汽车CAN总线通信技术研究(2)

我国总线技术处于试验和起步阶段，绝大部分的汽车还没有采用汽车总线设计。但ＣＡＮ总线技术已经开始引起国内一些汽车研发部门的关注，比如上海同济同捷科技股份有限公司，已经开始了对汽车车身电子信息网络控制系统研制并取得一定的成果。他们应用ＣＡＮ总线系统来控制管理整车车身电器，现阶段已经实现汽车照明、灯光信号、雨刷电机、喇叭、电动车窗、中控锁等的管理与控制，同时具有实时检测故障及语音报警功能，兼有遥控、防盗和集控锁功能，形成了车身电器信息通信交互式网络控制系统。该网络控制系统将在中国汽车电子自主开发的舞台上扮演重要角色，这是国内汽车电子技术同国外竞争的最好平台，并且以此为起点，拓展其他汽车电子技术领域，提高中国汽车电子技术及整车的国际竞争力【７】【８】。

１．３主要工作内容

本设计将ＣＡＮ总线应用于车灯和车窗控制系统，所做的主要工作有以下几点：

１．深入研究了ＣＡＮ总线协议及其通信原理；

２．设计出了基于ＣＡＮ总线的车灯、车窗控制系统总体方案，使车灯控制系统具有故

障诊断功能，车窗控制系统具有防夹功能；

３．完成了硬件电路设计，制作了ＰＣＢ电路板；

４．制定了车灯、车窗控制系统通信协议；

５．光纤作为通信介质应用于车灯控制系统中。６．自己搭建了车灯、车窗实验平台，进行了调试试验；

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武汉科技大学硕士学位论文第３页

（ａ）常规方法布线网络图

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｝灯具组ｉ空调

Ｃ

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主动控制

（ｂ）ＣＡＮ总线布线网络图图１．１汽车电气网络图

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第４页武汉科技大学

第二章ＣＡＮ协议与主要元件硕士学位论文

２．１ＣＡＮ的性能特点

ＣＡＮ总线即控制器局域网络。由于其高性能、高可靠性、及独特的设计，ＣＡＮ越来越受到人们的重视。其应用范围目前已不再局限于汽车行业，而向过程工业、机械工业、纺织机械、农用机械、机器人、数控机床、医疗器械及传感器等领域发展。ＣＡＮ已经形成国际标准，并已被公认为几种最有前途的现场总线之一。

ＣＡＮ属于总线式串行通信网络，由于其采用了许多新技术及独特的设计，与一般的通信总线相比，ＣＡＮ总线的数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性。其特点可概括为［９１１ｌｏ】【ｌｌ】【２ｌ】：

（１）ＣＡＮ是到目前为止唯一具有国际标准且成本较低的现场总线；

（２）ＣＡＮ废除了传统总线的站地址编码，对通信数据块进行编码，为多主方式工作，不分主从，通信方式灵活，通过报文标识符通信，可使不同的节点同时接收到相同的数据，无需站地址等节点信息。

（３）ＣＡＮ采用非破坏性总线仲裁技术，当多个节点同时向总线发送信息时，优先级较低的节点会主动地退出发送，而最高优先级的节点可不受影响地继续传输数据，从而大大节省了总线冲突仲裁时间。尤其是在网络负载很重的情况下也不会出现网络瘫痪情况（以太网则有可能出现这种情况）。

（４）ＣＡＮ只需通过报文滤波即可实现点对点、一点对多点即全局广播等方式传送接收数据，无需专门的“调度”。

（５）ＣＡＮ的直接通信距离最远可达１０ｋｍ（速率５ｋｂｐｓ以下）；通信速率最高可达ｌＭｂｐｓ（此时通信距离最长为４０ｍ１；

（６）ＣＡＮ上的节点数最多可达１１０个（主要取决于总线驱动电路）。

（７）ＣＡＮ采用短帧结构，单帧最大长度仅１５０位，传输时间短，从而保证了通信的实时性，受干扰概率低。

（８）ＣＡＮ的每帧信息都有ＣＲＣ校验及其他检错措施，降低了数据出错率，保证了数据通信的可靠性。

（９）ＣＡＮ节点在错误严重的情况下具有自动关闭输出功能，以使总线上其他节点的操作不受影响。

（１０）ＣＡＮ的通信介质可使用双绞线作为传输介质，价格低廉，可靠性强。

２．２ＣＡＮ技术规范

随着ＣＡＮ应用领域的不断扩大，在一些应用中，对其通信格式的标准化提出了要求。原先的地址范围由１１个识别位定义，如果将地址范围扩大，则这些应用就可以更好地由ＣＡＮ来实现。为此，１９９１年９月Ｐｈｉｌｉｐｓ半导体公司制定并发布了ＣＡＮ技术规范（版本２．０），该技术规范包括Ａ部分和Ｂ两部分，其中２．０Ａ给出了ＣＡＮ报文的标准格式；２．０Ｂ给出了

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武汉科技大学硕士学位论文第５页标准和扩展两种格式。此后，１９９３年１１月ＩＳＯ正式颁布了道路交通运输工具一数据信息交换一高速通信控制器局域网（ＣＡＮ）的国际标准ＩＳ０１１８９８，为控制器局域网的标准化和规范化铺平了道路【１２】【１３１【１４】。

２．２．１ＣＡＮ的基本概念

１．报文（Ｍｅｓｓａｇｅｓ）

总线上的信息以不同的固定报文格式发送，但长度受限。当总线空闲时，任何连接的单元都可以开始发送新的报文。

２．信息路Ｉ当（ＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＲｏｕｔｉｎｇ）

在ＣＡＮ系统里，节点不使用任何关于系统配置的信息（比如，站地址）。以下是几个重要概念。

（１）系统灵活性：不需要改变任何节点的应用层及相关的软件或硬件，就可以在ＣＡＮ网络中直接添加节点。

（２）报文路由：报文的寻址内容由识别符命名。识别符不指出报文的目的地，但解释数据的含义。因此，网络上所有的节点都可以通过报文滤波确定是否应对该数据做出反应。

（３）多播：由于引入了报文滤波的概念，任何数目的节点都可以接收报文，并同时对此报文做出反应。

（４）数据连贯性：应确保报文在ＣＡＮ网络里同时被所有的节点接收（或同时不被接收）。因此，系统的数据连贯性是通过多播和错误处理的原理实现的。

３．位速率（ＢｉｔＲａｔｅ）

不同的系统，ＣＡＮ的速度不同。可是，在一个给定的系统里，位速率是唯一的，并且是固定的。

４．优先权（Ｐｒｉｏｒｉｔｉｅｓ）

在总线访问期间，识别符定义一静态的报文优先权。

５．远程数据请求（ＲｅｍｏｔｅＤａｔａＲｅｑｕｅｓｔ）

通过发送远程帧，需要数据的节点可以请求另一节点发送相应的数据帧。数据帧和相应的远程帧是由相同的识别符（ＩＤ）命名的。

６．多主机（Ｍｕｌｔｉ—ｍａｓｔｅｒ）

当总线空闲时，任何单元都可以开始发送报文。具有较高优先权报文的单元可以获得总线访问权。

７．仲裁（Ａｒｂｉｔｒａｔｉｏｎ）

只要总线空闲，任何单元都可以开始发送报文。如果两个或两个以上的单元同时开始传送报文，那么就会发生总线访问冲突。通过对识别符进行逐位仲裁可以解决这个冲突，仲裁机制确保信息和时间均不会损失。当具有相同识别符的数据帧和远程帧同时初始化时，数据帧优先于远程帧。在仲裁期间，每一个发送器都对发送位的电平与被监控的总线电平进行比较，如果电平相同，则这个单元可以继续发送；如果发送的是“隐性’’电平

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第６页武汉科技大学硕士学位论文（ＲｅｃｅｓｓｉｖｅＬｅｖｅｌ），而总线上检测为“显性＂电平（ＤｏｍｉｎａｎｔＬｅｖｅｌ），那么该单元就失去了仲裁，必须退出发送状态。

８．安全性（Ｓａｆｅｔｙ）

为了 …… 此处隐藏：2121字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……