CAN总线介绍(最终版)

CAN基础2主要内容概述CAN基本原理CAN总线的国内外发展现状CAN总线电磁兼容设计3概述CAN的起源CAN—ControllerAreaNetwork—是20世纪80年代初德国Bosch公司为解决现代汽车中众多控制单元、测试仪器之间的实时数据交换而开发的一种串行通信协议4概述CAN的起源传统的汽车线束连接PowertrainControlEngineControlActiveSuspensionABS/ASRTransmissionControlDoorControlAirbagAirConditionSeatControlPowerLocksLightControlBodyControlDashboard5PowertrainControlEngineControlActiveSuspensionABS/ASRTransmissionControlDoorControlAirbagAirConditionSeatControlPowerLocksLightControlBodyControlDashboard概述CAN的起源汽车的CAN网络PowertrainControlBodyControlDashboardDoorControlAirbagAirConditionSeatControlPowerLocksLightControlEngineControlActiveSuspensionABS/ASRTransmissionControl高速CAN低速CAN6概述CAN的历史1983年，Bosch开始研究车上网络技术1986年，Bosch在SAE大会公布CAN协议1987年，Intel和Philips先后推出CAN控制器芯片1991年，Bosch颁布CAN2.0技术规范，CAN2.0包括A和B两个部分1991年，CAN总线最先在BenzS系列轿车上实现7概述CAN的历史1993年，ISO颁布CAN国际标准ISO-118981994年，SAE颁布基于CAN的J1939标准2003年，Maybach发布带76个ECU的新车型（CAN，LIN，MOST）2003年，VW发布带35个ECU的新型Golf……未来，CAN总线将部分被FlexRay所取代，但CAN总线将仍会被持续应用相当长的时间8概述CAN的特性采用双线差分信号协议本身对节点的数量没有限制，总线上节点的数量可以动态改变广播发送报文，报文可以被所有节点同时接收EMI应用层数据链路层物理层CAN_HCAN_L节点A报文报文比特流差分电压节点n…40m@1Mbps…隐性显性隐性CAN_HCAN_LUdiff9概述CAN的特性采用双线差分信号0.5V4.5VCanHtt4.5V0.5VCanL101100102.5V2.5V两根线构成总线，CANHigh与CANLow。这两根线之间的电位差可以对应两个不同的逻辑状态进行编码。如果CANH–CANL2那么比特为0如果CANH–CANL=0那么比特为110概述CAN的特性CANHCANL+-SCANHt4.5V0.5V2.5VtCANL4.5V0.5V2.5V限制传输辐射，补偿接地差，能够很好地抗干扰。11概述CAN的特性多主站结构每个报文的内容通过标识符识别，标识符在网络中是唯一的标识符描述了数据的含义某些特定的应用对标识符的分配进行了标准化根据需要可进行相关性报文过滤CAN节点滤波器CAN节点滤波器CAN节点滤波器CAN节点滤波器CAN节点滤波器IDDataCAN…12概述CAN的特性保证系统数据一致性CAN提供了一套复杂的错误检测与错误处理机制，比如CRC检测、接口的抗电磁干扰能力、错误报文的自动重发、临时错误的恢复以及永久错误的关闭EMI应用层数据链路层物理层CAN_HCAN_L节点A报文报文比特流差分电压节点n…40m@1Mbps…错误检测错误处理13概述CAN的特性使用双绞线作为总线介质时，总线长度=40米,传输速率可达1Mbps采用NRZ和位填充的位编码方式01040100200100010000总线长度/m51020501002005001000位速率/kbps隐性显性填充位位速率与总线长度的关系NRZ和位填充14概述CAN的特性总线访问—非破坏性仲裁的载波侦听多路访问/冲突检测CSMA/CD(CarrierSenseMultipleAccess/CollisionDetection)载波侦听，网络上各个节点在发送数据前都要检测总线上是否有数据传输网络上有数据不发送数据，等待网络空闲网络上无数据立即发送已经准备好的数据多路访问，网络上所有节点收发数据共同使用同一条总线，且发送数据是广播式的冲突检测，节点在发送数据过程中要不停地检测发送的数据，确定是否与其它节点数据发生冲突15CAN基本原理汽车总线汽车总线的分类类别位速率/kbps应用场合应用范围协议A~10车身系统电动门窗、座椅调节、灯光照明控制等LINCANB10~125状态系统电子仪表、驾驶信息、故障诊断、安全气囊、自动空调等J1850VANCANC125~1000实时控制系统发动机控制、变速控制、ABS、悬架控制、转向控制等CAND1000~多媒体系统MOSTFlexRayD2BIEEE139416CAN基本原理汽车总线汽车总线的应用17CAN基本原理CAN标准CAN与OSI参考模型3网络层7应用层6表示层5会话层4传输层OSI参考模型2数据链路层1物理层2数据链路层1物理层PLSPMAMDILLCMACLLC,LogicalLinkControl逻辑链路控制MAC,MediumAccessControl媒介访问控制PLS,PhysicalSignalingSublayer物理信令子层PMA,PhysicalMediumAttachment物理介质连接MDI,MediumDependentInterface介质相关接口CAL,CANopen(CiA)DeviceNet(ODVA)SDS(Honeywell)NMEA-2000(NMEA)J1939(SAE)汽车和工业自动化领域广泛应用18CAN基本原理CAN标准CAN2.0版本2.0A—将29位ID视为错误2.0B被动—忽略29位ID的报文2.0B主动—可处理11位和29位两种ID的报文CAN2.0ACAN2.0BPassiveCAN2.0BActiveOKOKOK总线错误容纳OK11位ID数据帧29位ID数据帧19CAN基本原理CAN标准ISO118982数据链路层1物理层PLSPMAMDILLCMACOSI参考模型CAN2.0CAN物理层ISO11898-1ISO11898-2ISO11898-3CAN控制器CAN收发器CANISO11898CAN实现ISO11898-1：2003Roadvehicles--Controllerareanetwork(CAN)--Part1:DatalinklayerandphysicalsignallingISO11898-2：2003Roadvehicles--Controllerareanetwork(CAN)--Part2:High-speedmediumaccessunitISO11898-3：2006Roadvehicles--Controllerareanetwork(CAN)--Part3:Low-speed,fault-tolerant,medium-dependentinterfaceISO11898-4：2004Roadvehicles--Controllerareanetwork(CAN)--Part4:Time-triggeredcommunicationISO11898-5Roadvehicles--Controllerareanetwork(CAN)--Part5:High-speedmediumaccessunitwithlow-powermode20CAN基本原理CAN标准拓扑结构21CAN基本原理CAN节点硬件电路框图微控制器、CAN控制器、CAN收发器22Rt/2Rt/2CgCgRt/2Rt/2CAN_HCAN_LRt/2=62ΩCg=10...100nFCAN基本原理CAN标准拓扑结构CPUCANControllerRxDTxDCAN_HCAN_LTxDRxDCAN_HCAN_LTxDRxDEMSABSAT…SeatControlDoorControl…RTLRTLRt=120ΩRt=120Ω终端电阻的替代形式高速CAN低速、容错CAN23CAN基本原理CAN标准总线电平差分电压24CAN基本原理CAN标准总线电平3.5V2.5V1.5V隐性显性隐性逻辑0逻辑1tCAN_HCAN_L0V1V2.5V4V5V显性隐性隐性CAN_LCAN_H0V1V2.5V4V5V显性隐性隐性低速、容错CAN电平单线CAN电平高速CAN电平CAN逻辑表示显性隐性显性或隐性差分电压隐性表示1，显性表示025CAN基本原理CAN的总线访问“线与”机制“显性”位可以覆盖“隐性”位；只有所有节点都发送“隐性”位，总线才处于“隐性”状态节点在发送报文时进行回读通过ID仲裁，ID数值越小，报文优先级越高，占有总线winloselose节点A节点B节点C总线优先级最高26CAN基本原理CAN的总线访问非破坏性仲裁任何节点在总线空闲时都能发送报文发送低优先级报文的节点退出仲裁后，在下次总线空闲时重发报文ITMITM节点AID＝75Data节点BID＝250Data节点CID＝1000DataCANID＝75Data节点A节点C节点B总线ID＝250ID＝1000ID＝75DataID＝250ID＝1000DataID＝250DataID＝1000ID＝1000DataData竞争阶段竞争阶段竞争阶段tCSMA/DA27CAN基本原理CAN的帧格式数据帧携带从发送节点至接收节点的数据远程帧向其他节点请求发送具有同一标识符的数据帧错误帧节点检测到错误后发送错误帧超载帧在先行的和后续的数据帧（或远程帧）之间附加一段延时—通常不用帧间空间数据帧（或远程帧）通过帧间空间与前述的各帧分开28CAN基本原理CAN错误检测1）循环冗余检查(CRC)2）帧检查(格式检查)3）应答错误4）总线检测(位检测)5）位填充29CAN基本原理错误检测CRC检测CRC错误节点计算的CRC序列与接收到的CRC序列不同格式检测格式错误固定格式位场（如CRC界定符、ACK界定符、帧结束等）含有一个或更多非法位ACK检测ACK错误发送节点在ACK位期间未检测到“显性”位ExtendedIDIDESRRSOFEOFITMDELACKDELCRCDataFieldDLCr0r1RTRIDBusIdleBusIdleCRC检测位检测填充检测格式检测ACK检测30CAN基本原理错误检测位检测位错误节点检测到的位与自身送出的位数值不同仲裁或ACK位期间送出“隐性”位，而检测到“显性”位不导致位错误填充检测填充错误在使用位填充编码的帧场（帧起始至CRC序列）中，不允许出现六个连续相同的电平位ExtendedIDIDESRRSOFEOFITMDELACKDELCRCDataFieldDLCr0r1RTRIDBusIdleBusIdle填充检测位检测31CAN总线的国内外发展现状国外发展现状：在欧美，CAN总线技术发展应用已十分成熟，大部分汽车制造商，如宝马、保时捷、劳斯莱斯、大众、沃尔沃、雷诺等都已经使用了CAN总线。支持CAN协议的有英特尔、摩托罗拉、惠普、西门子、MICROCHIP、NEC、SILIONI等著名公司，硬件、软件配套十分完善。32CAN总线的国内外发展现状国内发展现状国内较早研究CAN总