車輛CAN總線概述完整版

1、一 CAN總線簡(jiǎn)介1. CAN總線的發(fā)展歷史20世紀(jì)80年代初期，歐洲汽車工業(yè)的蓬勃發(fā)展，車輛電子信息化程度的也不斷提高。當(dāng)時(shí)，由于消費(fèi)者對(duì)于汽車功能的要求越來越多，而這些功能的實(shí)現(xiàn)大多是基于電子操作的，這就使得電子裝置之間的通訊越來越復(fù)雜，同時(shí)意味著需要更多的連接信號(hào)線，但是傳統(tǒng)的線束式汽車電子系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足車輛電子信息功能發(fā)展的需求。為了解決這一制約現(xiàn)代汽車電子信息化發(fā)展的瓶頸，德國(guó)Bosch公司設(shè)計(jì)了一個(gè)單一的網(wǎng)絡(luò)總線，所有的外圍器件可以被掛接在該總線上，經(jīng)過試驗(yàn)，這一總線能夠有效解決現(xiàn)代汽車中龐大的電子控制裝置之間的通訊，并且能夠減少不斷增加的信號(hào)線。所以在1986年Bosch公司正

2、式公布了這一總線，且命名為CAN總線。CAN控制器局部網(wǎng)（CANController Area Network）屬于現(xiàn)場(chǎng)總線的范疇，它是一種有效支持分布式控制或?qū)崟r(shí)控制的串行通訊網(wǎng)絡(luò)，它具有很高的網(wǎng)絡(luò)安全性、通信可靠性和實(shí)時(shí)性，簡(jiǎn)單實(shí)用，網(wǎng)絡(luò)成本低，特別適用于汽車計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)和環(huán)境惡劣、電磁輻射強(qiáng)和振動(dòng)大的工業(yè)環(huán)境，因此CAN總線在諸多現(xiàn)場(chǎng)總線中獨(dú)占鰲頭，成為汽車總線的代名詞，CAN總線開始進(jìn)入快速發(fā)展時(shí)期：1987年Intel公司生產(chǎn)出了首枚CAN控制器（82526）。不久，Philips公司也推出了CAN 控制器82C200；1991年，Bosch頒布CAN 2.0技術(shù)規(guī)范，CAN2.0

3、包括A和B兩個(gè)部分為促進(jìn)CAN以及CAN協(xié)議的發(fā)展，1992在歐洲成立了國(guó)際用戶和廠商協(xié)會(huì)（CAN in Automation，簡(jiǎn)稱CiA），在德國(guó)Erlangen注冊(cè)，CiA總部位于Erlangen。CiA提供服務(wù)包括：發(fā)布CAN的各類技術(shù)規(guī)范， 免費(fèi)下載CAN文獻(xiàn)資料， 提供CANopen規(guī)范DeviceNet規(guī)范；發(fā)布CAN產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫，CANopen產(chǎn)品指南；提供CANopen驗(yàn)證工具執(zhí)行CANopen認(rèn)證測(cè)試；開發(fā)CAN規(guī)范并發(fā)布為CiA標(biāo)準(zhǔn)。1993 年CAN 成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO11898（高速應(yīng)用）和ISO11519（低速應(yīng)用）；1993年，ISO頒布CAN國(guó)際標(biāo)準(zhǔn) ISO-118

4、98；1994年，SAE頒布基于CAN的J1939標(biāo)準(zhǔn)；2003年，Maybach發(fā)布帶76個(gè)ECU的新車型（CAN，LIN，MOST）；2003年，VW發(fā)布帶35個(gè)ECU的新型Golf。根據(jù)CiA組織統(tǒng)計(jì)，截止到2002年底，約有500多家公司加入了這個(gè)協(xié)會(huì)， 協(xié)作開發(fā)和支持各類CAN高層協(xié)議；生產(chǎn)CAN控制器 （獨(dú)立或內(nèi)嵌） 廠家， 包括世界上主要半導(dǎo)體生產(chǎn)廠家在內(nèi)，已有20多家，CAN控制器產(chǎn)品的品種已達(dá)110多種，CAN控制器的數(shù)量已達(dá)210,000,000 枚。CAN接口已經(jīng)被公認(rèn)為微控制器（Microcontroller）的標(biāo)準(zhǔn)串行接口，應(yīng)用在各種分布式內(nèi)嵌系統(tǒng)。該協(xié)會(huì)已經(jīng)為全球應(yīng)

5、用CAN技術(shù)的權(quán)威。2. CAN總線的特點(diǎn)CAN總線與一般的通信總線相比 ,它的數(shù)據(jù)通信具有突出的可靠性、 實(shí)時(shí)性和靈活性。其主要特性如下:1) 具有較高的性價(jià)比。它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,器件容易購置 ,每個(gè)節(jié)點(diǎn)的價(jià)格較低 ,而且開發(fā)過程中能充分利用現(xiàn)在的單片機(jī)開發(fā)工具;2) 是目前為止唯一有國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場(chǎng)總線;3) 為多主方式工作 ,網(wǎng)絡(luò)上任一節(jié)點(diǎn)均可在任意時(shí)刻主動(dòng)向網(wǎng)絡(luò)上其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息而不分主從 ,通信方式靈活 ,且無需站地址等節(jié)點(diǎn)信息4) 網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)信息分成不同的優(yōu)先級(jí) ,可滿足不同的實(shí)時(shí)要求 ,高優(yōu)先級(jí)的數(shù)據(jù)最多可在 134s內(nèi)得到傳輸;5) 采用非破壞性總線仲裁技術(shù) ,當(dāng)多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)向總線發(fā)

6、送信息時(shí),優(yōu)先級(jí)較低的節(jié)點(diǎn)會(huì)主動(dòng)地退出發(fā)送 ,而最高優(yōu)先級(jí)的節(jié)點(diǎn)不受影響地繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù) ,從而大大節(jié)省了總線沖突仲裁時(shí)間。尤其是在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載很重的情況下也不會(huì)出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)癱瘓情況;6) 只需通過報(bào)文濾波即可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)及全局廣播等幾種方式傳送接收數(shù)據(jù) ,無需專門的“調(diào)度”；7) 直接通信距離最遠(yuǎn)可達(dá)10 km (速率5 kb/s以下) ,通信速率最高可達(dá) 1 Mkb / s (此時(shí)通信距離最長(zhǎng)為 40 m) ;8) 節(jié)點(diǎn)數(shù)主要取決于總線驅(qū)動(dòng)電路,目前可達(dá)成110個(gè);9) 采用短幀結(jié)構(gòu) ,傳輸時(shí)間短 ,受干擾概率低 ,具有極好的檢錯(cuò)效果;10) 每幀信息都有CRC校驗(yàn)及其他檢錯(cuò)措施,保證了數(shù)

7、據(jù)出錯(cuò)率低;11) 通信介質(zhì)可為雙絞線、同軸電纜或光纖,選擇靈活;12) 節(jié)點(diǎn)在錯(cuò)誤嚴(yán)重的情況下具有自動(dòng)關(guān)閉輸出功能 ,以使總線上其他節(jié)點(diǎn)的操作不受影響。自CAN總線問世以來，為滿足CAN總線協(xié)議的多種應(yīng)用需求，相繼出現(xiàn)了幾種高層協(xié)議。目前大多數(shù)基于CAN總線的網(wǎng)絡(luò)都采用CAN總線的高層協(xié)議。CANopen、DeviceNet和SDS是通常采用的高層協(xié)議，適用于任何類型的工業(yè)控制局域網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)合，而CAL則應(yīng)用于基于標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用層通信協(xié)議的優(yōu)化控制場(chǎng)合，SAEJ1939則應(yīng)用于卡車和重型汽車計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。其總線規(guī)范已被ISO國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織制定為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，并被公認(rèn)為是最有前途的現(xiàn)場(chǎng)總線之一。CAN總

8、線的應(yīng)用范圍遍及從高速網(wǎng)絡(luò)到低成本的多線路網(wǎng)絡(luò)，廣泛應(yīng)用于控制系統(tǒng)中的各檢測(cè)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間的數(shù)據(jù)通信。隨著控制 、計(jì)算機(jī)、通信、網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)的發(fā)展，信息交換溝通的領(lǐng)域正在迅速覆蓋從現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備到控制、管理的各個(gè)層次。信息技術(shù)的發(fā)展引起自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的變革，逐步形成以網(wǎng)絡(luò)集成自動(dòng)化系統(tǒng)為基礎(chǔ)的企業(yè)信息系統(tǒng)?，F(xiàn)場(chǎng)總線(Fieldbus)就是順應(yīng)這一形勢(shì)發(fā)展起來的新技術(shù)，成為當(dāng)今自動(dòng)化領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)，被譽(yù)為自動(dòng)化領(lǐng)域的計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)。它的出現(xiàn)，標(biāo)志著自動(dòng)化領(lǐng)域的又一個(gè)新時(shí)代的開始，并對(duì)該領(lǐng)域的發(fā)展產(chǎn)生重要影響。 二、CAN總線基本原理1、CAN標(biāo)準(zhǔn)1）CAN總線的分層結(jié)構(gòu)OSI（Open System

9、Interconnection）開放系統(tǒng)互連參考模型將網(wǎng)絡(luò)協(xié)議分為7層，由上至下分別為：應(yīng)用層、表示層、會(huì)話層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層、鏈路層和物理層。國(guó)際電工技術(shù)委員會(huì)定義現(xiàn)場(chǎng)總線模型分為三層：應(yīng)用層、鏈路層和物理層。CAN的分層定義與OSI模型一致，使用了七層模型中的應(yīng)用層、鏈路層和物理層。CAN技術(shù)規(guī)范定義了模型最下面的兩層：數(shù)據(jù)鏈路層和物理層，如圖1所示。 圖1 CAN總線分層結(jié)構(gòu)2）CAN協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)CAN總線協(xié)議現(xiàn)有CAN1.0、CAN1.2、CAN2.0A和CAN2.0B四個(gè)版本。CAN2.0A以及以下版本使用標(biāo)準(zhǔn)格式信息幀（11位），CAN2.0B使用擴(kuò)展格式信息幀（29位）。CAN2.0

10、A 及以下版本在接收到擴(kuò)展幀信息格式時(shí)認(rèn)為出錯(cuò)；CAN2.0B被動(dòng)版本接收時(shí)忽略29位擴(kuò)展信息幀，不認(rèn)為出錯(cuò)；CAN2.0B主動(dòng)版本能夠接收和發(fā)送標(biāo)準(zhǔn)格式信息幀和擴(kuò)展格式信息幀。3）CAN總線網(wǎng)絡(luò)基本結(jié)構(gòu)一般而言，CAN總線網(wǎng)絡(luò)由若干個(gè)具有CAN通信功能的控制單元（又稱節(jié)點(diǎn)）通過CAN_H和CAN_L兩條數(shù)據(jù)線并聯(lián)組成，CAN_H和CAN_L兩條數(shù)據(jù)線的兩端各安裝一個(gè)120電阻構(gòu)成數(shù)據(jù)保護(hù)器，避免數(shù)據(jù)傳輸?shù)浇K端被反射回來而產(chǎn)生反射波，影響數(shù)據(jù)的傳送，如圖2所示。汽車CAN總線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。圖2 CAN網(wǎng)絡(luò)基本結(jié)構(gòu)圖3 汽車CAN總線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖4）CAN總線節(jié)點(diǎn)硬件電路框圖一個(gè)完

11、整的CAN總線節(jié)點(diǎn)應(yīng)該包含微控制器、CAN控制器和CAN收發(fā)器三部分。其中微控制器負(fù)責(zé)完成CAN控制器的初始化，與CAN控制器的進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞；CAN控制器負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)以CAN報(bào)文的形式傳遞，實(shí)現(xiàn)CAN協(xié)議數(shù)據(jù)鏈路層的功能；CAN收發(fā)器是CAN控制器與CAN物理總線的接口，為總線提供差動(dòng)發(fā)送功能，也為控制器提供差動(dòng)接收功能。CAN節(jié)點(diǎn)的基本結(jié)構(gòu)框圖如圖4所示。部分微控制器集成有CAN控制器，因此，節(jié)點(diǎn)方案有兩種。圖4 CAN節(jié)點(diǎn)基本結(jié)構(gòu)框圖5）CAN差分通信CAN總線的信號(hào)傳輸采用差分通信信號(hào)，差分通信具有較強(qiáng)的抗干擾能力。CAN收發(fā)器的差動(dòng)信號(hào)放大器在處理信號(hào)時(shí)，會(huì)用CAN_H數(shù)據(jù)線的電壓減去C

12、AN_L數(shù)據(jù)上的電壓，這兩個(gè)數(shù)據(jù)線的電位差可對(duì)應(yīng)兩種不同邏輯狀態(tài)進(jìn)行編碼。在靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，這兩條導(dǎo)線上作用有相同預(yù)先設(shè)定值，該值稱為靜電平。對(duì)于CAN驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)總線來說，這個(gè)值大約為2.5V。靜電平也稱為隱性狀態(tài)，因?yàn)檫B接的所有控制單元均可修改它。在顯性狀態(tài)時(shí)，CAN_H線上的電壓值會(huì)升高一個(gè)預(yù)定值（對(duì)CAN驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)總線來說，這個(gè)值至少為1V）。而CAN_L線上的電壓值會(huì)降低一個(gè)同樣值（對(duì)CAN驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)總線來說，這個(gè)值至少為1V）。于是在CAN驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)總線上，CAN_H線就處于激活狀態(tài)，其電壓不低于3.5V（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

13、.5V)。因此在隱性狀態(tài)時(shí)，CAN_H線與CAN_L線上的電壓差為0V，在顯性狀態(tài)時(shí)該差值最低為2V，如圖5所示。如果CAN_HCAN_L > 2，那么比特為 0，為顯性；如果CAN_HCAN_L = 0，那么比特為 1，為隱性。圖5 CAN數(shù)據(jù)線的電平2、CAN總線通信原理當(dāng)CAN總線上的一個(gè)節(jié)點(diǎn)(站)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，它以報(bào)文形式廣播給網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)。對(duì)每個(gè)節(jié)點(diǎn)來說,無論數(shù)據(jù)是否是發(fā)給自己的，都對(duì)其進(jìn)行接收。每組報(bào)文開頭的11位字符為標(biāo)識(shí)符，定義了報(bào)文的優(yōu)先級(jí),這種報(bào)文格式稱為面向內(nèi)容的編址方案。在同一系統(tǒng)中標(biāo)識(shí)符是唯一的，不可能有兩個(gè)站發(fā)送具有相同標(biāo)識(shí)符的報(bào)文。當(dāng)一個(gè)站要向其它站發(fā)送數(shù)據(jù)

14、時(shí)，該站CPU將要發(fā)送的數(shù)據(jù)和自己的標(biāo)識(shí)符傳送給本站的CAN控制器芯片，并處于準(zhǔn)備狀態(tài)；當(dāng)它收到總線分配時(shí)，轉(zhuǎn)為發(fā)送報(bào)文狀態(tài)。CAN控制器芯片將數(shù)據(jù)根據(jù)協(xié)議組織成一定的報(bào)文格式發(fā)出，這時(shí)網(wǎng)上的其它站處于接收狀態(tài)。每個(gè)處于接收狀態(tài)的站對(duì)接收到的報(bào)文進(jìn)行檢測(cè)，判斷這些報(bào)文是否是發(fā)給自己的，以確定是否接收它。當(dāng)多個(gè)站點(diǎn)同時(shí)發(fā)送消息時(shí)，需要進(jìn)行總線仲裁，每個(gè)控制單元在發(fā)送信息時(shí)通過發(fā)送發(fā)送標(biāo)識(shí)符來識(shí)別。所有的控制單元都是通過各自的RX線來跟蹤總線上的一舉一動(dòng)并獲知總線的狀態(tài)。每個(gè)發(fā)射器將TX線和RX線的狀態(tài)一位一位地進(jìn)行比較，采用“線與”機(jī)制，“顯性”位可以覆蓋“隱性”位；只有所有節(jié)點(diǎn)都發(fā)送“隱性”位

15、，總線才處于“隱性”狀態(tài)。CAN是這樣來進(jìn)行調(diào)整的：TX信號(hào)上加有一個(gè)“0”的控制單元的控制單元必須退出總線。用標(biāo)識(shí)符中位于前部的“0”的個(gè)數(shù)就可調(diào)整信息的重要程度，從而就可保證按重要程度的順序來發(fā)送信息。標(biāo)識(shí)符中的號(hào)碼越小，表示該信息越重要，優(yōu)先級(jí)越高。發(fā)送低優(yōu)先級(jí)報(bào)文的節(jié)點(diǎn)退出仲裁后，在下次總線空閑時(shí)重發(fā)報(bào)文。三個(gè)節(jié)點(diǎn)總線仲裁示意圖如圖6所示。圖6 總線仲裁示意圖3、CAN報(bào)文幀結(jié)構(gòu)CAN總線報(bào)文傳輸由以下4個(gè)不同的幀類型所表示和控制： 數(shù)據(jù)幀：數(shù)據(jù)幀攜帶數(shù)據(jù)從發(fā)送器至接收器。 遠(yuǎn)程幀：總線單元發(fā)出遠(yuǎn)程幀，請(qǐng)求發(fā)送具有同一識(shí)別符的數(shù)據(jù)幀。 錯(cuò)誤幀：任何單元檢測(cè)到一總線錯(cuò)誤就發(fā)出錯(cuò)誤幀。 過

16、載幀：過載幀用以在先行的和后續(xù)的數(shù)據(jù)幀（或遠(yuǎn)程幀）之間提供一附加的延時(shí)。數(shù)據(jù)幀（或遠(yuǎn)程幀）通過幀間空間與前述的各幀分開。 1）數(shù)據(jù)幀由 7 個(gè)不同的位場(chǎng)組成：幀起始、仲裁場(chǎng)、控制場(chǎng)、數(shù)據(jù)場(chǎng)、CRC 場(chǎng)、應(yīng)答場(chǎng)、幀結(jié)尾。數(shù)據(jù)場(chǎng)的長(zhǎng)度可以為 0。2）遠(yuǎn)程幀由 6 個(gè)不同的位場(chǎng)組成：幀起始、仲裁場(chǎng)、控制場(chǎng)、CRC 場(chǎng)、應(yīng)答場(chǎng)、幀末尾。通過發(fā)送遠(yuǎn)程幀，作為某數(shù)據(jù)接收器的站通過其資源節(jié)點(diǎn)對(duì)不同的數(shù)據(jù)傳送進(jìn)行初始化設(shè)置。與數(shù)據(jù)幀相反，遠(yuǎn)程幀的 RTR 位是“隱性”的。它沒有數(shù)據(jù)場(chǎng)，數(shù)據(jù)長(zhǎng)度代碼的數(shù)值是不受制約的（可以標(biāo)注為容許范圍里 0.8 的任何數(shù)值）。此數(shù)值是相應(yīng)于數(shù)據(jù)幀的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度代碼。3）錯(cuò)誤幀由兩

17、個(gè)不同的場(chǎng)組成。第一個(gè)場(chǎng)用作為不同站提供的錯(cuò)誤標(biāo)志（ERROR FLAG）的疊加。第二個(gè)場(chǎng)是錯(cuò)誤界定符。4）過載幀包括兩個(gè)位場(chǎng)：過載標(biāo)志和過載界定符。4、錯(cuò)誤檢測(cè)不同于其它總線，CAN協(xié)議不能使用應(yīng)答信息。事實(shí)上，它可以將發(fā)生的任何錯(cuò)誤用信號(hào)發(fā)出。CAN協(xié)議可使用五種檢查錯(cuò)誤的方法，其中前三種為基于報(bào)文內(nèi)容檢查。 1） 循環(huán)冗余檢查(CRC)CR序列包括發(fā)送器的CRC計(jì)算結(jié)果。接收器計(jì)算CRC的方法與發(fā)送器相同。如果計(jì)算結(jié)果與接收到CRC序列的結(jié)果不相符，則檢測(cè)到一個(gè)CRC錯(cuò)誤。2）幀檢查這種方法通過位場(chǎng)檢查幀的格式和大小來確定報(bào)文的正確性，用于檢查格式上的錯(cuò)誤。3）應(yīng)答錯(cuò)誤被接收到的幀由接收

18、站通過明確的應(yīng)答來確認(rèn)。如果發(fā)送站未收到應(yīng)答，那么表明接收站發(fā)現(xiàn)幀中有錯(cuò)誤，也就是說，ACK場(chǎng)已損壞或網(wǎng)絡(luò)中的報(bào)文無站接收。4）總線檢測(cè) CAN中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)可監(jiān)測(cè)自己發(fā)出的信號(hào)。因此，發(fā)送報(bào)文的站可以觀測(cè)總線電平并探測(cè)發(fā)送位和接收位的差異。5）位填充 一幀報(bào)文中的每一位都由不歸零碼表示，可保證位編碼的最大效率。然而，如果在一幀報(bào)文中有太多相同電平的位，就有可能失去同步。為保證同步，在五個(gè)連續(xù)相等位后，發(fā)送站自動(dòng)插入一個(gè)與之互補(bǔ)的補(bǔ)碼位。接收時(shí)，這個(gè)填充位被自動(dòng)丟掉。例如，五個(gè)連續(xù)的低電平位后，CAN自動(dòng)插入一個(gè)高電平位。CAN通過這種編碼規(guī)則檢查錯(cuò)誤，如果在一幀報(bào)文中有6個(gè)相同位，CAN就知道

19、發(fā)生了錯(cuò)誤。三 車輛CAN總線及關(guān)鍵技術(shù)國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀1. 車輛CAN總線國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀如今,CAN總線現(xiàn)已成為汽車電子控制裝置之間通信的標(biāo)準(zhǔn)總線,在汽車分布式控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。同時(shí),CAN總線得到Motorola、Intel、Philips等著名半導(dǎo)體器件生產(chǎn)廠家的廣泛支持,他們紛紛推出了CAN接口芯片與直接帶有CAN接口的微控制器(MCU)芯片,如Intel公司的82527,Philips公司的SJA1000、82C250等。因此在接口芯片技術(shù)方面,CAN已遙遙領(lǐng)先于其他的現(xiàn)場(chǎng)總線,正逐步形成系列。 到目前為至，世界上已擁有20多家CAN總線控制器芯片生產(chǎn)商，110多種CAN總線

20、協(xié)議控制器芯片和集成CAN總線協(xié)議控制器的微控制器芯片?？偩€系統(tǒng)對(duì)于汽車行業(yè)，特別是對(duì)于我國(guó)的汽車行業(yè)來說還是一項(xiàng)新生事物，總線系統(tǒng)和傳統(tǒng)汽車電器有著本質(zhì)的不同。 從研發(fā)、 應(yīng)用和維護(hù)出發(fā)，為整車提供一個(gè)安全可靠的總線系統(tǒng)，以達(dá)到以“XBYWIRE”的目標(biāo)還需要業(yè)界付出長(zhǎng)期的努力。為了加速我國(guó)汽車總線技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程,在 “十五”期間,科技部連續(xù)五年支持電動(dòng)汽車總線通信協(xié)議方面的研究工作,國(guó)家汽車標(biāo)準(zhǔn)化組織也成立了商用車控制系統(tǒng)局域網(wǎng)絡(luò)(CAN總線)通訊協(xié)議起草小組。其中電動(dòng)汽車總線通信協(xié)議以J1939為基礎(chǔ)，并針對(duì)電動(dòng)汽車的特點(diǎn)進(jìn)行了補(bǔ)充。根據(jù)目前得到的信息，商用車控制系統(tǒng)局域網(wǎng)絡(luò)(CAN總

21、線)通訊協(xié)議是完全基于J1939的，同時(shí)國(guó)內(nèi)一些單位也研發(fā)出符合J1939的汽車智能零部件。 2002年中國(guó)首輛CAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)混合動(dòng)力轎車(HEV) 在奇瑞公司試裝成功，并進(jìn)行了初步試運(yùn)行，這標(biāo)志著中國(guó)在混合動(dòng)力轎車項(xiàng)目上取得突破性進(jìn)展；2008年深圳航盛公司去年推出了第一款帶CAN總線的車載CD/MP3播放器，該產(chǎn)品具有AM/FM收音功能、CD/MP3播放功能，帶CAN BUS總線、藍(lán)牙免提接口、中文顯示及數(shù)字信號(hào)處理芯片，音質(zhì)優(yōu)美動(dòng)聽。該產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)獨(dú)特，獲得國(guó)家發(fā)明專利。我國(guó)的CAN總線時(shí)代也正在來臨。目前，支持CAN協(xié)議的有英特爾、摩托羅拉、惠普、西門子、M I CROCH IP、NE

22、C、SI L I ON I等著名公司。歐洲大部分汽車制造商，如寶馬、保時(shí)捷、勞斯萊斯、大眾、沃爾沃、雷諾等都已經(jīng)使用了CAN總線。奔馳公司生產(chǎn)的大部分轎車和載貨汽車都使用基CAN的發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)，它的傳送速度為500 kb / s。國(guó)產(chǎn)的很多汽車上也引入了CAN總線技術(shù)，如大眾途安、帕薩特、東風(fēng)雪鐵龍賽納、東風(fēng)標(biāo)致 307、蘇州金龍、一汽大眾寶來、斯太爾王系列等車型。國(guó)內(nèi)較早研究 CAN總線的有北京航空航天大學(xué)、 清華大學(xué)、 中國(guó)汽車技術(shù)研究中心等單位，不過目前的研究還處于起步階段。研制生產(chǎn)CAN元器件的廠家很少，具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的專用芯片更少。目前國(guó)內(nèi)主要主要從事CAN總線部分研發(fā)生產(chǎn)的企業(yè)

23、見下表：企業(yè)名稱企業(yè)特點(diǎn)產(chǎn)品應(yīng)用現(xiàn)狀廈門漢納森一線模塊配裝陜汽失敗核心技術(shù)人員流失哈爾濱威帝研發(fā)能力較強(qiáng)三級(jí)CAN總線系統(tǒng)（既全車總線系統(tǒng)）獲得國(guó)科技部專項(xiàng)資金支持北京公交在客車市場(chǎng)占有一定份額，但競(jìng)爭(zhēng)激烈，產(chǎn)品并不能很好的實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)浙江中科正方研發(fā)實(shí)力雄厚北京奧運(yùn)會(huì)純電動(dòng)車，北京公交雙源無軌電動(dòng)車，清華大學(xué)"清能1號(hào)"混合動(dòng)力客車?？煽啃允瞧淦款i，企業(yè)現(xiàn)已經(jīng)向汽車儀表生產(chǎn)過渡北京恒潤(rùn)C(jī)AN/LIN總線技術(shù)在國(guó)內(nèi)較領(lǐng)先培訓(xùn)業(yè)務(wù)發(fā)展迅速生產(chǎn)研發(fā)現(xiàn)境窘迫濟(jì)南優(yōu)耐特國(guó)內(nèi)第一家自主研發(fā)、生產(chǎn)，并完成大批量產(chǎn)業(yè)化裝車的智能汽車車身電子控制/數(shù)字化儀表系統(tǒng)的供應(yīng)商。中國(guó)重汽：斯太爾王和H

24、OWO蘇州金龍產(chǎn)品不良率太高，企業(yè)遭受重創(chuàng)2. 車輛CAN總線關(guān)鍵技術(shù)及發(fā)展現(xiàn)狀CAN總線關(guān)鍵技術(shù)主要包含兩方面：硬件和軟件。硬件主要為微控制器、CAN控制器和CAN收發(fā)器。軟件主要是節(jié)點(diǎn)控制程序和CAN總線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層協(xié)議。微控制器依功能性能分為4位、8位、16位、32位和64位。然而，目前主力的市場(chǎng)集中在8位、16位和32位，這三種等級(jí)正好適用低、中、高端三種車用電子應(yīng)用。CAN控制器分為獨(dú)立的CAN控制器和集成CAN控制器，它能夠?qū)崿F(xiàn)協(xié)議中的實(shí)體層及數(shù)據(jù)鏈接層的功能，達(dá)成位同步、優(yōu)先權(quán)仲裁和故障診斷等要求。CAN收發(fā)器是CAN協(xié)議控制器與物理總線之間的接口。它可以為總線提供差動(dòng)的發(fā)送功能，

25、為控制器提供差動(dòng)的接收功能，是CAN系統(tǒng)中的必須設(shè)備。到目前為至，微控制器技術(shù)比較成熟，可供選擇的種類也較多。而對(duì)于CAN控制器和收發(fā)器，世界上已擁有20多家CAN總線控制器芯片生產(chǎn)商，110多種CAN總線協(xié)議控制器芯片和集成CAN總線協(xié)議控制器的微控制器芯片。主要生產(chǎn)廠家有英特爾、摩托羅拉、惠普、西門子、飛利浦、MICROCHIP、NEC、SLICON、飛思卡爾、英飛凌（西門子）、瑞薩、ST、TI、安森美、科動(dòng)、富士通、Atmel、Altera、CAST等。CAN控制器主要有四類：獨(dú)立CAN控制器、單片機(jī)集成CAN控制器、DSP集成CAN控制器和ARM集成CAN控制器，如飛利浦公司的SJA1

26、000獨(dú)立CAN控制器、NXP公司的單片機(jī)P87C591集成CAN控制器、TI公司S2000系列的集成CAN控制器功能的TMS320C28X系列DSP和TI公司S2000系列的集成CAN控制器功能的ARM芯片等。所以，CAN總線系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)主要是根據(jù)節(jié)點(diǎn)功能需求，選擇合適的控制芯片。CAN總線軟件設(shè)計(jì)除了節(jié)點(diǎn)控制程序設(shè)計(jì)之外，更主要的是應(yīng)用層協(xié)議開發(fā)。許多系統(tǒng)中，可以特別制定一個(gè)適合的應(yīng)用層，但對(duì)于許多的行業(yè)來說，這種方法是不經(jīng)濟(jì)的。一些組織已經(jīng)研究并開放了應(yīng)用層標(biāo)準(zhǔn)，一些可以使用的CAN應(yīng)用層協(xié)議有：CiACAL、CiACANOpen、ODVA DeviceNet、Honeywell SDS

27、、Kvaser CANKingdom，SAE J1939。因此，汽車CAN總線的研究重點(diǎn)是：針對(duì)具體的車型開發(fā)ECU的硬件和應(yīng)用層的軟件，并構(gòu)建車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)。利用CAN總線構(gòu)建一個(gè)車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)，需要解決的關(guān)鍵技術(shù)問題有：(1) 總線傳輸信息的速率、容量、優(yōu)先等級(jí)、節(jié)點(diǎn)容量等技術(shù)問題；(2) 高電磁干擾環(huán)境下的可靠數(shù)據(jù)傳輸；(3) 確定最大傳輸時(shí)的延時(shí)大??；(4) 網(wǎng)絡(luò)的容錯(cuò)技術(shù)；(5) 網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)控和故障診斷功能；(6) 實(shí)時(shí)控制網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間特性；(7) 安裝與維護(hù)中的布線；(8) 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的增加與軟硬件更新 (可擴(kuò)展性 ) 。3. CAN總線在車輛上應(yīng)用的前景展望 盡管CAN協(xié)議已有近15年的歷史，但它

28、一直處在改進(jìn)中。從2000年開始，一個(gè)由數(shù)家公司組成的ISO任務(wù)組織定義了一種時(shí)間觸發(fā)CAN報(bào)文傳輸?shù)膮f(xié)議。Bernd Mueller博士、Thomas Fuehrer、Bosch公司人員和半導(dǎo)體工業(yè)專家、學(xué)術(shù)研究專家將此定義為“時(shí)間觸發(fā)通信的CAN（TTCAN）”，計(jì)劃在將來標(biāo)準(zhǔn)化為ISO11898-4。這個(gè)CAN的擴(kuò)展已在硅片上實(shí)現(xiàn)，不僅可實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制下支持報(bào)文的時(shí)間觸發(fā)傳輸，而且可以實(shí)現(xiàn)CAN的Xbywire應(yīng)用。因?yàn)镃AN協(xié)議并未改變。所以，在同一個(gè)的物理層上，既可以實(shí)現(xiàn)傳輸時(shí)間觸發(fā)的報(bào)文，也可以傳輸事件觸發(fā)的報(bào)文。TTCAN將為CAN延長(zhǎng)5-10年的生命期?，F(xiàn)在，CAN在全球市場(chǎng)上仍

29、然處于起始點(diǎn)，當(dāng)?shù)玫街匾?，誰也無法預(yù)料CAN總線系統(tǒng)下一個(gè)10-15年內(nèi)的發(fā)展趨勢(shì)?，F(xiàn)如今在車內(nèi)，還有許多ECU的控制并不需要CAN這樣高速率和高安全的通信，本地互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)（LIN）就是為適應(yīng)這類應(yīng)用而設(shè)計(jì)的低成本解決方案。LIN是一個(gè)公開的協(xié)議，它基于SCI（UART）串行通信的格式，結(jié)合了汽車應(yīng)用的特點(diǎn)。LIN是單一主機(jī)系統(tǒng)，不但降低了硬件成本，而且在軟件和系統(tǒng)設(shè)計(jì)上也能更容易地兼容其它網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，比如CAN。LIN的傳輸速率最高可到20Kbps，主要是受到EMI和時(shí)鐘同步的限制。         由于LIN器件易

30、容得道，幾乎所有的IC都帶有SCI（UART）接口，LIN很快就在車內(nèi)低端控制器領(lǐng)域取得領(lǐng)先地位。典型的LIN應(yīng)用有車門、后視鏡、導(dǎo)向輪、馬達(dá)、照明以及其它智能傳感器。LIN不但定義了物理層和數(shù)據(jù)層，還定義了相關(guān)的應(yīng)用軟件層。這些都為L(zhǎng)IN方案提供商解決了設(shè)備兼容的問題，并且很好的解決了CAN總線在中低檔車輛上使用陳本過高的問題，很有利于汽車工業(yè)的規(guī)模生產(chǎn)和中低檔車輛的電子化，信息化。相信LIN協(xié)議會(huì)是汽車低端控制網(wǎng)絡(luò)的未來標(biāo)準(zhǔn)。        車內(nèi)除了嵌入式控制系統(tǒng)以外，還有諸如媒體播放器、導(dǎo)航系統(tǒng)、無線通信系統(tǒng)

31、以及其他多種信息娛樂設(shè)備，這些設(shè)備之間的互連需要更高速的通信協(xié)議。媒體導(dǎo)向系統(tǒng)傳輸協(xié)議（MOST）是目前車載信息娛樂系統(tǒng)普遍接受的高速通信協(xié)議。MOST網(wǎng)絡(luò)是由德國(guó)Oasis Silicon System公司開發(fā)的。MOST技術(shù)針對(duì)塑料光纖媒體而優(yōu)化，采用環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在器件層提供高度可靠性和可擴(kuò)展性。它可以傳送同步數(shù)據(jù)（音頻信號(hào)、視頻信號(hào)等流動(dòng)型數(shù)據(jù)）、非同步數(shù)據(jù)（訪問網(wǎng)絡(luò)及訪問數(shù)據(jù)庫等的數(shù)據(jù)包）和控制數(shù)據(jù)（控制報(bào)文及控制整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)）。MOST基于ISO/OSI七層網(wǎng)絡(luò)模型設(shè)計(jì)，物理層由光纖通信組件構(gòu)成，具有很好的抗干擾性，設(shè)計(jì)傳輸速率可達(dá)150Mbps（目前產(chǎn)品可達(dá)25Mbps）。除了

32、控制數(shù)據(jù)外，MOST數(shù)據(jù)可分為同步傳輸數(shù)據(jù)和異步傳輸數(shù)據(jù)，具有很大的靈活性。同步數(shù)據(jù)可直接用于音視頻設(shè)備，異步數(shù)據(jù)可用于傳輸其它數(shù)據(jù)塊，如導(dǎo)航地圖數(shù)據(jù)等，甚至也可用于支持TCP/IP數(shù)據(jù)包的傳輸。MOST還定義了應(yīng)用層，包括MOST設(shè)備、功能塊、功能函數(shù)以及參數(shù)格式等等，這些協(xié)議可以確保各個(gè)廠家生產(chǎn)的設(shè)備具有MOST互聯(lián)性，也有利于車內(nèi)信息娛樂設(shè)備的及時(shí)更新?lián)Q代。MOST得到包括BMW、Daimler Chrysler、HarmanBecker和Oasis公司的支持，已應(yīng)用在多款車型上，如BMW7系列、Audi A8、Mercedes E系列等。 FlexRay是BMW、Daimle

33、r Chrysler、Motorola和Philips等公司制定的功能強(qiáng)大的通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。它是基于FTDMA的確定性訪問方式，具有容錯(cuò)功能及確定的通信消息傳輸時(shí)間，同時(shí)支持事件觸發(fā)與時(shí)間觸發(fā)通信，具備高速率通信能力。FlexRay采用冗余備份的辦法，對(duì)高速設(shè)備可以采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式與FlexRay總線控制器連接，構(gòu)成星型結(jié)構(gòu)，對(duì)低速網(wǎng)絡(luò)可以采用類似CAN總線的方式連接。終上所述，車輛總線未來的發(fā)展會(huì)是以CAN總線為主，在低速網(wǎng)絡(luò)中有LIN在網(wǎng)絡(luò)支持，在高速車載多媒體系統(tǒng)中，有MOST的精彩表現(xiàn)。甚至在將來形成更為先進(jìn)的以 FlexRay為主的車輛總線系統(tǒng)。走一條多種總線總和集成的道路，這不僅可以解決使用單一的高端總線帶來的高成本，高