can总线技术及其在现代汽车中的应用

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1、CAN总线技术及其在现代汽车中的应用 一.CAN总线的概念和应用领域简介CAN（controlareanetwork）--------控制局域网。CAN总线是现场总线技术的一种。1986年德国最大的工业企业之一ROBERBOSCH公司首次提出了为汽车监控及控制系统设计了CAN总线。它是为了解决现代汽车中ECU之间的数据交换而开发的。它可用来连接汽车和工业应用中的各种电子控制模块。任何一个需要稳定、可靠的且低成本网络系统或设备，都有可能成为CAN节点。迄今为止，全球的CAN节点已达1.5亿个。现在世界

2、上很多著名的汽车都使用CAN总线来实现内部系统的控制与各检测和执行机构间的数据通信。例如汽车防抱死制动系统，安全气蘘等。实际上，机动车辆总线和工业也有许多的相似之处，即要求成本低，实时处理能力强，抗强电磁干扰，可靠性高等优点。因此CAN总线也广泛应用于离散控制领域中的过程监测和控制，特别是工业自动化的底层监控，以完成控制与监测设备之间和实时可靠的信息交换。二．CAN总线的特点CAN总线可有效支持分布式控制或实时控制，通信介质可以是双绞线，同轴电缆或光纤，其主要特点如下所列：(1)CAN总线采用三层模

3、型：物理层，数据链路层和应用层。拓扑结构为总线型 。（2）CAN总线为多主站总线，各节点可在任意时刻向网络上的其他节点发送信息，不分主从，通信灵活。 （3）CAN总线采用独特的非破坏性总线仲裁技术，优先级高的节点优先传送数据，可满足实时性要求。 （4）CAN总线具有点对点、一点对多点及全局广播传送数据的功能。 （5）CAN总线采用短帧结构，每帧有效字节数最多为8个，数据传输时间短，并有CRC及其他校验措施，数据出错率极低。 （6）CAN总线上某一节点出现严重错误时，可自动脱离总线，而总线上的其他操作

4、不受影响。 （7）CAN总线系统扩充时，可直接将新节点挂在总线上，因而走线少，系统扩充容易，改型灵活。 （8）CAN总线最大传输速率可达1Mb/s（此时通信距离最长为40m），直接通信距离最远可达10km（速率5kbps以下）。 （9）CAN总线上的节点数主要取决于总线驱动电路。在标准帧（11位报文标志符）可达110个。而在扩展帧（29位报文标志符）其个数几乎不受限制。 (10)采用不归码/解码方式，并采用位填充技术。三.CAN总线的通信原理3.1CAN总线协议是建立在国际标准的开放系统OSI7层互

5、联参考模型基础上的。其模型结构只有三层。即只取OSI底层的物理层，数据链路层和应用层，保证节点间无差错的数据传输。CAN总线上用“显性”和“隐性”两个互补的逻辑值表示”0”和”1“。如下图1所示，VCNA-H和VCAN-L为CAN总线收发器与总线之间的两接口引脚。信号是以两线之间的”差分“电压形式出现。在隐性状态，VCNA-H和VCAN-L被固定在平均电压的附近。Vdiff近似于0。显性位以大于最小值差分电压表示。CAN总线的通信距离最远可达10km（位速率为5kbps），通信速度最快可为1mbps

6、（此时的最长通信距离可以为40米）。3.2报文传输CAN技术的报文传输为多主方式工作，网络上的任意节点均可在任意时刻主动的向网络上其他节点发送信息，而不分主从。CAN节点只需通过对报文的表示符滤波即可实现点对点，一点对多点及全局广播等几种方式发送，接收数据。CAN总线的数传输采用帧格式的不同，分为含有11位标准帧含有29位标志符的扩展帧，CAN总线的侦类型分为数据帧，远程帧，错误帧和过载帧。四．CAN总线应用技术介绍 4.1 CAN可靠性 为防止汽车在使用寿命期内由于数据交换错误而对司机造成危险，汽

7、车的安全系统要求数据传输具有较高的安全性。如果数据传输的可靠性足够高，或者残留下来的数据错误足够低的话，这一目标不难实现。从总线系统数据的角度看，可靠性可以理解为对传输过程产生的数据错误的识别能力。残余数据错误的概率可以通过对数据传输可靠性的统计测量获得。它描述了传送数据被破坏和这种破坏不能被探测出来的概率。残余数据错误概率必须非常小，使其在系统整个寿命周期内，按平均统计时几乎检测不到。计算残余错误概率要求能够对数据错误进行分类 ，并且数据传输路径可由一模型描述。如果要确定CAN的残余错误概率，我们

8、可将残留错误的概率作为具有80～90位的报文传送时位错误概率的函数，并假定这个系统中有5～10个站，并且错误率为1/1000，那么最大位错误概率为10—13数量级。4.2 CAN错误检测机制 CAN拥有互补的错误检测机制，错误漏检的概率几乎为零。它包含有位检查、位填充检查、格式检查、应答检查和循环冗余检查（CRC：Cycle Redundancy Check）等五种不同的错误检查方法。 位检查：发送报文的站观测总线电平并探测发送位和接收位的差异，在仲裁阶段不进行位检查