汽车CAN总线
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汽车CAN总线 重庆大学汽车系 张伟 5
当 CAN 总线上的一个节点发送数据时，它以报文形 式广播给网络中所有节点。对每个节点来说，无 论数据是不是发给自己的，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，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，判断这些报文是不是发给自己的， 以确定是否做进一步处理。
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2.3 CAN协议及其支持器件
于1991年9月形成技术规范2.0版本。包括2.0A和2.0B 两部分。其中2.0A给出了报文标准格式，2.0B给出 了报文的标准和扩展两种格式。推出2.0B是为了满 足美国汽车制造商对 C 类网应用的要求。随后， SAE 的货车客车控制和通信网络委员会 J1939 投票 通过了将 CAN 作为 C 类数据交换网应用于客车、货 车、农业及建筑车辆。 CAN 是 一 种 多 主 竞 争 总 线 形 式 ， 最 多 可 标 识 2032(2.0A)或5亿(2.0B)多个数据块。协议采用总线 (BUS) 型拓扑结构，数据信号采用 NRZ 编码，通讯 速率最大可达 1Mbps( 距离 40m)，能充分满足汽车 发动机控制、牵引控制、防抱死制动控制等单元间 实时信息交换的需要。短帧数据结构最长 8 个字节， 占用总线时间很短，从而保证了通讯的实时性。
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a. CAN废除传统的站地址编码，改为对通讯数据快
编码，用标识符来指示优先权和消息的功能。 b. 节点功能无主从之分，每个节点均可管理自身状 态，主动处理信息，故障严重的节点还会自动离 线，使总线的其他部分免受波及。 c. 消息全部采用短帧结构，数据段最多8个字节， 速率高达1Mbps。这不仅达到了普通工业控制传 输操作指令、运行状态及测试数据的一般要求， 海使通讯的占线时间缩短、受到干扰的概率降低， 保证了系统的实时性和可行性。 d. 总线访问采用CSMA/CD（带有冲突检测的载波 侦听多路访问）技术，访问冲突则通过对优先权 进行仲裁的方法加以解决。
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2.4 CAN总线的体系结构
当前各种针对汽车总线的专用接口芯片不断出现， 如 飞 利 浦 半 导 体 公 司 根 据 CAN 规 范 已 开 发 出 P8XC590 系列微控制系统， SGM 托马森公司也开 发 出 一 种 以 ST9 单 片 机 为 基 础 的 传 输 率 为 41.6kb/s的总线系统等。 CAN总线采用双线串行通讯方式，具有优先权和仲 裁功能，多个控制模块通过CAN接口挂到总线上。 其典型的接口如图1所示。不同的电子系统各自 形成总线段，各总线段之间通过网关进行连接， 最终形成汽车的网络。
车辆上引入总线网络的优点：
①减少了线束的数量和线束的容积，提高了电子系 统的可靠性、可维护性； ②采用通用传感器，达到数据共享的目的； ③改善了系统的灵活性，通过系统的软件可以实现 系统功能的变化。 从总线所实现的功能角度分，可分为两类： 一类是控制策略驱动的总线，如SAE的J1850、德 国大众的ABUS、博世的CAN、美国商用机器的 AutoCAN、ISO的VAN、马自达的ALMNET等。 另一类是以大量数据传输为目的的多媒体总线， 如，IDB-C、IDB-1394、MOST、AMIC-C等。
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CAN协议采用了15位CRC校验、位填充技术及完善的 差错处理机制，有力地保证了数据通讯的可靠性。 由于其良好的运行特性、极高的可靠性和独特的设计， 不但特别适合现代汽车各电子控制单元之间的互连 通讯，而且也越来越受到其它业界的欢迎，在国外， 尤其是欧美，CAN已被广泛应用于汽车(奔驰、宝马、 劳斯莱斯、美洲豹等 ) 、火车、船舶、机器人、楼 宇自动化、机械制造、医疗器械、消防管理、电力 自动化等领域。目前，支持 CAN 协议的有 INTEL、 MOTOROLA、PHILIPS、SIEMENS、NEC、 HONEYWELL等百余家国际著名公司。 目 前 市 场 上 最 常 见 的 CAN 总 线 产 品 有 PHILIPS 的 PCA82C200、SJA1000、P8XC591、P8XC592、 PCA82C250等。应用见图6、图7，由SJA1000构成 的网络节点内部逻辑如图8所示。
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主要汽车通讯协议
汽车CAN总线
重庆大学汽车系 张伟
2
2 CAN总线的工作特性
2.1 CAN的特点 首先，CAN的理念先进。在设计思想上，它立足 于信息时代的网络技术，顺应了高新控制理论 对工控系统“对象分散、策略柔性、运作实时” 的现代要求。在基本规范上，它引进甚至创造 了一系列保证高速率、高电磁兼容性及高容错 恢复能力的总线管理机制，可以解决今后一段 时期内普通工控领域所涉及的数字信息交换问 题。 其次，CAN的性能卓越：
汽车CAN总线 4
重庆大学汽车系 张伟
2.2 CAN总线的工作原理
CAN是一种多主竞争的总线形式，废除传统的站 地址编码方式，而是对数据信息进行编码。 CAN 充分利用了总线结构电缆长度短。布线容 易、可靠性高、易于扩充等优点。数据信号采 用 NRZ 编码，通讯速率最大可达 1Mb/s（距离 40m），能充分满足汽车发动机控制、牵引控 制和防抱死制动控制等单元间实时信息交换的 需要。短帧数据结构最长 8 个字节，占用总线 时间很短，从而保证了通讯的实时性。 CAN 协 议采用了15位CRC效验、位填充技术及完善的 差错处理机制，有力的保证了数据通讯的可靠 性。通讯介质采用廉价的双绞线、性价比较高 的同轴电缆或高品质的光纤。
当 CAN 总线上的一个节点发送数据时，它以报文形 式广播给网络中所有节点。对每个节点来说，无 论数据是不是发给自己的，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，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，判断这些报文是不是发给自己的， 以确定是否做进一步处理。
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于1991年9月形成技术规范2.0版本。包括2.0A和2.0B 两部分。其中2.0A给出了报文标准格式，2.0B给出 了报文的标准和扩展两种格式。推出2.0B是为了满 足美国汽车制造商对 C 类网应用的要求。随后， SAE 的货车客车控制和通信网络委员会 J1939 投票 通过了将 CAN 作为 C 类数据交换网应用于客车、货 车、农业及建筑车辆。 CAN 是 一 种 多 主 竞 争 总 线 形 式 ， 最 多 可 标 识 2032(2.0A)或5亿(2.0B)多个数据块。协议采用总线 (BUS) 型拓扑结构，数据信号采用 NRZ 编码，通讯 速率最大可达 1Mbps( 距离 40m)，能充分满足汽车 发动机控制、牵引控制、防抱死制动控制等单元间 实时信息交换的需要。短帧数据结构最长 8 个字节， 占用总线时间很短，从而保证了通讯的实时性。
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a. CAN废除传统的站地址编码，改为对通讯数据快
编码，用标识符来指示优先权和消息的功能。 b. 节点功能无主从之分，每个节点均可管理自身状 态，主动处理信息，故障严重的节点还会自动离 线，使总线的其他部分免受波及。 c. 消息全部采用短帧结构，数据段最多8个字节， 速率高达1Mbps。这不仅达到了普通工业控制传 输操作指令、运行状态及测试数据的一般要求， 海使通讯的占线时间缩短、受到干扰的概率降低， 保证了系统的实时性和可行性。 d. 总线访问采用CSMA/CD（带有冲突检测的载波 侦听多路访问）技术，访问冲突则通过对优先权 进行仲裁的方法加以解决。
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当前各种针对汽车总线的专用接口芯片不断出现， 如 飞 利 浦 半 导 体 公 司 根 据 CAN 规 范 已 开 发 出 P8XC590 系列微控制系统， SGM 托马森公司也开 发 出 一 种 以 ST9 单 片 机 为 基 础 的 传 输 率 为 41.6kb/s的总线系统等。 CAN总线采用双线串行通讯方式，具有优先权和仲 裁功能，多个控制模块通过CAN接口挂到总线上。 其典型的接口如图1所示。不同的电子系统各自 形成总线段，各总线段之间通过网关进行连接， 最终形成汽车的网络。
车辆上引入总线网络的优点：
①减少了线束的数量和线束的容积，提高了电子系 统的可靠性、可维护性； ②采用通用传感器，达到数据共享的目的； ③改善了系统的灵活性，通过系统的软件可以实现 系统功能的变化。 从总线所实现的功能角度分，可分为两类： 一类是控制策略驱动的总线，如SAE的J1850、德 国大众的ABUS、博世的CAN、美国商用机器的 AutoCAN、ISO的VAN、马自达的ALMNET等。 另一类是以大量数据传输为目的的多媒体总线， 如，IDB-C、IDB-1394、MOST、AMIC-C等。
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CAN协议采用了15位CRC校验、位填充技术及完善的 差错处理机制，有力地保证了数据通讯的可靠性。 由于其良好的运行特性、极高的可靠性和独特的设计， 不但特别适合现代汽车各电子控制单元之间的互连 通讯，而且也越来越受到其它业界的欢迎，在国外， 尤其是欧美，CAN已被广泛应用于汽车(奔驰、宝马、 劳斯莱斯、美洲豹等 ) 、火车、船舶、机器人、楼 宇自动化、机械制造、医疗器械、消防管理、电力 自动化等领域。目前，支持 CAN 协议的有 INTEL、 MOTOROLA、PHILIPS、SIEMENS、NEC、 HONEYWELL等百余家国际著名公司。 目 前 市 场 上 最 常 见 的 CAN 总 线 产 品 有 PHILIPS 的 PCA82C200、SJA1000、P8XC591、P8XC592、 PCA82C250等。应用见图6、图7，由SJA1000构成 的网络节点内部逻辑如图8所示。
汽车CAN总线 重庆大学汽车系 张伟 1
主要汽车通讯协议
汽车CAN总线
重庆大学汽车系 张伟
2
2 CAN总线的工作特性
2.1 CAN的特点 首先，CAN的理念先进。在设计思想上，它立足 于信息时代的网络技术，顺应了高新控制理论 对工控系统“对象分散、策略柔性、运作实时” 的现代要求。在基本规范上，它引进甚至创造 了一系列保证高速率、高电磁兼容性及高容错 恢复能力的总线管理机制，可以解决今后一段 时期内普通工控领域所涉及的数字信息交换问 题。 其次，CAN的性能卓越：
汽车CAN总线 4
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2.2 CAN总线的工作原理
CAN是一种多主竞争的总线形式，废除传统的站 地址编码方式，而是对数据信息进行编码。 CAN 充分利用了总线结构电缆长度短。布线容 易、可靠性高、易于扩充等优点。数据信号采 用 NRZ 编码，通讯速率最大可达 1Mb/s（距离 40m），能充分满足汽车发动机控制、牵引控 制和防抱死制动控制等单元间实时信息交换的 需要。短帧数据结构最长 8 个字节，占用总线 时间很短，从而保证了通讯的实时性。 CAN 协 议采用了15位CRC效验、位填充技术及完善的 差错处理机制，有力的保证了数据通讯的可靠 性。通讯介质采用廉价的双绞线、性价比较高 的同轴电缆或高品质的光纤。