汽车CAN总线基本原理及应用

1、汽车CAN总线基本原理 1、CAN总线简介 2、CAN总线通信模式 3、CAN总线的性能特点 4、CAN总线应用实例1 1、CANCAN总线简介总线简介 控制器局域网络（控制器局域网络（Controller Area Network Controller Area Network 简称简称CANCAN）主要用于各种过程（设备）监测及控制。主要用于各种过程（设备）监测及控制。CANCAN最初是由德国的最初是由德国的BoschBosch公司为汽车的监测与控制设计的，但由于公司为汽车的监测与控制设计的，但由于CANCAN总线本身总线本身的突出特点，其应用领域目前已不再局限于汽车行业，而向的突出特点，

2、其应用领域目前已不再局限于汽车行业，而向过程工业、机械工业、机器人、数控机床、医疗器械及传感过程工业、机械工业、机器人、数控机床、医疗器械及传感器等领域发展。由于其高性能、高可靠性及独特的设计，器等领域发展。由于其高性能、高可靠性及独特的设计，CANCAN总线越来越受到人们的重视，国际上已经有很多大公司的产总线越来越受到人们的重视，国际上已经有很多大公司的产品采用了这一技术。品采用了这一技术。CANCAN已经形成国际标准（已经形成国际标准（ISO11898ISO11898），并），并已成为工业数据通信的主流技术之一。已成为工业数据通信的主流技术之一。2 CAN总线的通信模式 第一，“载波监测，

3、多主掌控/冲突避免 这就允许在总线上的任一设备有同等的机会取得总线的控制这就允许在总线上的任一设备有同等的机会取得总线的控制权来向外发送信息。如果在同一时刻有两个以上的设备欲发送信权来向外发送信息。如果在同一时刻有两个以上的设备欲发送信息，就会发生数据冲突，息，就会发生数据冲突，CANCAN总线能够实时地检测这些冲突情况总线能够实时地检测这些冲突情况并作出相应的仲裁而不会破坏待传之信息；并作出相应的仲裁而不会破坏待传之信息； 第二，信息报文在传送时不是基于目的站点地址； 这就允许不同的信息以这就允许不同的信息以“广播广播”的形式发送到所有节点并且的形式发送到所有节点并且可在不改变信息格式的前提

4、下对报文进行不同配置可在不改变信息格式的前提下对报文进行不同配置； 第三，CAN总线是一种高速的，具备复杂的错误检测和恢复能力的高可靠性强有力的网络。 2 CAN总线的通信模式一、一、CSMA/CDCSMA/CD载波监测，多主掌控载波监测，多主掌控/ /冲突避免冲突避免 “载波监测载波监测”的意思是指在总线上的每个节点在发送信息报的意思是指在总线上的每个节点在发送信息报文前都必须监测到总线上有一段时间的空闲状态。文前都必须监测到总线上有一段时间的空闲状态。 “多主掌控多主掌控”的意思是一旦此一空闲状态被监测到，那么每个的意思是一旦此一空闲状态被监测到，那么每个节点都有均等的机会来发送报文。节点

5、都有均等的机会来发送报文。 “冲突避免冲突避免”是指在两上节点同时发送信息时，节点本身首是指在两上节点同时发送信息时，节点本身首先会检测到出现冲突，然后采取相应的措施来解决这一冲突情况。先会检测到出现冲突，然后采取相应的措施来解决这一冲突情况。此时优先级高的报文先发送，低优先级的报文发送会暂停。在此时优先级高的报文先发送，低优先级的报文发送会暂停。在CANCAN总线协议中是通过一种非破坏性的仲裁方式来实现冲突检测。总线协议中是通过一种非破坏性的仲裁方式来实现冲突检测。这也就意味着当总线出现发送冲突时，通过仲裁后原发送信息不这也就意味着当总线出现发送冲突时，通过仲裁后原发送信息不会受到任何影响。

6、所有的仲裁判别都不会破坏优先级高的报文信会受到任何影响。所有的仲裁判别都不会破坏优先级高的报文信息内容，也不会对其发送产生任何的时延。息内容，也不会对其发送产生任何的时延。2 CAN总线的通信模式二、基于报文的通讯 CANCAN总线是一个基于报文而不是基于站点地址的协议。也总线是一个基于报文而不是基于站点地址的协议。也就是说报文不是按照地址从一个节点传送到另一个节点。就是说报文不是按照地址从一个节点传送到另一个节点。CANCAN总总线上报文所包含的内容只有优先级标志区和欲传送的数据内容。线上报文所包含的内容只有优先级标志区和欲传送的数据内容。所有节点都会接收到在总线上传送的报文，并在正确接后发

7、出所有节点都会接收到在总线上传送的报文，并在正确接后发出应答确认。至于该报文是否要做进一步的处理或被丢弃将完全应答确认。至于该报文是否要做进一步的处理或被丢弃将完全取决于接收节点本身。同一个报文可以发送给特定的站点或许取决于接收节点本身。同一个报文可以发送给特定的站点或许多站点，就看你怎样去设计你的网络和系统。多站点，就看你怎样去设计你的网络和系统。 基于报文的这种协议另外一个好处是新的节点可以随时方便基于报文的这种协议另外一个好处是新的节点可以随时方便地加入到现有的系统中，而不需对所有节点进行重新编程以便地加入到现有的系统中，而不需对所有节点进行重新编程以便它们能识别这一新节点。一旦新节点加

8、入到网络中，它就开始它们能识别这一新节点。一旦新节点加入到网络中，它就开始接收信息，判别信息标识，然后决定是否作处理或直接丢弃。接收信息，判别信息标识，然后决定是否作处理或直接丢弃。 2 CAN总线的通信模式三、CAN总线是一种高速的，具备复杂的错误检测和恢复能力的高可靠性强有力的网络 （1 1）高速性：）高速性： CANCAN总线一开始是为汽车工业而设计的，如果总线一开始是为汽车工业而设计的，如果要使这一市场能够接受它，一个能高效处理出错情况的通讯要使这一市场能够接受它，一个能高效处理出错情况的通讯协议是至关重要的。在发布了协议是至关重要的。在发布了2.0B2.0B版的版的CANCAN总线技

9、术规范后，总线技术规范后，其最大的通讯速率已经比其最大的通讯速率已经比1.01.0版提高了版提高了8 8倍，达倍，达1M1M位位/ /秒秒, ,在这在这种速率下，即便是对时间要求非常关键的参数也可以通过种速率下，即便是对时间要求非常关键的参数也可以通过CANCAN总线传输而不必担心其时延。总线传输而不必担心其时延。2 CAN总线的通信模式（2 2）CANCAN总线协议有一套完整的差错管理机制总线协议有一套完整的差错管理机制 能够自动地检测出这些错误信息，由此保证了被传信能够自动地检测出这些错误信息，由此保证了被传信息的正确必性和完整性。息的正确必性和完整性。错误类型 发送错误可通过发送错误可通

10、过“CRCCRC出错出错”检测到；检测到； 普通接收错误可通过普通接收错误可通过“应答出错应答出错”检测到；检测到； CANCAN报文格式错误可通过报文格式错误可通过“格式出错格式出错”检测到；检测到； CANCAN总线信号错误可通过总线信号错误可通过“位出错位出错”检测到；检测到； 同步和定时错误可通过同步和定时错误可通过“阻塞出错阻塞出错”检测到。检测到。 3 3 CANCAN总线的总线的技术特点技术特点 由于其采用了许多新技术及独特的设计与一般的通信总由于其采用了许多新技术及独特的设计与一般的通信总线相比，线相比，CANCAN总线的数据通信具有突出的可靠性、实时性和总线的数据通信具有突出

11、的可靠性、实时性和灵活性。其特点可概括如下：灵活性。其特点可概括如下： 1.CAN1.CAN为多主工作方式，网络上任意以节点均可在任意时刻主为多主工作方式，网络上任意以节点均可在任意时刻主动的地向网络上其它节点发送信息，而不分主从。动的地向网络上其它节点发送信息，而不分主从。 2.CAN 2.CAN网络上的节点信息分为不同的优先级，可满足不同的实网络上的节点信息分为不同的优先级，可满足不同的实时要求，高优先级的数据最多可在时要求，高优先级的数据最多可在134s134s内得到传输。内得到传输。 3.CAN 3.CAN采用非破坏性总线仲裁技术，当多个节点同时向总线发采用非破坏性总线仲裁技术，当多个

12、节点同时向总线发送信息时，优先级较低的节点会主动退出发送，而最高优先送信息时，优先级较低的节点会主动退出发送，而最高优先级的节点可不受影响的继续传输数据。级的节点可不受影响的继续传输数据。 4.CAN 4.CAN程序通过报文滤波即可实现点对点、一点对多点及全局程序通过报文滤波即可实现点对点、一点对多点及全局广播等几种方式传送接收数据，无需专门的广播等几种方式传送接收数据，无需专门的“调度调度”。 3 3 CANCAN总线的总线的技术特点技术特点 5.CAN5.CAN的直线通信距离最长可达的直线通信距离最长可达10km10km（速率（速率5Kbps5Kbps以下），通以下），通信速率最高可达信速

13、率最高可达1Mbps1Mbps（此时通信距离最长为（此时通信距离最长为40m40m）6.CAN6.CAN上的节点数主要取决于总线驱动电路，目前可达上的节点数主要取决于总线驱动电路，目前可达128128个；个；报文标识符可达报文标识符可达20322032种（种（CAN2.0ACAN2.0A），而扩展标准），而扩展标准（CAN2.0BCAN2.0B）的报文标识符几乎不受限制。）的报文标识符几乎不受限制。7.7.采用短帧结构，传输时间短，受干扰概率低，具有良好的采用短帧结构，传输时间短，受干扰概率低，具有良好的检错效果。检错效果。3 3 CANCAN总线的总线的技术特点技术特点 8.CAN8.CAN的每帧信息都有的每帧信息都有CRCCRC校验及其它检错措施，保证了数校验及其它检错措施，保证了数据出错率极低。据出错率极低。9.CAN9.CAN的通信介质可为双绞线、同轴电缆或光纤，选择灵的通信介质可为双绞线、同轴电缆或光纤