汽车CAN总线基础知识培训资料
CAN总线基础知识
1．CAN总线是什么？CAN（Controller Area Network）是ISO国际标准化的串行通信协议。
广泛应用于汽车、船舶等。
具有已经被大家认可的高性能和可靠性。
CAN控制器通过组成总线的2根线（CAN-H和CAN-L）的电位差来确定总线的电平，在任一时刻，总线上有2种电平：显性电平和隐性电平。
“显性”具有“优先”的意味，只要有一个单元输出显性电平，总线上即为显性电平，并且，“隐性”具有“包容”的意味，只有所有的单元都输出隐性电平，总线上才为隐性电平。
（显性电平比隐性电平更强）。
总线上执行逻辑上的线“与”时，显性电平的逻辑值为“0”，隐性电平为“1”。
下图显示了一个典型的CAN拓扑连接图。
连接在总线上的所有单元都能够发送信息，如果有超过一个单元在同一时刻发送信息，有最高优先级的单元获得发送的资格，所有其它单元执行接收操作。
2．CAN总线的特点CAN总线协议具有下面的特点：1) 多主控制当总线空闲时，连接到总线上的所有单元都可以启动发送信息，这就是所谓的多主控制的概念。
先占有总线的设备获得在总线上进行发送信息的资格。
这就是所谓的CSMA/CR（Carrier Sense MultipleAccess/Collosion Avoidance）方法如果多个设备同时开始发送信息，那么发送最高优先级ID消息的设备获得发送资格。
2) 信息的发送在CAN协议中，所有发送的信息要满足预先定义的格式。
当总线没有被占用的时候，连接在总线上的任何设备都能起动新信息的传输，如果两个或更多个设备在同时刻启动信息的传输，通过ID来决定优先级。
ID并不是指明信息发送的目的地，而是指示信息的优先级。
如果2个或者更多的设备在同一时刻启动信息的传输，在总线上按照信息所包含的ID的每一位来竞争，赢得竞争的设备（也就是具有最高优先级的信息）能够继续发送，而失败者则立刻停止发送并进入接收操作。
因为总线上同一时刻只可能有一个发送者，而其它均处于接收状态，所以，并不需要在底层协议中定义地址的概念。
CAN基础培训
时间份额与波特率
时间份额来源于对系统时钟可编程的分频
波特率=1/位时间=1/(n*tq)
同步段
一个位的输出从同步段开始 用于同步各个节点，跳变沿产生在此段内 固定长度，1个TQ
传播段
传播段用于补偿信号通过网络和节点传播 的物理延迟 传播段长度应能保证2倍的信号在总线的延 迟 长度可编程（1…8个时间份额或更长）
位填充检查
检查区间从SOF到CRC分隔符
应答
只有一个节点的网络无法工作！
回读
所发送的位必须从总线上正确回读，否则 就是一个位错误 在仲裁场和应答间隙，隐性位可以被显性 位重写
同步
硬同步：ECU对表
重同步：一秒钟有多长？
位定时的组成
一个位时间包含4个时间段，8-25个时间份 Time Quantum(TQ) 为了编程方便，许多CAN模块将传播段和 相位缓冲段合并，称为时间段1；将相位缓 冲段2称为时间段2
错误分类
CRC错误（CRC Error） 形式错误（Form Error） 填充错误（Stuff Error） 应答错误（ACK Error） 位错误（Bit Error）
CRC校验（1/2）
接收到的校验值必须与计算出的校验值一 致
CRC校验（2/2）
否则，发送错误帧
形式检测
在CRC分隔符、ACK分隔符、帧结束和帧 间隔中不允许出现显性位
总线值（Bus value）
逻辑0 代表“显性” 逻辑1 代表“隐性”
线与机制
回读
节点在发送每个位的同时读取总线上的电 平信号
总线仲裁(1/2)
载波侦听和带冲突检测协议的多路访问（ CSMA/CD） CAN报文的优先级由标识符值决定
汽车CAN总线详细教程
03
和纠正等功能。
CAN总线的优缺点
CAN总线的优点包括
实时性强、可靠性强、灵活性强、成 本低等。
CAN总线的缺点包括
对噪声和干扰敏感、节点数量有限、 对总线长度有限制等。
02
CAN总线基础知识
位时间与位编码
位时间
在CAN总线中，每一位的传输时间称为位时间。位时间与波特率有关，因为波特率定义了每秒传输的位数。
电源故障
检查CAN总线电源是否正常，以及电源分配 是否合理。
CAN总线维修与保养建议
定期检查
定期检查CAN总线的连接和终端电 阻，确保连接牢固、电阻正确。
备份数据
备份CAN总线的配置和故障码数据 ，以便在需要时进行恢复。
更换元件
如果发现故障元件，及时更换以确保 CAN总线的正常运行。
软件升级
及时升级CAN总线的软件版本，以 提高系统的稳定性和可靠性。
VS
连接方式
CAN总线可以以不同的方式连接，例如 串联、并联或混合连接。串联连接是最常 见的连接方式，其中每个节点串联连接在 总线上。
03
CAN总线在汽车上的应用
车载网络架构
车载网络
车载网络是汽车内部各个电子控制单元（ECU） 之间进行数据传输和信息共享所构成的通信系统 。
LIN总线
LIN总线是一种低速的串行通信协议，主要用于汽 车中的低速网络，如车门控制、座椅控制等。
错误检测与处理
错误检测
CAN总线使用循环冗余校验（CRC）来检测错误。CRC码附加在数据帧的尾部，用于验证数据的完整 性。
错误处理
如果检测到错误，CAN总线可以采取不同的错误处理策略，例如重新发送数据或忽略错误数据。
通信接口与连接方式
CAN总线培训资料
CAN-BUS BUS的功能
2、CAN-BUS的功能 CAN-BUS的功能 （1）、实现电器功能集成控制； 实现电器功能集成控制； ）、实现电器功能集成控制 实现信号测试与故障诊断； （2）、实现信号测试与故障诊断； ）、实现信号测试与故障诊断 实现在线编程； （3）、实现在线编程； ）、实现在线编程 （4）、实现各车型配置与生产和销售 ）、实现各车型配置与生产和销售 信息相结合； 信息相结合； 提高电器系统的抗干扰性、 （5）、提高电器系统的抗干扰性、可 ）、提高电器系统的抗干扰性 靠性、灵活性、实时性。 靠性、灵活性、实时性。
CAN-BUS的特点 的特点
4、CAN-BUS的特点 CAN-BUS的特点 通讯介质：双绞线、 （1）、 通讯介质：双绞线、同轴电 光纤； 缆、光纤； （2）、通信速率： ）、通信速率： 通信速率 1Mbps(40m)~5Kbps(10Km)； 1Mbps(40m)~5Kbps(10Km)； （3）、通讯方式：采用串行通讯； ）、通讯方式：采用串行通讯； 通讯方式 数字信号编码方式： （4）、数字信号编码方式：采用曼彻 ）、数字信号编码方式 斯特编码； 斯特编码； （5）支持节点数：110个。 支持节点数：110个
CAN-BUS的关键技术 的关键技术
5、CAN-BUS的关键技术 CAN-BUS的关键技术 结构模型：物理层PH CANPH（ （1）、 结构模型：物理层PH（CAN-H、 CAN- ）、数据联络层DL、网络层N 数据联络层DL CAN-L）、数据联络层DL、网络层N、传 输层T 会话层S 表示层P 应用层A 输层T、会话层S、表示层P、应用层A； （2）、ECU：ECU是CAN技术的核心，其 ）、ECU：ECU是CAN技术的核心， ECU 技术的核心 功能包括：CAN控制器 CAN收发器 控制器、 收发器、 功能包括：CAN控制器、CAN收发器、应 用层的软件（CPU-SJA1000-CAN）； 用层的软件（CPU-SJA1000-CAN）； （3）、网络结构：多节点、多网关 ）、网络结构：多节点、 网络结构 见下图）。 （见下图）。
初级培训CAN讲解
售后服务培训中心
2002-4-25
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基本技术－Canbus
7. Linbus
基本构造
杨超雄
Linbus是内部网络的缩写。所谓汽车中的内部网络是指所有的控制单元 都在一个总成内（如空调等），并且有主控制器和子控制器之分，整个 总成内（主控制器和子控制器，子控制器和子控制器）信息都由Linbus 相连，然后由主控制器通过Canbus与外界相连。Linbus是CANBUS的子网, 但它只有一根数据线，线截面积为0.35mm2,并且没有屏蔽措施。Linbus 系统规定一个主控制单元最多可以连接16个子控制单元
售后服务培训中心
2002-4-25
页数: 6
基本技术－Canbus
基本构造
CAN收发器 CAN收发器
杨超雄
4. Canbus采用双绞线自身校验的结构，既可以 防止电磁干扰对传输信息的影响，也可以防止本 身对外界的干扰。系统中采用高低电平两根数据 线，控制器输出的信号同时向两根通讯线发送， 高低电平互为镜像。并且每一个控制器都增加了 终端电阻，已减少数据传送时的过调效应。 Canbus双绞线的基本颜色： Can总线的基本颜色：橙色；Can-Low总是棕色； Can-High:驱动系统(黑色)；舒适系统（绿色)； 信息系统(紫色）；
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2002-4-25
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基本技术－Canbus
数据传输
杨超雄
3. Canbus系统的难题-发送和接受的同步
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2002-4-25
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基本技术－Canbus
同步解决方案一：边沿对齐
数据传输
杨超雄
为了保证发送和接受能够同步，Canbus规定了边沿对齐规则。也就是说接收器发现每一次 电平反向的节拍不对时，必须调整边沿，以求得同步。这个规则在电平变化频繁时能有效 的保证了接收的正确性
CAN总线基础知识
四、CAN 四、CAN 有哪些技术特点？
CAN控制器局部网主要特征 CAN控制器局部网主要特征 ---工业级总线式串行通信网络标准 ---多主站依据优先权进行总线访问 ---无破坏性的基于优先权的仲裁 ---借助接收滤波的多地址帧传送 ---远程数据请求 ---数据通信配置灵活性 ---数据通信高实时性 ---数据通信高可靠性 ---全系统数据相容性 ---错误检测和出错信令 ---发送期间若丢失仲裁或由于出错而遭破坏的帧可自动重发送 ---暂时错误和永久性故障接点的判别以及故障节点的自动脱离
一、什么是CAN 一、什么是CAN ?
CAN，全称为“Controller Area Network”，即控制器局域 网，是国际上应用最广泛的现场总线之一。最初，CAN被设 计作为汽车环境中的微控制器通讯，在车载各电子控制装置 ECU之间交换信息，形成汽车电子控制网络。比如：发动机 管理系统、变速箱控制器、仪表装备、电子主干系统中，均 嵌入CAN控制装置。 一个由CAN 总线构成的单一网络中，理论上可以挂接无 数个节点。实际应用中，节点数目受网络硬件的电气特性所 限制。例如，当使用Philips P82C250作为CAN收发器时，同 一网络中允许挂接110个节点。CAN 可提供高达1Mbit/s的数 据传输速率，这使实时控制变得非常容易。另外，硬件的错 误检定特性也增强了CAN的抗电磁干扰能力。
CAN是一种多主方式的串行通讯总线，基本设计规范 要求有高的位速率，高抗电磁干扰性，而且能够检测出产生 的任何错误。当信号传输距离达到10Km时，CAN 仍可提供 高达50Kbit/s的数据传输速率。 由于CAN总线具有很高的实时性能，因此，CAN已经 在汽车工业、航空工业、工业控制、安全防护等领域中得到 了广泛应用。
CAN总线培训讲义
MULTIBUS 系统的优点 为什么使用总线控制系统 ?
简化车辆的维护工作 = 降低售后服务成本
应用总线控制系统可以通过屏幕方便的检测设备 的故障，甚至记录偶尔发生的故障。
应用J1939/J1708协议对其它ECM进行故障诊断， 诊断结果可以显示在屏幕上，从而省去诊断设备。
诊断界面
MULTIBUS 系统的优点
MULTIBUS 系统的优点 为什么使用总线控制系统 ?
简化设计工作 = 节省时间，更快地对市场作出反应
在客车制造中出现越来越多的客户定制功能，并且有些 功能相当复杂。应用传统的电气结构，为满足这些要求 可能会有大量的工作，设计新的线束，开发或购买专用 的电器设备等，造成交货不及时；总线控制系统可以极 大的改善这一状况，模块的智能化，可以通过软件编程， 方便的实现特殊功能，缩短生产时间，及时满足客户需 求。
：车辆上各类灯故障 ：车辆上其它设备故障 次数：故障的累计次数 接口：接插件编号和相应的端子号
：信号没有输入（输入端） 模块没有输出（输出端） ：信号已输入（输入端） 模块已输出（输出端） ：传感器故障（输入端） 负载故障（输出端）
MULTIBUS 系统的优点 为什么使用总线控制系统 ?
智能化系统 = 通过CAN总线实现设备间的数据通讯，提供更 高级的功能
电气负载故障主要是车辆上的电气负载设备发生故障或者连接电气负载设备的线路发生故 障，比如各类灯光负载发生短路、断路，传感器或电气设备损坏。对于这类故障的判断和
排除，可以参照以下方法进行：
一个负载工作 不正常 在屏幕上识别 模 块 #, 接 插 件 # 和 端子#
舒适性
ISO 11898 CAN 总线, J1708,
汽车CAN总线详细教程课件
刹车系统的刹车力度、刹车踏板位置等信息 也可以通过CAN总线传输到制动控制单元， 以提高制动效果。
CAN总线的优势
节省线束
由于CAN总线是数字通讯，所以它能够将多个控制单 元连接在一起，减少了许多线束的使用。
高效通讯
CAN总线的通讯速率高，可以在短时间内传输大量的 数据。
稳定性好
CAN总线具有很高的抗干扰能力，并且具有自我检测 和修复功能，所以它的稳定性非常好。
分析CAN总线数据
对监测到的数据进行深入分析，包括 数据类型、字节顺序、校验和等，确 保数据的正确性和可靠性。
使用示波器进行调试和测试
连接示波器
调整示波器设置
将示波器与汽车CAN总线相连接，选择合 适的通道和触发条件。
根据CAN总线的波特率和数据格式，调整 示波器的采样速率、时基等参数。
观察信号波形
汽车底盘控制模块应用实例
总结词
汽车底盘控制模块是CAN总线在汽车上的另一个应用 ，用于实现底盘的智能化控制和监测。
详细描述
CAN总线在底盘控制模块中，主要负责传输底盘传感 器数据和控制指令，包括刹车状态、转向角度、悬挂 高度等，以及ECU对底盘的控制指令，如ABS防抱死 系统、ESP电子稳定系统等。通过CAN总线，底盘控 制模块可以实时与其他控制模块进行通信，实现底盘 的智能化控制和监测。
VS
错误恢复
当错误检测机制检测到错误时，CAN总 线采取以下措施进行错误恢复：发送错误 标志：发送节点在检测到错误时立即在总 线上发送一个错误标志，以通知其他节点 发生了错误。接收节点在接收到错误标志 后，将接收到的数据丢弃并向发送节点发 送一个否定应答。
03
汽车CAN总线协议分析
CAN协议标准及版本
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汽车C A N总线基础知
识
CAN总线协议
控制器局域网总线（CAN，Controller Area Network）是一种用于实时应用的串行通讯协议总线，它可以使用双绞线来传输信号，是世界上应用最广泛的现场总线之一。
CAN协议用于汽车中各种不同元件之间的通信，以此取代昂贵而笨重的配电线束。
该协议的健壮性使其用途延伸到其他自动化和工业应用。
CAN协议的特性包括完整性的串行数据通讯、提供实时支持、传输速率高达1Mb/s、同时具有11位的寻址以及检错能力。
CAN总线发展
控制器局域网CAN( Controller Area Network)属于现场总线的范畴，是一种有效支持分布式控制系统的串行通信网络。
是由德国博世公司在20世纪80年代专门为汽车行业开发的一种串行通信总线。
而且能够检测出产生的任何错误。
当信号传输距离达到10km时，CAN仍可提供高达50kbit/s的数据传输速率。
CAN总线的工作原理
CAN总线使用串行数据传输方式，可以1Mb/s的速率在40m的双绞线上运行，也可以使用光缆连接，而且在这种总线上总线协议支持多主控制器。
[1]CAN与I2C总线的许多细节很类似，但也有一些明显的区别。
当CAN总线上的一个节点(站)发送数据时，它以报文形式广播给网络中所有节点。
对每个节点来说，无论数据是否是发给自己的，都对其进行接收。
每组报文开头的11位字符为标识符，定义了报文的优先级，这种报文格式称为面向内容的编址方案。
在同一系统中标识符是唯一的，不可能有两个站发送具有相同标识符的报文。
当几个站同时竞争总线读取时，这种配置十分重要。
当一个站要向其它站发送数据时，该站的CPU将要发送的数据和自己的标识符传送给本站的CAN芯片，并处于准备状态；当它收到总线分配时，转为发送报文状态。
CAN芯片将数据根据协议组织成一定的报文格式发出，这时网上的其它站处于接收状态。
每个处于接收状态的站对接收到的报文进行检测，判断这些报文是否是发给自己的，以确定是否接收它。
由于CAN总线是一种面向内容的编址方案，因此很容易建立高水准的控制系统并灵活地进行配置。
我们可以很容易地在CAN总线中加进一些新站而无需在硬件或软件上进行修改。
当所提供的新站是纯数据接收设备时，数据传输协议不要求独立的部分有物理目的地址。
它允许分布过程同步化，即总线上控制器需要测量数据时，可由网上获得，而无须每个控制器都有自己独立的传感器。
CAN总线在空闲（没有节点传输报文）时是一直处于隐性状态。
当有节点传输报文时显性覆盖隐性，由于CAN总线是一种串行总线，也就是说报文是一位一位的传输的，而且是数字信号（0和1），1代表隐性，0代表显性。
在传送报文的过程中是显隐交替的，就像二进制数字0101001等，这样就能把信息发送出去，而总线空闲的时候是一直处于隐性的。
CAN总线特征
(1)报文(Message)总线上的数据以不同报文格式发送，但长度受到限制。
当总线空闲时，任何一个网络上的节点都可以发送报文。
(2)信息路由(Information Routing)在CAN中，节点不使用任何关于系统配置的报文，比如站地址，由接收节点根据报文本身特征判断是否接收这帧信息。
因此系统扩展时，不用对应用层以及任何节点的软件和硬件作改变，可以直接在CAN中增加节点。
(3)标识符(Identifier) 要传送的报文有特征标识符(是数据帧和远程帧的一个域)，它给出的不是目标节点地址，而是这个报文本身的特征。
信息以广播方式在网络上发送，所有节点都可以接收到。
节点通过标识符判定是否接收这帧信息。
(4)数据一致性应确保报文在CAN里同时被所有节点接收或同时不接收，这是配合错误处理和再同步功能实现的。
(5)位传输速率不同的CAN系统速度不同，但在一个给定的系统里，位传输速率是唯一的，并且是固定的。
(6)优先权由发送数据的报文中的标识符决定报文占用总线的优先权。
标识符越小，优先权越高。
(7)远程数据请求(Remote Data Request) 通过发送远程帧，需要数据的节点请求另一节点发送相应的数据。
回应节点传送的数据帧与请求数据的远程帧由相同的标识符命名。
(8)仲裁(Arbitration) 只要总线空闲，任何节点都可以向总线发送报文。
如果有两个或两个以上的节点同时发送报文，就会引起总线访问碰撞。
通过使用标识符的逐位仲裁可以解决这个碰撞。
仲裁的机制确保了报文和时间均不损失。
当具有相同标识符的数据帧和远程帧同时发送时，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”电平而监视到的是“显性”电平，那么这个单元就失去了仲裁，必须退出发送状态。
(9)总线状态总线有“显性”和“隐性”两个状态，“显性”对应逻辑“0”，“隐性”对应逻辑“1”。
“显性”状态和“隐性”状态与为“显性”状态，所以两个节点同时分
别发送“0”和“1”时，总线上呈现“0”。
CAN总线采用二进制不归零(NRZ)编码方式，所以总线上不是“0”，就是“1”。
但是CAN协议并没有具体定义这两种状态的具体实现方式。
(10)故障界定(Confinement) CAN节点能区分瞬时扰动引起的故障和永久性故障。
故障节点会被关闭。
(11)应答接收节点对正确接收的报文给出应答，对不一致报文进行标记。
(12)CAN通讯距离最大是10公里（设速率为5Kbps）,或最大通信速率为
1Mbps(设通信距离为40米)。
(13)CAN总线上的节点数可达110个。
通信介质可在双绞线，同轴电缆，光纤中选择。
(14)报文是短帧结构，短的传送时间使其受干扰概率低，CAN有很好的校验机制，这些都保证了CAN通信的可靠性。
CAN总线的特点
（1）具有实时性强、传输距离较远、抗电磁干扰能力强、成本低等优点；（2）采用双线串行通信方式，检错能力强，可在高噪声干扰环境中工作；（3）具有优先权和仲裁功能，多个控制模块通过CAN 控制器挂到CAN-bus 上，形成多主机局部网络；
（4）可根据报文的ID决定接收或屏蔽该报文；
（5）可靠的错误处理和检错机制；
（6）发送的信息遭到破坏后，可自动重发；
（7）节点在错误严重的情况下具有自动退出总线的功能；
（8）报文不包含源地址或目标地址，仅用标志符来指示功能信息、优先级信息。