汽车底盘及车身电控系统维修

1、汽车底盘及车身电控系统维修第10章车车载网络络技术10.1概述车载网络络是指汽汽车上多多个处理理器之间间相互连连接、协协调工作作并共享享信息所所构成的的汽车车车载计算算机网络络系统。10.1.1车载网络络技术简简介1.车载网络络技术的的发展背背景自上世纪纪50年代汽车车技术与与电子技技术开始始融合以以来，电电子技术术在汽车车上的应应用范围围越来越越大，特特别是随随着集成成电路、大规模模集成电电路和超超大规模模集成电电路的发发展，为为汽车提提供功能能大、速速度快、性能可可靠的汽汽车电控控系统称称为现实实。电控控系统提提高了汽汽车的动动力性、燃油经经济性、安全性性和舒适适性。但但随着电电子技术术的

2、应用用，汽车车控制单单元的数数量不断断增多，造成相相应的传传感器、执行器器的数目目不断增增加，使使汽车电电路越来来越复杂杂。汽车车电路数数量的增增加，会会造成汽汽车的布布线十分分复杂，一方面面占用汽汽车空间间，使得得在有限限的汽车车空间内内布线越越来越 困难，另另一方面面也限制制了功能能的扩展展。复杂杂电路也也降低了了汽车的的可靠性性，一旦旦汽车线线束中出出了问题题，查找找故障也也很麻烦烦，增加加了维修修的难度度。据统统计，导导线质量量在汽车车上可占占整车质质量的4%，导线质质量每增增加50kg，汽车油油耗每百百公里会会增加0.2L。为解决上上述问题题，现代代汽车广广泛采用用车载网网络技术术，

3、将过过去一线线一用的的专线制制改为一一线多用用制。车车载网络络技术在在一条数数据线上上传递的的信号，可以被被多个系系统共享享，从而而最大限限度地提提高系统统的整体体效率，充分利利用有限限的资源源，减少少汽车上上电线的的数目，缩小线线束的直直径，车车载网络络技术将将计算机机技术融融入整个个汽车系系统之中中，加速速汽车智智能化的的发展。汽车传统统的信息息传递方方式是每每项信息息需独立立的数据据线完成成，有几几个信号号就要有有几条信信号传输输线。例例如宝来来汽车发发动机电电控单元元J220与自动变变速器电电控单元元J217之间就需需要5条信号传传输线，如图10-1所示。图10-1传统信号号传递方方式

4、如果需要要传递的的信号多多，就需需要更多多的信号号传输线线，而采采用车载载网络技技术，只只需要1根或2根传输线线即可，如图10-2所示。图10-2数字总线线信号传传递方式式2.国内外车车载网络络技术的的发展简简史20世纪80年代末，BOSCH公司和英英特尔公公司研制制了专门门用于汽汽车电气气系统的的总线控制器局局域网（Controller AreaNetwork）规范，简称CAN。20世纪90年代，由由于集成成电路技技术和电电子器件件制造技技术的迅迅速发展展，用单单片机作作为总线线的接口口端，采采用总线线技术的的价格逐逐步降低低，总线线技术进进入了实实用化阶阶段。随着汽车车电子技技术的发发展，

5、欧欧洲提出出了控制制系统的的新协议议TTP（Time TriggeredProtocol）。随着汽车车信息系系统对网网络传输输信息量量要求的的不断提提高，多多媒体系系统总线线协议标标准（如如D2B协议和MOST协议）应应运而生生。车载网络络技术已已运用到到奔驰、宝马、大众、通用、丰田、本田等等公司生生产的汽汽车上，同时相相关单位位也对车车载网络络技术传传输制订订了如表表10-1所示的标标准。车载网络内容速度（b/s）研发组织CAN（Controller Area Network）车身/动力传动系统控制用LAN协议，可能成为世界标准1 MRobert Bosch公司、ISOVAN（Vehicle

6、 Area Network）车身系统控制用LAN协议，以法国为中心1MISOJ1850车身系统控制用LAN协议，以美国为中心41.6KFord Motor公司LIN（Local Interconnect Network）车身系统控制用LAN协议，低端子系统专用20KLIN协会TTP/C（Time TriggeredProtocol by CAN）重视安全，按用途分类的控制用LAN协议，通用时分多路复用2-25MTIT公司表10-1主要车载载网络的的基本情情况10.1.2车载网络络基础知知识1.局域网局域网是是在一个个有限区区域内连连接的计计算机网网络，通通过该网网络实现现系统内内的资源源共享和

7、和信息通通信。连连接到网网络上的的节点可可以是计计算机、基于微微处理器器的应用用系统或或控制装装置。车车载网络络作为一一种局域域网，其其数据传传输速度度一般在在105Kb/s范围内，传输距距离在250m范围内。2.数据总线线数据总线线是指模模块间运运行数据据的通道道，即所所谓的信信息高速速公路，如图10-3所示。如如果模块块可以发发送和接接收数据据，则这这样的数数据总线线就称为为双向数数据总线线，汽车车上的信信息高速速公路实实际上是是一条或或两条导导线。图10-3数据总线线为了对抗抗电子干干扰，双双线制数数据总线线的两条条线是绞绞在一起起的，如如图10-4所示。各各汽车制制造商一一直在设设计各

8、自自的数据据总线，如果不不兼容，就称为为专用数数据总线线；如果果是按照照某种国国际标准准设计的的，就是是非专用用的，但但基本上上都是专专用的数数据总线线。图10-4双绞线3.模块/节点模块/节点是一一种电子子装置，如温度度、压力力传感器器。传感感器是一一个模块块装置，根据温温度和压压力的不不同将产产生不同同的电压压信号，这些电电压信号号在数字字装置的的输入接接口被转转变成数数字信号号，在计计算机多多路传输输系统中中的控制制单元模模块被称称为节点点。4.局域网的的拓扑结结构所谓拓扑扑结构，就是网网络的物物理连接接方式。局域网网的常用用拓扑结结构有三三种：星星型、环环型、总总线型。局域网网多用总总

9、线型方方式，总总线型网网络即所所有入网网计算机机通过分分接头接接入到一一条载波波传输线线上，信信道利用用率较高高，但同同一时刻刻只能有有两处网网络节点点在相互互通信，网络延延伸距离离有限，网络容容纳节点点数有限限，适用用于传输输距离较较短、地地域有限限的组网网环境，如图10-5所示。图10-5总线型网网络拓扑扑结构5.链路链路指网网络信息息传输的的媒体，分为有有线和无无线两种种类型，目前汽汽车上使使用的大大多数链链路都是是有线网网络。通通常用于于局域网网的传输输媒体有有：双绞绞线、同同轴电缆缆和光纤纤。双绞线是是局域网网中最普普通的传传输媒体体，一般般用于低低速传输输，最大大传输速速率可达达几

10、Mb/s；双绞线线成本较较低，传传输距离离较近，是汽车车网络使使用最多多的传输输媒体。同轴电缆缆可以满满足较高高性能的的传输要要求，连连接的网网络节点点较多，跨越的的距离较较大。光纤在电电磁兼容容性等方方面有独独特的优优点，数数据传输输速度高高，传输输距离远远。在车车载网络络上，特特别在一一些要求求传输速速度高的的车载网网络（如如车上信信息与多多媒体网网络）上上，光纤纤都有很很好的应应用前景景。6.数据帧为了可靠靠地传输输数据，通常将将原始数数据分割割成一定定长度的的数据单单元，数数据单元元即称为为数据帧帧。一帧帧数据内内应包括括同步信信号、错错误控制制、流量量控制、控制信信息、数数据信息息、

11、寻址址信息等等。7.传输协议议（1）协议的的三要素素 通信信信息帧帧的格式式； 通信信信息帧帧的数据据和控制制信息； 确定定事件传传输的顺顺序以及及速度匹匹配。（2）协议的的功能差错监监测和纠纠正。面面向通信信传输的的协议常常使用“应答-重发”和和通信校校验进行行差错的的检测和和纠正工工作，一一般来说说，协议议中对异异常情况况的处理理说明要要占很大大的比重重。分块和重重装。为为符合协协议的格格式要求求，需要要对数据据进行加加工处理理。分块块是将大大的数据据划分成成若干小小块，如如将报文文划分成成几个子子报文组组。重装装是将划划分的小小块数据据重新组组合复原原，如将将几个子子报文组组还原成成报文

12、。排序。对发送送的数据据进行编编号以标标识它们们的顺序序，通过过排序，可以达达到按序序传递、信息流流控制和和差错控控制等目目的。流量控控制。通通过限制制发送的的数据量量或速率率，以防防止在信信道中出出现堵塞塞现象。8.传输仲裁裁当出现数数个使用用者同时时申请利利用总线线发送信信息时，传输仲仲裁是用用于避免免发生数数据冲突突的机构构。仲裁裁可保证证信息按按其重要要程度来来发送。9.车载网络络分类和和协议标标准（1）A类总线协协议标准准A类的网络络通信大大部分采采用UART（UniversalAsynchronous Receiver/Transmitter）标准，A类目前首首选的标标准是LIN。

13、LIN是用于汽汽车分布布式电控控系统的的一种新新型低成成本串行行通信系系统，它它是一种种基于UART的数据格格式、主主从结构构的单线线12V的总线通通信系统统，主要要用于智智能传感感器和执执行器的的串行通通信，LIN采用低成成本的单单线连接接，传输输速度最最高可达达20Kb/s。（2）B类总线协协议标准准B类中的国国际标准准是CAN总线，它它是一种种多主总总线，通通信介质质可以是是双绞线线、同轴轴电缆或或光导纤纤维，通通信速率率可达1Mb/s。CAN总线通信信接口中中集成了了CAN协议的物物理层和和数据链链路层功功能，可可完成对对通信数数据的成成帧处理理，CAN协议采用用CRC检验并可可提供相

14、相应的错错误处理理功能，保证了了数据通通信的可可靠性。（3）高速总总线系统统协议标标准C类总线协协议标准准。在C类标准中中，欧洲洲的汽车车制造商商基本上上采用的的都是高高速通信信的CAN总线标准准IS011898。而标准准J1939在货车及及其拖车车、大客客车、建建筑设备备以及农农业设备备上的使使用，是是用来支支持分布布在车辆辆各个不不同位置置的电控控单元之之间实现现实时闭闭环控制制功能的的高速通通信标准准，其数数据传输输速率为为250Kb/s。通用公公司已开开始在所所有的车车型上使使用其专专属的GMLAN总线标准准，它是是一种基基于CAN的传输速速率为500Kb/s的通信标标准。安全总总线和

15、标标准。安安全总线线主要用用于安全全气囊系系统，以以连接加加速度计计、安全全传感器器等装置置，为被被动安全全提供保保障。如如Delphi公司的SafetyBus和BMW公司的Byteflight。X-by-Wire总线协议议标准。X-by-Wire称为电传传控制，在飞机机控制中中得到广广泛应用用。由于于目前提提高汽车车容错能能力和通通信系统统的高可可靠性的的需求日日益增长长，X-by-Wire开始应用用于汽车车电子控控制领域域。这一一类总线线标准主主要有TTP、Byteflight和FlexRay。（4）诊断系系统总线线标准、协议故故障障诊断是是为了满满足OBD（ONBoardDiagnose

16、）、OBD或E-OBD（European-OnBoardDiagnose）标准。目前，许多汽汽车生产产厂商都都采用ISO14230（Keyword Protocol 2000）作为诊诊断系统统的通信信标准，它满足足OBD和OBD的要求。（5）多媒体体系统总总线协议议标准汽汽车车多媒体体网络和和协议分分为三种种类型，分别是是低速、高速和和无线。对应SAE的分类相相应为：IDB-C（IntelligentData BUS-CAN）、IDB-M（Multimedia）和IDB-Wireless，其传输输速率为为250Kb/s-100Mb/s。低速用用于远程程通信、诊断及及通用信信息传送送，IDB-C

17、按CAN总线的格格式以250Kb/s的位速率率进行信信息传送送。高速速主要用用于实时时的音频频和视频频通信，如MP3、DVD和CD等的播放放，所使使用的传传输媒体体是光纤纤，这一一类主要要有D2B、MOST和IEEE 1394。D2B是用于汽汽车多媒媒体和通通信的分分布式网网络，通通常使用用光纤作作为传输输媒体，可连接接CD播放器、语音控控制单元元、电话话和因特特网。在在无线通通信方面面采用BluetoothTM规范，主主要面向向汽车的的声音系系统、信信息通信信等应用用系统。10.车载网络络传输的的基本原原理（1）数据传传输的基基本原理理车车载网络络中的数数据传输输总线的的数据传传递像一一个电

18、话话会议，一个电电话用户户（控制制单元）将数据据“讲”入网络络中，其其它用户户通过网网络“接接听”这这个数据据，对这这个数据据感兴趣趣的用户户就会利利用数据据，而其其它用户户则选择择忽略，如图10-6所示。图10-6数据传输输的基本本原理图图数据传输输总线是是车内电电子装置置中的一一个独立立系统，用于在在连接的的控制单单元之间间进行信信息交换换。如果果数据传传输总线线系统出出现故障障，故障障就会存存入相应应的控制制单元故故障存储储器内，可以用用诊断仪仪读出这这些故障障。控制制单元拥拥有自诊诊断功能能，通过过自诊断断功能，还可识识别出与与数据传传输总线线相关的的故障。用诊断断仪读出出数据传传输总

19、线线故障记记录后，可按这这些信息息准确地地查寻故故障。控控制单元元内的故故障记录录用于初初步确定定故障，还可用用于读出出排除故故障后的的无故障障说明。车载网络络系统由由多个控控制单元元组成，这些控控制单元元通过所所谓的收收发器（发射/接收放大大器）并并联在总总线导线线上，所所有控制制单元的的地位均均相同，没有哪哪个控制制单元有有特权。在这个个意义上上也称之之为多主主机结构构，如图图10-7所示。信信息交换换是按顺顺序连续续完成的的。数据传输输总线原原则上用用一条导导线就足足以满足足功能要要求了，但通常常总线系系统上还还是配备备了第二二条导线线，信号号在第二二条导线线上按相相反顺序序传送的的，可

20、有有效抑制制外部干干扰。图10-7基本车载载网络系系统的总总线连接接示意图图（2）网关的的基本原原理车车载网网络的网网关具备备从一个个网络协协议到另另一个网网络协议议转换信信息的能能力，由由于电压压电平和和电阻配配置不同同，因此此在不同同类型的的数据总总线之间间无法进进行直接接耦合连连接。另另外，各各种数据据总线的的传输速速率是不不同的，决定了了它们无无法使用用相同的的信号。这时需需要在这这两个系系统之间间完成一一个转换换，这个个转换过过程是通通过所谓谓的网关关来实现现的。可可以用火火车站作作为例子子来清楚楚地说明明网关的的原理，如图10-8所示。图10-8网关的原原理示意意图在站台A（站台即

21、即网关）到达一一列快车车（CAN驱动数据据总线，500Kb/s），车上上有数百百名旅客客。在站站台B已经有一一辆火车车（CAN舒适/信息数据据总线，100Kb/s）在等待待，有一一些乘客客就换到到这辆火火车上，还有一一些乘客客要换乘乘快车继继续旅行行。车站站/站台的这这种功能能，即让让旅客换换车以便便通过不不同速度度的交通通工具到到达各自自目的地地的功能能，与CAN驱动数据据总线和和CAN舒适/信息数据据总线两两个系统统网络的的网关功功能是相相同的。网关的的主要任任务是使使两个速速度不同同的系统统之间能能进行信信息交换换。根据车辆辆的不同同，网关关可能安安装在组组合仪表表内、车车上供电电控制单

22、单元内或或在自己己的网关关控制单单元内。由于通通过各种种数据传传输总线线的所有有信息都都供网关关使用，因此网网关也用用作诊断断接口。过去，通过K线来查询询诊断信信息；现现在，很很多车型型是通过过数据传传输总线线和诊断断线来完完成诊断断查询工工作的。1.CAN工作原理理当CAN总线上的的一个节节点（站站）发送送数据时时，它以以报文形形式广播播给网络络中所有有节点。对每个个节点来来说，无无论数据据是否是是发给自自己的，都对其其进行接接收。每每组报文文开头的的11位字符为为标识符符（CAN2.0A），定义义了报文文的优先先级，这这种报文文格式称称为面向向内容的的编址方方案。在在同一系系统中标标识符是

23、是唯一的的，不可可能有两两个节点点发送具具有相同同标识符符的报文文。当一一个节点点要向其其它节点点发送数数据时，该节点点的CPU将要发送送的数据据和自己己的标识识符传送送给本节节点的CAN芯片，并并处于准准备状态态；当它它收到总总线分配配时，转转为发送送报文状状态。CAN芯片将数数据根据据协议组组织成一一定的报报文格式式发出，这时网网上的其其它节点点处于接接收状态态。每个个处于接接收状态态的节点点对接收收到的报报文进行行检测，判断这这些报文文是否是是发给自自己的，以确定定是否接接收它。由于CAN总线是一一种面向向内容的的编址方方案，因因此很容容易建立立高水准准的控制制系统并并灵活地地进行配配置

24、，可可以很容容易地在在CAN总线中加加进一些些新节点点而无需需在硬件件或软件件上进行行修改。当所提提供的新新节点是是纯数据据接收设设备时，数据传传输协议议不要求求独立的的部分有有物理目目的地址址。它允允许分布布过程同同步化，即总线线上控制制器需要要测量数数据时，可由网网上获得得，而无无须每个个控制器器都有自自己独立立的传感感器。2.CAN总线特点点CAN总线是一一种串行行数据通通信协议议，最大大通讯距距离可达达10km，最大通通信速率率可达1Mbps。CAN总线通信信接口中中集成了了CAN协议的物物理层和和数据链链路层功功能，可可完成对对通信数数据的成成帧处理理，包括括位填充充、数据据块编码码

25、、循环环冗余检检验、优优先级判判别等项项工作。CAN控制器工工作于多多主方式式，网络络中的各各节点都都可根据据总线访访问优先先权（取取决于报报文标识识符）采采用无损损结构的的逐位仲仲裁的方方式竞争争向总线线发送数数据，且且CAN协议废除除了节点点地址编编码，而而代之以以对通信信数据进进行编码码，这可可使不同同的节点点同时接接收到相相同的数数据，这这些特点点使得CAN总线构成成的网络络各节点点之间的的数据通通信实时时性强，并且容容易构成成冗余结结构，提提高系统统的可靠靠性和系系统的灵灵活性。10.2.2CAN协议与标标准1.CAN协议规范范CAN规范中的的对应ISO/OSI参考模型型的网络络层。

26、CAN为串行通通讯协议议，能有有效地支支持具有有很高安安全等级级的分布布实时控控制。为为了达到到设计透透明度以以及实现现灵活性性，根据据ISO/OSI参考模型型，CAN2.0规范细分分为数据据链路层层和物理理层。数据链路路层的LLC子层和MAC子层的服服务及功功能分别别被解释释为“对对象层”和“传传输层”，逻逻辑链路路控制子子层（LLC）的作用用主要为为远程数数据请求求以及数数据传输输提供服服务，确确定由实实际要使使用的LLC子层接收收哪一个个报文，为恢复复管理和和过载通通知提供供手段。MAC子层的作作用主要要是传送送规则，也就是是控制帧帧结构、执行仲仲裁、错错误检测测、出错错标定、故障界界定

27、。总总线上什什么时候候开始发发送新报报文及什什么时候候开始接接收报文文，均在在MAC子层里确确定。位位定时的的一些普普通功能能也可以以看作是是MAC子层的一一部分。理所当当然，MAC子层的修修改是受受到限制制的。物理层的的作用是是在不同同节点之之间根据据所有的的电气属属性进行行位的实实际传输输，同一一网络的的物理层层对于所所有的节节点当然然是相同同的。2.CAN基本概念念CAN总线一处处于空闲闲，就自自动将破破坏的报报文重新新传输，将节点点的暂时时性错误误和永久久性错误误区分开开来，并并且可以以自动关关闭错误误节点。3.CAN标准（1）报文总总线线上的报报文以不不同的固固定报文文格式发发送，但

28、但长度受受限。当当总线空空闲时任任何连接接的单元元都可以以开始发发送新的的报文。（2）信息路路由在在CAN系统里，CAN的节点不不使用任任何关于于系统配配置的报报文（比比如，节节点地址址）。这这样不用用依赖应应用层以以及任何何节点软软件和硬硬件的改改变，就就可以在在CAN网络中直直接添加加节点。提高系系统灵活活性。报报文的内内容由识识别符命命名。识识别符不不指出报报文的目目的地，但解释释数据的的含义。因此，网络上上所有的的节点可可以通过过报文滤滤波确定定是否应应对该数数据做出出反应。由于引引入了报报文滤波波的概念念，任何何节点都都可以接接收报文文，并与与此同时时对此报报文做出出反应。为确保保报

29、文在在CAN网络里同同时被所所有的节节点接收收（或同同时不被被接收）。因此此，系统统的数据据连贯性性是通过过多播和和错误处处理的原原理实现现的。（3）位速率率不不同的系系统，CAN的速度不不同。在在一个给给定的系系统里，位速率率是唯一一的，并并且是固固定的。（4）优先权权在在总线访访问期间间，识别别符定义义一个静静态的报报文优先先权。（5）远程数数据请求求通通过发送送远程帧帧，需要要数据的的节点可可以请求求另一节节点发送送相应的的数据帧帧。数据据帧和相相应的远远程帧是是由相同同的识别别符命名名的。（6）仲裁只只要要总线空空闲，任任何单元元都可以以开始发发送报文文。具有有较高优优先权报报文的单单

30、元可以以获得总总线访问问权。如如果2个或2个以上的的单元同同时开始始传送报报文，那那么就会会有总线线访问冲冲突。仲仲裁的机机制确保保了报文文和时间间均不损损失。当当具有相相同识别别符的数数据帧和和远程帧帧同时初初始化时时，数据据帧优先先于远程程帧。仲仲裁期间间，每一一个发送送器都对对发送位位的电平平与被监监控的总总线电平平进行比比较。如如果电平平相同，则这个个单元可可以继续续发送。如果发发送的是是一“隐隐性”电电平而监监视的是是一“显显性”电电平，那那么单元元就失去去了仲裁裁，必须须退出发发送状态态。（7）错误检检测为为了获获得最安安全的数数据发送送，CAN的每一个个节点均均采取了了强有力力的

31、措施施以便于于错误检检测、错错误标定定及错误误自检。要进行行检测错错误，必必须采取取监视（发送器器对发送送位的电电平与被被监控的的总线电电平进行行比较）、循循环冗余余检查、位填充充、报文文格式检检查、错错误检测测的执行行等措施施。错误误检测的的 机制制要具有有检测到到所有的的全局错错误、检检测到发发送器所所有的局局部错误误、可以以检测到到报文里里多达5个任意分分布的错错误、检检测到报报文里长长度低于于15（位）的的突发性性错误、 检测测到报文文里任一一奇数个个的错误误等属性性。任何何检测到到错误的的节点会会标志出出损坏的的报文。此报文文会失效效并将自自动地开开始重新新传送。如果不不再出现现错误

32、的的话，从从检测到到错误的的节点会会标志出出损坏的的报文。此报文文会失效效并将自自动地开开始重新新传送。如果不不再出现现错误的的话，从从检测到到错误到到下一报报文的传传送开始始为止，恢复时时间最多多为31个位的时时间。（8）故障界界定CAN节点能够够把永久久故障和和短暂扰扰动区别别开来，故障的的节点会会被关闭闭。（9）总线值值总总线有二二个互补补的逻辑辑值：“显性”或“隐隐性”。“显性性”位和和“隐性性”位同同时传送送时，总总线的结结果值为为“显性性”。比比如，在在总线的的“写与与”执行行时，逻逻辑0代表“显显性”等等级，逻逻辑1代表“隐隐性”等等级。（10）应答所所有有的接收收器检查查报文的

33、的连贯性性。对于于连贯的的报文，接收器器应答，对于不不连贯的的报文，接收器器做出标标志。4.CAN的报文及及结构在总线上上的任意意节点均均可以作作为发送送器或接接收器，那么我我们就将将发出报报文的节节点叫发发送器，该节点点在总线线空闲或或丢失仲仲裁前始始终为发发送器。如果一一个节点点不是发发送器，且总线线不是处处于空闲闲状态，则该节节点就叫叫接收器器。报文文由一个个发送器器发出，再由一一个或多多个接收收器接收收。报文文传输由由4个不同类类型的帧帧表示和和控制，分别为为数据帧帧，远程程帧，错错误帧，过载帧帧。（1）数据帧帧数数据帧携携带数据据从发送送器至接接收器。数据帧帧由7个不同的的位场组组成

34、：帧帧起始（StsrtofFrame）、仲裁裁场（ArbitrationFrame）、控制制场（Control Frame）、数据据场（DataFrame）、CRC场（CRCFrame）、应答答场（ACKFrame）、帧结结尾（EndofFrame）。数据据场的长长度可以以为0。CAN2.0A数据帧的的组成如如图10-9所示。图10-9数据帧的的组成帧起始。帧起始始（SOF）标志数数据帧和和远程帧帧的起始始，仅由由一个“显性”位组成成。只在在总线空空闲时才才允许站站开始发发送。所所有站必必须同步步于首先先开始发发送报文文的站的的帧起始始前沿。仲裁场场。仲裁裁场包括括识别符符和远程程发送请请求位

35、（RTR）。如图图10-10所示的仲仲裁场结结构。图10-10仲裁场结结构示意意图标准格式式识别符符的长度度为11位，相当当于扩展展格式的的基本ID（Base ID）。这些些位按ID-28到ID-18的顺序发发送。最最低位是是ID-18。7个最高位位（ID-28-ID-22）必须不不能全是是“隐性性”。扩展格式式识别符符和标准准格式形形成对比比，如图图10-11所示的标标准格式式数据帧帧与扩展展格式数数据帧的的仲裁场场比较，扩展格格式由29位组成。其格式式包含两两个部分分：11位基本ID、18位扩展ID。基本ID包括11位，它按按ID-28到ID-18的顺序发发送。它它相当于于标准识识别符的的

36、格式。基本ID定义扩展展帧的基基本优先先权。扩扩展ID：扩展ID包括18位。它按按ID-17到ID-0顺序发送送。图10-11标准格式式数据帧帧与扩展展格式数数据帧的的仲裁场场标准帧里里，识别别符其后后是RTR位。RTR的全称为为“远程程发送请请求位（RemoteTransmission RequestBIT）”。SRR是一隐性性位。它它在扩展展格式的的标准帧帧RTR位位置，因此代代替标准准帧的RTR位。标准帧与与扩展帧帧的冲突突是通过过标准帧帧优先于于扩展帧帧这一途途径得以以解决的的，扩展展帧的基基本ID如同标准准帧的识识别符。IDE的全称是是“识别别符扩展展位（Identifier Ext

37、ensionBit）”标准准格式里里的IDE位为“显显性”，而扩展展格式里里的IDE位为“隐隐性”。控制场场。控制制场由6个位组成成，如图图10-12所示。图10-12控制场示示意图标准格式式里的帧帧包括数数据长度度代码、IDE位（为显显性位）、及保保留位r0。扩展格格式里的的帧包括括数据长长度代码码和两个个保留位位：r1和r0。保留位：必须发发送为显显性，但但是接收收器认可可“显性性”和“隐性”位的组组合。数据长度度代码：数据长长度代码码指示了了数据场场里的字字节数量量。数据据长度代代码为4个位，它它在控制制场里发发送。数数据长度度代码中中数据字字节数的的编码：d“显性”；r“隐性”。数据场

38、场。数据据场由数数据帧里里的发送送数据组组成。它它可以为为08个字节，每字节节包含了了8个位，首首先发送送MSB。CRC场。CRC场包括CRC序列（CRCSEQUENCE），和CRC界定符（CRCDELIMITER），如图图10-13所示。CRC序列是由由循环冗冗余码求求得的帧帧检查序序列组成成，最适适用于位位数低于于127位BCH码的帧。为为进行CRC计算，被被除的多多项式系系数由无无填充位位流给定定，组成成这些位位流的成成分是：帧起始始、仲裁裁场、控控制场、数据场场（假如如有），而15个最低位位的系数数是0。CRC序列之后后是CRC界定符，它包含含一个单单独的“隐性”位。图10-13CRC

39、场示意图图应答场。应答场场长度为为2个位，包包含应答答间隙（ACKSLOT）和应答答界定符符（ACKDELIMITER），如图图10-14所示。图10-14应答场示示意图在应答场场里，发发送站发发送两个个“隐性性”位。当接收收器正确确地接收收到有效效的报文文，接收收器就会会在应答答间隙（ACKSLOT）期间（发送ACK信号）向向发送器器发送一一“显性性”位以以示应答答。所有接收收到匹配配CRC序列（CRCSEQUENCE）的站会会在应答答间隙（ACKSLOT）期间用用一“显显性”的的位写入入发送器器的“隐隐性”位位来作出出回答。应答界定定符是应应答场的的第二个个位，并并且是一一个必须须为“隐隐

40、性”的的位。因因此，应应答间隙隙（ACKSLOT）被两个个“隐性性”的位位所包围围，也就就是CRC界定符（CRCDELIMITER）和应答答界定符符（ACKDELIMITER）。帧结尾。每一个个数据帧帧和远程程帧均由由一标志志序列定定界，这这个标志志序列由由7个“隐性性”的位位组成。（2）远程帧帧由由总线单单元发出出，请求求发送具具有同一一识别符符的数据据帧，数数据帧（或远程程帧）通通过帧间间空间与与其他各各帧分开开。通过过发送远远程帧，作为某某数据接接收器的的站可以以初始化化通过其其资源节节点传送送不同的的数据。远程帧也也有标准准格式和和扩展格格式，而而且都由由帧起始始、仲裁裁场、控控制场、

41、CRC场、应答答场、帧帧结尾等等6个不同的的位场组组成（如如图10-15所示）。图10-15远程帧的的组成与数据帧帧相反，远程帧帧的RTR位是“隐隐性”的的。它没没有数据据场，数数据长度度代码的的数值是是不受制制约的（可以标标注为容容许范围围里0.8的任何数数值）。此数值值是相应应于数据据帧的数数据长度度代码。RTR位的极性性表示了了所发送送的帧是是一数据据帧（RTR位“显性性”）还还是一远远程帧（RTR“隐性”）。（3）错误帧帧任任何单元元一但检检测到总总线错误误就发出出错误帧帧。错误误帧由两两个不同同的场组组成（如如图10-16所示）：第一个个场用是是不同站站提供的的错误标标志（ERROR

42、FLAG）的叠加加，第二二个场是是错误界界定符。为了能能正确地地终止错错误帧，“错误误被动”的节点点要求总总线至少少有长度度为3个位时间间的总线线空闲（如果“错误被被动”的的接收器器有局部部错误的的话），总线的的载荷不不应为100%。有两种形形式的错错误标志志：主动动的错误误标志和和被动的的错误标标志。主动的的错误标标志由6个连续的的“显性性”位组组成。被动的的错误标标志由6个连续的的“隐性性”的位位组成，除非其其他节节点的“显性”位重写写。检测到错错误条件件的“错错误激活活”的站站通过发发送主动动错误标标志指示示错误。错误标标志的形形式破坏坏了从帧帧起始到到CRC界定符的的位填充充的规则则，

43、或者者破坏了了ACK场或帧结结尾场的的固定形形式。所所有其他他的站由由此检测测到错误误条件并并与此同同时开始始发送错错误标志志。因此此，“显显性”位位（此“显性”位可以以在总线线上监视视）的序序列导致致一个结结果，这这个结果果就是把把个别站站发送的的不同的的错误标标志叠加加在一起起。这个个序列的的总长度度最小为为6个位，最最大为12个位。图10-16错误帧的的组成检测到错错误条件件的“错错误被动动”的站站试图通通过发送送被动错错误标志志指示错错误。“错误被被动”的的站等待待6个相同极极性的连连续位（这6个位处于于被动错错误标志志的开始始）。当当这6个相同的的位被检检测到时时，被动动错误标标志的

44、发发送就完完成了。错误界定定符包括括8个“隐性性”的位位。（4）过载帧帧过过载帧用用以在先先行的和和后续的的数据帧帧（或远远程帧）之间提提供一附附加的延延时。过过载帧包包括两个个位场：过载标标志和过过载界定定符（如如图10-17所示）。有三种过过载的情情况，这这三种情情况都会会引发过过载标志志的传送送：接收器器的内部部情况（此接收收器对于于下一数数据帧或或远程帧帧需要有有一延时时）；在间歇歇的第一一和第二二字节检检测到一一个“显显性”位位；如果CAN节点在错错误界定定符或过过载界定定符的第第8位（最后后一位）采样到到一个显显性位，节点会会发送一一个过载载帧（不不是错误误帧）。错误计计数器不不会

45、增加加。根据过载载情况而引发发的过载载帧只允允许起始始于所期期望的间间歇的第第一个位位时间，而根据据情况和情况况引发发的过载载帧应起起始于所所检测到到“显性性”位之之后的位位。通常常为了延延时下一一个数据据帧或远远程帧，两种过过载帧均均可产生生。过载标志志：过载载标志由由6个“显性性”的位位组成。过载标标志的所所有形式式和主动动错误标标志的一一样。过过载标志志的形式式破坏了了间歇场场的固定定形式。因此，所有其其他的站站都检测测到过载载条件并并与此同同时发出出过载标标志。如如果有的的节点在在间歇的的第3个位期间间检测到到“显性性”位，则这个个位将解解释为帧帧的起始始。过载界定定符（Overloa

46、dDelimeter）：过载载界定符符包括8个“隐性性”的位位。过载载界定符符的形式式和错误误界定符符的形式式一样。过载标标志被传传送后，站就一一直监视视总线直直到检测测到一个个从“显显性”位位到“隐隐性”位位的跳变变。此时时，总线线上的每每一个站站完成了了过载标标志的发发送，并并开始同同时发送送其余7个“隐性性”位。图10-17过载帧的的组成帧间空间间：帧间间空间是是用于隔隔离数据据帧（或或远程帧帧）与先先行帧（数据帧帧、远程程帧、错错误帧、过载帧帧）的。而过载载帧与错错误帧之之前没有有帧间空空间，多多个过载载帧之间间也不用用帧间空空间隔离离。帧间间空间包包括间歇歇场、总总线空闲闲的位场场。

47、如果果“错误误被动”的站已已作为前前一报文文的发送送器时，则其帧帧空间除除了间歇歇、总线线空闲外外，还包包括称作作挂起传传送的位位场。10.2.3CAN应用系统统宝来（Bora）轿车在在动力传传动系统统和舒适适系统中中就装用用了两套套CAN数据传输输系统，其中CAN数据传输输舒适系系统如图图10-18所示。接发电机底盘网络MM仪表单元MMMMMMMMMMMM前门单元车身中央控制单元空调单元前座单元顶窗单元前座单元左前门单元MMM后门单元后门单元后座单元MM后窗单元MCANMLIN电机加热器灯具控制面板图例：图10-18CAN数据传输输舒适系系统图10-18中粗线代代表CAN总线，它它连接了了传

48、动装装置控制制中央单单元、灯灯控单元元、门控控单元、座椅控控制单元元、空调调单元以以及仪表表盘控制制单元等等等。较较细线代代表LIN总线，由由LIN总线构成成的LIN网络作为为CAN网络的辅辅助网络络，连接接了车窗窗控制单单元、雨雨刷控制制单元、天窗控控制单元元等低速速设备。CAN数据传输输舒适系系统网络络与动力力传动系系统网络络通过网网桥相互互通信。LIN网络（LocalInterconnectNetwork），由汽汽车厂商商为汽车车开发，作为CAN网络的辅辅助网络络，目标标应用在在低端系系统，不不需要CAN的性能、带宽以以及复杂杂性。LIN的工作方方式是一一主多从从，单线线双向低低速传送送

49、数据（最高20K位/秒），与与CAN相比具有有更低的的成本，且基于于UART接口，无无需硬件件协议控控制器，使系统统成本更更低。1.典型CAN总线器件件及应用用（1）SJA1000 CAN控制器SJA1000是一个独独立的CAN控制器，SJA1000在软件和和引脚上上都是与与它的前前一款PCA82C200独立控制制器兼容容的。在在此基础础上它增增加了很很多新的的功能，为了实实现软件件兼容，SJA1000独立的CAN控制器有有BasicCAN模式和PeliCAN模式。BasicCAN模式：和和PCA82C200兼容，BasicCAN模式是上上电后默默认的操操作模式式，因此此用PCA82C200开

50、发的已已有硬件件和软件件，可以以直接在在SJA1000上使用而而不用作作任何修修改。PeliCAN模式：新新的操作作模式，它能够够处理所所有CAN2.0B规范的帧帧类型。而且它它还提供供一些增增强功能能，使SJA1000能应用于于更宽的的领域。工作模式式通过时时钟分频频寄存器器中的CAN模式位来来选择，复位时时默认模模式是BasicCAN模式。SJA1000控制器可可以分为为CAN核心模块块、接口口管理逻逻辑、发发送缓冲冲器、验验收滤波波器、接接收FIFO等五个功功能模块块，SJA1000控制器结结构图如如图10-19所示。由由主控制制器进行行管理控控制、将将欲收发发的信息息（报文文），转转换

51、为CAN规范的CAN帧，通过过CAN收发器，在CANBUS上交换信信息。（2）PCA82C250CAN收发器PCA82C250是CAN协议控制制器和物物理总线线的接口口。此器器件对总总线提供供差动发发送能力力，对CAN控制器提提供差动动接收能能力。又又称为总总线驱动动器。主主要特性性有：完完全符合合ISO11898标准；高高速率（最高达达1Mbps）；具有有抗汽车车环境中中的瞬间间干扰，保护总总线能力力；斜率率控制，降低射射频干扰扰（RFI）；差分分接收器器，抗宽宽范围的的共模干干扰，抗抗电磁干干扰（EMI）；热保保护；防防止电池池和地之之间的发发生短路路；低电电流待机机模式；未上电电的节点点

52、对总线线无影响响；可连连接110个节点。图10-19SJA1000控制器结结构图（3）SJA1000和PCA82C250的基本应应用SJA1000和PCA82C250收发器的的典型应应用如图图10-20所示。CAN控制器通通过串行行数据输输出线（TX）和串行行数据输输入线（RX）连接到到PCA82C250收发器。图10-20CAN收发器的的应用收发器通通过有差差动发送送和接收收功能的的两个总总线终端端CANH和CANL连接到总总线电缆缆，输入入Rs用于模式式控制，参考电电压输出出VREF的输出电电压是额额定VCC的0.5倍，其中中收发器器的额定定电源电电压是5V。CAN协议控制制器输出出一个串

53、串行的发发送数据据流到收收发器的的TxD引脚，内内部的上上拉功能能将TxD输入设置置成逻辑辑高电平平，也就就是说总总线输出出驱动器器默认是是被动的的，在隐隐性状态态中，CANH和CANL输入通过过典型内内部阻抗抗是17k的接收器器输入网网络，偏偏置到2.5V的额定电电压，另另外如果果TxD是逻辑低低电平，总线的的输出级级将被激激活，在在总线电电缆上产产生一个个显性的的信号电电平，输输出驱动动器由一一个源输输出级和和一个下下拉输出出级组成成，CANH连接到源源输出级级，CANL连接到下下拉输出出级，在在显性状状态中CAN_H的额定电电压是3.5V，CANL是1.5V。如果没有有一个总总线节点点传

54、输一一个显性性位，总总线处于于隐性状状态，即即网络中中所有TxD输入是逻逻辑高电电平。另另外如果果一个或或更多的的总线节节点传输输一个显显性位，即至少少一个TxD输入是逻逻辑低电电平，则则总线从从隐性状状态进入入显性状状态（线线与功能能）。接收器的的比较器器将差动动的总线线信号转转换成逻逻辑信号号电平，并在RxD输出，接接收到的的串行数数据流传传送到总总线协议议控制器器译码。接收器器的比较较器总是是活动的的，也就就是说当当总线节节点传输输一个报报文时，它同时时也监控控总线，这就要要求有诸诸如安全全性和支支持非破破坏性逐逐位竞争争等CAN策略，一一些控制制器提供供一个模模拟的接接收接口口。（RX

55、0，RX1）RX0一般需要要连接到到RxD输出RX1需要偏置置到一个个相应的的电压电电平，这这可以通通过VREF输出或一一个电阻阻电压分分配器实实现。2.CANBUS节点设计计举例（1）网络拓拓朴CAN-bus采用总线线网络拓拓朴结构构，在一一个网络络上至少少需要有有2个CAN-bus节点存在在。在总总线的2个终端，各需要要安装1个120的终端电电阻；如如果节点点数目大大于2个，中间间节点就就不要求求安装120终端电阻阻，网络络拓朴示示意图如如图10-21所示。终端电 阻CAN-bus节点1CANHCANL节点2CANHCANL节点3CANHCANL节点4CANHCANL图10-21网络拓朴朴

56、示意图图虽然每一一个节点点根据应应用系统统的任务务有各自自控制功功能，但但完成CAN-bus信息交换换的功能能是相同同的。CANbus节点一般般由微处处理器、CAN控制器、CAN收发器三三部分组组成，CANbus节点示意意图如图图10-22所示。微处理器CAN控制器CAN收发器RXTXCAN 总线 边控制装置、传感器、变送器、人机接口等 CAN总线节点图10-22CAN总线节点点示意图图（2）硬件设设计如如图10-23所示为CAN总线系统统节点硬硬件电路路原理图图。从图图中可以以看出，电路主主要由三三部分所所构成，单片机机89C51、独立CAN通信控制制器SJA1000、CAN总线收发发器82

57、C250。单片机机89C51负责SJA1000的初始化化，通过过控制SJA1000实现数据据的接收收和发送送等通信信任务。SJA1000的AD0-AD7连接到89C51的P0口，/CS连接到89C51的P2.7，P2.7为0的CPU片外存贮贮器地址址可选中中SJA1000，CPU通过这些些地址可可对SJA1000执行相应应的读写写操作，SJA1000的/RD、/WR、ALE分别与89C51的对应引引脚相连连，/INT接89C51的0INT，80C51也可通过过中断方方式访问问SJA1000。SJA1000的CLKOUT信号作为为89C51的时钟源源，复位位信号由由外部复复位电路路产生。图10-

58、23CAN总线系统统节点硬硬件电路路原理图图电源。SJA1000有三对电电源引脚脚，用于于CAN控制器内内部不同同的数字字和模拟拟模块。VDD1/VSS1：内部逻逻辑（数数字）；VDD2/VSS2：输入比比较器（模拟）；VDD3/VSS3：输出驱驱动器（模拟）。为了了有更好好的EME性能电源源应该分分隔开来来，例如如为了抑抑制比较较器的噪噪声，VDD2可以用一一个RC滤波器来来抑制噪噪声。复位。为了使使SJA1000正确复位位，CAN控制器的的XTAL1管脚必须须连接一一个稳定定的振荡荡器时钟钟，引脚脚17的外部复复位信号号要同步步并被内内部延长长到15个tXTAL。这保证证了SJA1000所

59、有寄存存器能够够正确复复位。要要注意的的是必须须要考虑虑上电后后的振荡荡器的起起振时间间。振荡器器和时钟钟方案。SJA1000能用片内内振荡器器或片外外时钟源源工作。另外CLKOUT管脚可被被使能，向主控控制器输输出时钟钟频率。如果不不需要CLKOUT信号，可可以通过过置位时时钟分频频寄存器器（ClockOff=1）关断。CLKOUT信号的频频率可以以通过时时钟分频频寄存器器改变：fCLKOUT=fXTAL时钟分频频因子（1、2、4、6、8、10、12、14）。上电电或硬件件复位后后时，钟钟分频因因子的默默认值由由所选的的接口模模式（引引脚11）决定。如果使使用16MHz的晶振，Intel模式

60、下CLKOUT的频率是是8MHz，Motorola模式中复复位后的的时钟分分频因子子是12，这种情情况CLKOUT会产生1.33MHz的频率。睡眠和唤唤醒。置置位命令令寄存器器的进入入睡眠位位（BasicCAN模式）或或模式寄寄存器（PeliCAN模式）的的睡眠模模式位后后，如果果没有总总线活动动和中断断等待，SJA1000就会进入入睡眠模模式，振振荡器在在15个CAN位时间内内保持运运行状态态。此时时，微型型控制器器用CLKOUT频率来计计时，进进入自己己的低功功耗模式式，如果果出现三三个唤醒醒条件之之中的一一个，振振荡器会会再次启启动并产产生一个个唤醒中中断，振振荡器稳稳定后，CLKOUT