CAN總線應(yīng)用簡介

　　CAN，全稱為“Controller Area Network”，即控制器局域網(wǎng)，采用串行通信，是國際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場總線之一。CAN總線最早在1986年由德國Bosch公司最先提出，使用CAN連接發(fā)動機控制單元、傳感器、防剎車系統(tǒng)等，解決日益復雜的汽車電子裝置之間的連線問題，其傳輸速度可達1Mb/s，能有效地支持具有很高安全等級的分布實時控制。
　　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的報文格式說明按CAN1.2規(guī)范定義。
　　為了達到設(shè)計透明度以及實現(xiàn)柔韌性，CAN被細分為以下層次：對象層、傳輸層、物理層。
　　物理層定義不同節(jié)點間的信號根據(jù)電氣屬性進行位信息的傳輸方法。同一網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，物理層對于所有的節(jié)點必須是相同的。A部分沒有定義物理層，以便允許根據(jù)實際應(yīng)用，對發(fā)送媒體和信號電平進行優(yōu)化。
　　傳輸層是CAN協(xié)議的核心。她把接收到的報文提供給對象層，以及接收來自對象層的報文。傳輸層負責位定時及同步、報文分幀、仲裁、應(yīng)答、錯誤檢測和標定、故障界定。
　　對象層的功能是報文過濾以及狀態(tài)和報文的處理。
　　CAN節(jié)點的層結(jié)構(gòu)及其開發(fā)系統(tǒng)互聯(lián)模型OSI之間的對應(yīng)關(guān)系如圖所示。
　　（2）B部分
　　B部分包含了報文標準格式和擴展格式的說明。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)議于周圍各層當中所發(fā)揮的作用。
　　根據(jù)ISO/OSI參考模型，CAN被細分為數(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之間的對應(yīng)關(guān)系如圖所示。
　　物理層定義信號是如何實際地傳輸?shù)?，因此涉及位時間、位編碼、同步的解釋。B部分沒有定義物理層的驅(qū)動器/接收器特性，以便允許根據(jù)它們的應(yīng)用，對發(fā)送媒體和信號電平進行優(yōu)化。
　　MAC子層是CAN協(xié)議的核心。它把接收到的報文提供給LLC子層，并接受來自LLC子層的報文。MAC子層負責報文分幀、仲裁、應(yīng)答、錯誤檢測和標定。MAC子層也被稱作故障界定的管理實體監(jiān)管。
　　2、CAN總線特點
　　CAN總線網(wǎng)絡(luò)具有以下特點：
　?。?）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、傳輸層的標準。
　?。?）CAN總線可以工作在多主方式，網(wǎng)絡(luò)上任一節(jié)點均可以在任意時刻向其他節(jié)點發(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)點可分成不同的優(yōu)先級，以滿足不同的實時要求。
　?。?）CAN總線能以點對點、一點對多點（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10km（速率5KB/s以下），通信速率最高可達1MB/s（距離最長為4m）。
　　（6）CAN總線上的節(jié)點數(shù)可多達110個。
　?。?）CAN總線采用短幀結(jié)構(gòu)，每一幀的有效字節(jié)為8個，這樣傳輸時間短，受干擾的概率低，具有極好的檢錯效果。
　　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主要用于動力系統(tǒng)， 容錯CAN主要應(yīng)用于對于數(shù)據(jù)傳輸可靠性要求較低的場合，低成本的LIN總線是CAN總線的擴充。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)簡單。
　　局域互連網(wǎng)(LIN)總線標準應(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)電機等。在這套裝置中，低成本局域互連網(wǎng)(LIN)運用了智能傳感器、調(diào)節(jié)器、照明等機械電子設(shè)備，它們可以十分簡便地與汽車系統(tǒng)結(jié)合起來，并實施各種診斷及服務(wù)工作。數(shù)字信號將取代普通的模擬編碼信號，從而優(yōu)化線路系統(tǒng)。眾多運用局域互連網(wǎng)(LIN)總線的設(shè)備正在研制當中。
　　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:動力總線、舒適總線和信息娛樂總線。
　　1.動力總線控制單元有發(fā)動機、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1000kbits/s。CAN-HIGH，CAN-LOW不能進行單線傳輸。系統(tǒng)內(nèi)各個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：
　　1）傳遞信息的速率較低，均為100bits/s；
　　2）都可以單線運行；
　　3）有“睡眠模式”。為了省電和當總線中某控制單元出現(xiàn)故障時不致使蓄電池虧電，當系統(tǒng)處于睡眠模式時，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、實時性和靈活性。由于其良好的性能及獨特的設(shè)計，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總線會有越來越廣泛的應(yīng)用。