳輸的內容進行錯誤檢測。增強型校驗和同時保護數據段和幀ID段，提供更全面的校驗功能。三、LIN報文幀n校驗和段標準型校驗和僅保護數據段，確保數據在傳輸過程中的準確性。校驗和段的作用標準型校驗和增強型校驗和

3

2

1

車載網絡關鍵技術

車載以太網技術應用裕太微電子以太網物理層芯片獲得2023中國IC風云榜優秀產品創新獎令情景導入任務目標

知識目標：1.了解車載以太網的產生、發展歷程；2.理解車載以太網的系統組成和傳輸機制；

能力目標：

1.合理使用工具和儀器，讀取車載以太網的信號波形、診斷線路故障；

2.查閱技術文件，監聽、解析車載以太網報文；

素質目標：1.培養團隊協作等社會能力；2.培養科學探究精神和嚴謹工匠精神。CAN總線特性及局限CAN總線具有多主仲裁特點，但每個時間窗口只能有一個節點發送信息，實現半雙工通訊，最高傳輸速度1Mbps，難以滿足高性能處理器的需求。。車載以太網的發展歷程從最初的Xerox

Ethernet到現在的400Gbps速率的以太網標準，其傳輸速率增長了近1500倍，成為全球最大的局域網標準。車載以太網的優勢以太網技術成熟、標準化程度高、帶寬大、成本較低，能提供更高的數據傳輸能力，滿足高性能處理器實時高速雙向數據交互的需求。一、車載以太網概述n

汽車總線技術現狀

3

2

1

一、車載以太網概述n

車載以太網在汽車領域的應用前景車載以太網在ADAS中的

應用高級駕駛輔助系統ADAS對帶寬

要求較高，車載以太網可提供更高分辨率的數據傳輸。車載以太網在信息娛樂系統

的應用車載信息娛樂系統需要高速穩定的網絡連接，車載以太網能滿足其需求。車載以太網的帶寬優勢車載以太網提供高數據傳輸能

力，滿足帶寬密集型應用需求。以太網雛形的形成Xerox

Ethernet是現代以太網的

雛形，為后來的以太網技術發展奠定了基礎。Xerox

Ethernet的誕生1973年，美國Xerox公司為了實現個

人計算機和其他設備的通信，設計了一種公司內部的總線型局域網。同軸電纜的使用Xerox

Ethernet使用同軸電纜作

為傳輸介質，以2.94Mbps速率運行。一、車載以太網概述n

車載以太網的起源IEEE在以太網標準化中的角色IEEE組織在以太網的標準化過程中發揮了關鍵作用，推動了以太網技術的發展。IEEE推動車載以太網的發展IEEE通過制定車載以太網技術標準，促進了車載網絡的高速、高效發展，滿足汽車電動化、網聯化的需求。一、車載以太網概述nIEEE在以太網標準化過程中的作用IEEE

802.3標準對以太網的影響IEEE802.3系列標準為以太網提供了統一的技術規范，使得不同廠商的設備能夠互聯互通。

3

2

1

一、車載以太網概述n

車載以太網的演進過程星型拓撲結構特點星型拓撲結構管理方便，極易擴展，安裝維護成本低，但由于要專用的網絡設備作其核心節點，對核心設備的負擔較重，可靠性要求高。菊花鏈型結構特點菊花鏈型結構由星型結構的基礎網絡構成，通過菊花鏈或串行的方式增加下一個節點，容易擴展，各站點可以分布處理，網絡設備的負擔相對較輕。樹型結構特點樹型結構結合了星型和菊花鏈型的優點，在汽車網絡中權衡了良好的分布處理性能和安裝維護成本。n

車載以太網的非總線型拓撲結構二、車載以太網的組成2

3

1

二、車載以太網的組成n車載以太網支持的IEEE標準介紹了車載以太網對IEEE802.3標準的支持情況，說明

了其在車載網絡中的應用和優勢。探討了車載以太網對IEEE802.1Q標準的支持，說明了這一標準在車載網絡中的作

用和重要性。分析了車載以太網如何將IEEE802.3和IEEE802.1Q標準結合起來，實現更高效、

可靠的車載網絡通信。車載以太網兼容的

IEEE

802.1Q標準車載以太網支持的

IEEE

802.3標準車載以太網與IEEE標準的結合應用介質訪問控制(MAC)概述MAC是車載以太網的關鍵組成部分，負責協調和管理網絡中各設備的通信。MAC在車載以太網中的作用MAC作為車載以太網的核心，保證了車輛內部各種信息的實時傳輸和處理，提高了整車的智能化水平。MAC的主要功能MAC通過控制和分配網絡資源，確保車載以太網中各設備之間的高效、穩定通信。二、車載以太網的組成n

介質訪問控制(MAC)

3

2

1

二、車載以太網的組成n物理接口收發器(PHY)車載以太網的物理接口收發器通過一對非屏蔽或屏蔽雙絞線連接，滿足EMC要求，并采用

了PAM-3調制。車載以太網的物理接口收發器采用全雙工通信方式，信

號帶寬為66.7MHz，電平在-1V和+1V之間。車載以太網物理接口

收發器的連接方式車載以太網的物理接口收發器(PHY)是連接車載以太

網與實際通信線路的關鍵組件。車載以太網物理接

口收發器概述車載以太網物理接

口收發器的特性二、車載以太網的組成n車載以太網延用了100Base-T1接口以滿足EMC要求，只通過1對非屏蔽或屏蔽雙絞線

連接，信號帶寬為66.7MHz，采用PAM-3調制，差分信號電平在-1V和+1V之間支持SOME/IP、HTTP

、

StreamMediaService

(流

媒體服務)等協議采用IEEE802.1標準，兼容