CAN總線應(yīng)用簡(jiǎn)介

　　CAN，全稱為“Controller Area Network”，即控制器局域網(wǎng)，采用串行通信，是國(guó)際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場(chǎng)總線之一。CAN總線最早在1986年由德國(guó)Bosch公司最先提出，使用CAN連接發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元、傳感器、防剎車系統(tǒng)等，解決日益復(fù)雜的汽車電子裝置之間的連線問題，其傳輸速度可達(dá)1Mb/s，能有效地支持具有很高安全等級(jí)的分布實(shí)時(shí)控制。
　　一、CAN總線技術(shù)規(guī)范
　　1、CAN通信模型
　　CAN技術(shù)規(guī)范（CAN-bus規(guī)范V2.0版本）的目的是為了在任何兩個(gè)CAN儀器之間建立兼容性。為了兼容CAN2.0，要求CAN的儀器應(yīng)兼容A部分或B部分。CAN-bus規(guī)范V2.0版本由兩部分組成：
　?。?）A部分
　　在這部分中，CAN的報(bào)文格式說明按CAN1.2規(guī)范定義。
　　為了達(dá)到設(shè)計(jì)透明度以及實(shí)現(xiàn)柔韌性，CAN被細(xì)分為以下層次：對(duì)象層、傳輸層、物理層。
　　物理層定義不同節(jié)點(diǎn)間的信號(hào)根據(jù)電氣屬性進(jìn)行位信息的傳輸方法。同一網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，物理層對(duì)于所有的節(jié)點(diǎn)必須是相同的。A部分沒有定義物理層，以便允許根據(jù)實(shí)際應(yīng)用，對(duì)發(fā)送媒體和信號(hào)電平進(jìn)行優(yōu)化。
　　傳輸層是CAN協(xié)議的核心。她把接收到的報(bào)文提供給對(duì)象層，以及接收來自對(duì)象層的報(bào)文。傳輸層負(fù)責(zé)位定時(shí)及同步、報(bào)文分幀、仲裁、應(yīng)答、錯(cuò)誤檢測(cè)和標(biāo)定、故障界定。
　　對(duì)象層的功能是報(bào)文過濾以及狀態(tài)和報(bào)文的處理。
　　CAN節(jié)點(diǎn)的層結(jié)構(gòu)及其開發(fā)系統(tǒng)互聯(lián)模型OSI之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖所示。
　?。?）B部分
　　B部分包含了報(bào)文標(biāo)準(zhǔn)格式和擴(kuò)展格式的說明。B部分的目的是定義數(shù)據(jù)鏈路層中MAC子層和一小部分LLC子層，以及定義CAN協(xié)議于周圍各層當(dāng)中所發(fā)揮的作用。
　　根據(jù)ISO/OSI參考模型，CAN被細(xì)分為數(shù)據(jù)鏈路層和物理層。
　　CAN總線的層結(jié)構(gòu)及其與開發(fā)系統(tǒng)互聯(lián)模型OSI之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖所示。
　　物理層定義信號(hào)是如何實(shí)際地傳輸?shù)?，因此涉及位時(shí)間、位編碼、同步的解釋。B部分沒有定義物理層的驅(qū)動(dòng)器/接收器特性，以便允許根據(jù)它們的應(yīng)用，對(duì)發(fā)送媒體和信號(hào)電平進(jìn)行優(yōu)化。
　　MAC子層是CAN協(xié)議的核心。它把接收到的報(bào)文提供給LLC子層，并接受來自LLC子層的報(bào)文。MAC子層負(fù)責(zé)報(bào)文分幀、仲裁、應(yīng)答、錯(cuò)誤檢測(cè)和標(biāo)定。MAC子層也被稱作故障界定的管理實(shí)體監(jiān)管。
　　2、CAN總線特點(diǎn)
　　CAN總線網(wǎng)絡(luò)具有以下特點(diǎn)：
　　（1）CAN總線協(xié)議的分層結(jié)構(gòu)符合OSI參考模型的物理層、數(shù)據(jù)層、鏈路層、傳輸層的標(biāo)準(zhǔn)。
　　（2）CAN總線可以工作在多主方式，網(wǎng)絡(luò)上任一節(jié)點(diǎn)均可以在任意時(shí)刻向其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，從不分主從，通信發(fā)送靈活。
　?。?）CAN總線網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)可分成不同的優(yōu)先級(jí)，以滿足不同的實(shí)時(shí)要求。
　?。?）CAN總線能以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)（組成）及全局廣播等多種形式傳送或接受數(shù)據(jù)。
　?。?）CAN總線的通信性能好，直接通信距離可達(dá)10km（速率5KB/s以下），通信速率最高可達(dá)1MB/s（距離最長(zhǎng)為4m）。
　?。?）CAN總線上的節(jié)點(diǎn)數(shù)可多達(dá)110個(gè)。
　?。?）CAN總線采用短幀結(jié)構(gòu)，每一幀的有效字節(jié)為8個(gè)，這樣傳輸時(shí)間短，受干擾的概率低，具有極好的檢錯(cuò)效果。
　　二、汽車CAN總線網(wǎng)絡(luò)
　　車載電子控制裝置(ECU)之間的信息交換，形成汽車電子控制網(wǎng)絡(luò)。CAN總線最初就是被設(shè)計(jì)作為汽車環(huán)境中的微控制器之間通訊的。高速CAN主要用于動(dòng)力系統(tǒng)， 容錯(cuò)CAN主要應(yīng)用于對(duì)于數(shù)據(jù)傳輸可靠性要求較低的場(chǎng)合，低成本的LIN總線是CAN總線的擴(kuò)充。CAN與LIN的相互結(jié)合使汽車網(wǎng)絡(luò)更加安全、可靠，而且成本低、開發(fā)簡(jiǎn)單。
　　局域互連網(wǎng)(LIN)總線標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用包括車門、方向盤、座椅、空調(diào)、照明、雨量傳感器和交流發(fā)電機(jī)等。在這套裝置中，低成本局域互連網(wǎng)(LIN)運(yùn)用了智能傳感器、調(diào)節(jié)器、照明等機(jī)械電子設(shè)備，它們可以十分簡(jiǎn)便地與汽車系統(tǒng)結(jié)合起來，并實(shí)施各種診斷及服務(wù)工作。數(shù)字信號(hào)將取代普通的模擬編碼信號(hào)，從而優(yōu)化線路系統(tǒng)。眾多運(yùn)用局域互連網(wǎng)(LIN)總線的設(shè)備正在研制當(dāng)中。
　　CAN 總線在奧迪A4-B6應(yīng)用示例
　　到目前為止，奧迪A4-B6上共應(yīng)用了三條CAN總線:動(dòng)力總線、舒適總線和信息娛樂總線。
　　1.動(dòng)力總線控制單元有發(fā)動(dòng)機(jī)、組合儀表、變速器、ESP（包括ABS、EBV、EDS、ASR和BAS等）、氣囊、轉(zhuǎn)向柱控制單元。它的傳輸速率在整車電控系統(tǒng)中是最快的，一般為500kbit/s，最高可達(dá)1000kbits/s。CAN-HIGH，CAN-LOW不能進(jìn)行單線傳輸。系統(tǒng)內(nèi)各個(gè)控制單元之間采用中央線束連接，即星形接法。
　　2.舒適總線和信息娛樂總線二者共同的特點(diǎn)：
　　1）傳遞信息的速率較低，均為100bits/s；
　　2）都可以單線運(yùn)行；
　　3）有“睡眠模式”。為了省電和當(dāng)總線中某控制單元出現(xiàn)故障時(shí)不致使蓄電池虧電，當(dāng)系統(tǒng)處于睡眠模式時(shí)，CAN高線上的電壓為0V，CAN低線上電壓為12V。
　　總結(jié)
　　CAN屬于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線的范疇，與一般的通信總線相比，CAN總線的數(shù)據(jù)通信具有突出的可靠性、實(shí)時(shí)性和靈活性。由于其良好的性能及獨(dú)特的設(shè)計(jì)，CAN總線越來越受到人們的重視，它在汽車領(lǐng)域上的應(yīng)用是最廣泛的。文章簡(jiǎn)單介紹了其在建筑和汽車工業(yè)的應(yīng)用，隨著技術(shù)的發(fā)展，CAN總線會(huì)有越來越廣泛的應(yīng)用。