汽车CAN总线技术讲解课件

汽车CAN总线技术南京理工大学徐照平二零零六年八月汽车CAN总线技术南京理工大学1一.什么是CAN总线CAN全称为ControllerAreaNetwork,即控制器局域网，德国Bosch公司从20世纪初为解决现代汽车中众多的控制与测试仪器之间的数据交换而开发的一种串行数据通信协议，1993年11月国际标准化组织ISO正式颁布了关于CAN总线的ISO11898标准，目前CAN得到了Motorola、Intel、Philips、Siemens、NEC等公司的支持。除汽车以外，也广泛应用在现场控制领域一.什么是CAN总线CAN全称为Con2简单的CAN总线结构简单的CAN总线结构3复杂的CAN总线结构复杂的CAN总线结构4比较我们可以把CAN总线结构和简单的电力系统结构进行一个简单的比较比较我们可以把CAN总线结构和简单的电力系统结构进行一个简单5CAN节点组成框图CAN节点组成框图6二.CAN总线的主要特点★低成本★极高的总线利用率★很远的数据传输距离(长达10Km)★高速的数据传输速率（高达1Mbit/s）★可根据报文的ID决定接收或屏蔽该报文★可靠的错误处理和检错机制★发送的信息遭到破坏后，可自动重发★节点在错误严重的情况下具有自动退出总线的功能★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★先级信息二.CAN总线的主要特点★低成本7三.CAN总线的网络协议★CAN总线也是建立在ISO参考模型基础上的，不过只采用了其中最关键的两层，即物理层和数据链路层三.CAN总线的网络协议★CAN总线也是建立在ISO参考模8物理层物理层的主要内容是规定通信介质的机械、电气、功能和规程特性物理层物理层的主要内容是规定通信介质的机9数据链路层数据链路层的主要功能是将要发送的数据进行包装，即加上差错校验位、数据链路协议的控制信息、头尾标记等附加信息组成数据帧，从物理信道上发送出去，在接收道数据帧后，再把附加信息去掉，得到通信数据数据链路层数据链路层的主要功能是将要发送10CAN协议实现CAN总线的物理层和数据链路层的功能在CAN控制器中实现，即由芯片完成处理。所以，对于CAN总线开发人员无需深入学习CAN协议，只要了解一些基础概念即可完全掌握CAN总线的使用。CAN协议实现CAN总线的物理层和数据链路11四.CAN总线基础概念希望通过CAN总线基础概念的讲解，让大家对CAN总线有一个深入的了解。四.CAN总线基础概念希望通过CAN总线基础概念的讲解，让大12报文（Messages）总线上的信息以不同的固定报文格式发送。当总线空闲时任何连接的单元都可以开始发送新的报文。报文（Messages）总线上的信息以不同的固定报文格式发送13信息路由（InformationRouting）在CAN系统里，节点不使用任何关于系统配置的信息（比如，站地址）。不需要改变任何节点的应用层及相关的软件或硬件，就可以在CAN网络中直接添加节点。信息路由（InformationRouting）在CAN14识别符报文的内容由识别符命名。识别符不指出报文的目的地，但解释数据的含义。因此，网络上所有的节点可以通过报文滤波确定是否应对该数据做出反应。识别符报文的内容由识别符命名。识别符不指出报文的目的地，但解15标准格式CAN和扩展格式CAN标准CAN的标志符长度是11位，而扩展格式CAN的标志符长度可达29位。CAN协议的2.0A版本规定CAN控制器必须有一个11位的标志符。同时，在2.0B版本中规定，CAN控制器的标志符长度可以是11位或29位。遵循CAN2.0B协议的CAN控制器可以发送和接收11位标识符的标准格式报文或29位标识符的扩展格式报文。如果禁止CAN2.0B,则CAN控制器只能发送和接收11位标识符的标准格式报文，而忽略扩展格式的报文结构，但不会出现错误。标准格式CAN和扩展格式CAN标准CAN的16广播方式传播

由于引入了报文滤波的概念，任何数目的节点都可以接收报文，并同时对此报文做出反应在CAN网络内，可以确保报文同时被所有的节点接收（或同时不被接收）。因此，系统的数据连贯性是通过多播和错误处理的原理实现的。广播方式传播

由于引入了报文滤波的概念，任何数目的节点17位速率（Bitrate）不同的系统，CAN的速度不同。可是，在一给定的系统里，位速率是唯一的，并且是固定的位速率（Bitrate）不同的系统，CAN的速度不同。可18优先权（Priorities）在总线访问期间，识别符定义一静态的报文优先权。优先权（Priorities）在总线访问期间，识别符定义一静19远程数据请求（RemoteDataRequest）

通过发送远程帧，需要数据的节点可以请求另一节点发送相应的数据帧。数据帧和相应的远程帧是由相同的识别符（IDENTIFIER）命名的。远程数据请求（RemoteDataRequest）

通过20多主机（Multimaster）总线空闲时，任何单元都可以开始传送报文。具有较高优先权报文的单元可以获得总线访问权。多主机（Multimaster）总线空闲时，任何单元都可以开21仲裁（Arbitration）只要总线空闲，任何单元都可以开始发送报文。如果2个或2个以上的单元同时开始传送报文，那么就会有总线访问冲突。通过使用识别符的位形式仲裁可以解决这个冲突。仲裁的机制确保信息和时间均不会损失。当具有相同识别符的数据帧和远程帧同时初始化时，数据帧优先于远程帧。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。如果发送的是一“隐性”电平而监控视到一“显性”电平（见总线值），那么该单元就失去了仲裁，必须退出发送状态。仲裁（Arbitration）只要总线空闲，任何单元都可以开22错误检测（ErrorDetection）为了获得最安全的数据发送，CAN的每一个节点均采取了强有力的措施以进行错误检测、错误标定及错误自检。为了检测错误，必须采取以下措施：1：监视（发送器对发送位的电平与被监控的总线电平进行比较）2：循环冗余检查3：位填充4：报文格式检查错误检测（ErrorDetection）为了获得最23故障界定（FaultConfinement）CAN节点能够把永久故障和短暂扰动区分开来。永久故障的节点会被关闭。故障界定（FaultConfinement）CAN节点能24连接（Connections）

CAN串行通讯链路是可以连接许多单元的总线。理论上，可连接无数多的单元。但由于实际上受延迟时间以及/或者总线线路上电气负载的影响，连接单元的数量是有限的。连接（Connections）

CAN串行通讯链路是可以连25总线值（Busvalue）

总线可以具有两种互补的逻辑值之一：“显性”或“隐性”。“显性”位和“隐性”位同时传送时，总线的结果值为“显性”。比如，在执行总线的“线与”时，逻辑0代表“显性”等级，逻辑1代表“隐性”等级。本技术规范不给出表示这些逻辑电平的物理状态（比如，电压、光）。总线值（Busvalue）

总线可以具有两种互补的逻辑值之26应答（Acknowledgment）所有的接收器检查报文的连贯性。对于连贯的报文，接收器应答；对于不连贯的报文，接收器不应答。应答（Acknowledgment）所有的接收器检查报文的连27五.CAN控制器SJA1000SJA1000独立CAN控制器是PHILIPS公司的产品，符合CAN2.0B协议，并完全兼容CAN2.0A。SJA1000提供2种封装：SO－28和DIP－28五.CAN控制器SJA1000SJA1000独立CAN28电路图电路图29SJA1000基本操作原理SJA1000基本操作原理30SJA1000的基本功能按照CAN2.0B协议向总线发送数据监控总线SJA1000的基本功能按照CAN2.0B协议向总线发送数据31SJA1000初始化SJA1000初始化32五.CAN-BUS教学实验装置：汽车电控舒适系统五.CAN-BUS教学实验装置：汽车电控舒适系统33系统介绍本舒适系统为德国ELWE公司研发的一套CAN-BUS实验系统，完全仿照大众公司生产汽车上的舒适系统制作系统介绍本舒适系统为德国ELWE公司研发的一套CAN-BUS34系统组成系统由五个控制单元组成1.左前门控制单元节点2.右前门控制单元节点3.左后门控制单元节点4.右后门控制单元节点5.中央控制单元节点系统组成系统由五个控制单元组成35关于CAN总线学习资料1秦贵和.车上网络技术．北京：机械工业出版社，20032邬宽明.CAN总线原理与应用系统设计.北京,北京航空航天大学出版社,1996www.关于CAN总线学习资料1秦贵和.车上网络技术．北京：机械工36谢谢！谢谢！37汽车CAN总线技术南京理工大学徐照平二零零六年八月汽车CAN总线技术南京理工大学38一.什么是CAN总线CAN全称为ControllerAreaNetwork,即控制器局域网，德国Bosch公司从20世纪初为解决现代汽车中众多的控制与测试仪器之间的数据交换而开发的一种串行数据通信协议，1993年11月国际标准化组织ISO正式颁布了关于CAN总线的ISO11898标准，目前CAN得到了Motorola、Intel、Philips、Siemens、NEC等公司的支持。除汽车以外，也广泛应用在现场控制领域一.什么是CAN总线CAN全称为Con39简单的CAN总线结构简单的CAN总线结构40复杂的CAN总线结构复杂的CAN总线结构41比较我们可以把CAN总线结构和简单的电力系统结构进行一个简单的比较比较我们可以把CAN总线结构和简单的电力系统结构进行一个简单42CAN节点组成框图CAN节点组成框图43二.CAN总线的主要特点★低成本★极高的总线利用率★很远的数据传输距离(长达10Km)★高速的数据传输速率（高达1Mbit/s）★可根据报文的ID决定接收或屏蔽该报文★可靠的错误处理和检错机制★发送的信息遭到破坏后，可自动重发★节点在错误严重的情况下具有自动退出总线的功能★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★先级信息二.CAN总线的主要特点★低成本44三.CAN总线的网络协议★CAN总线也是建立在ISO参考模型基础上的，不过只采用了其中最关键的两层，即物理层和数据链路层三.CAN总线的网络协议★CAN总线也是建立在ISO参考模45物理层物理层的主要内容是规定通信介质的机械、电气、功能和规程特性物理层物理层的主要内容是规定通信介质的机46数据链路层数据链路层的主要功能是将要发送的数据进行包装，即加上差错校验位、数据链路协议的控制信息、头尾标记等附加信息组成数据帧，从物理信道上发送出去，在接收道数据帧后，再把附加信息去掉，得到通信数据数据链路层数据链路层的主要功能是将要发送47CAN协议实现CAN总线的物理层和数据链路层的功能在CAN控制器中实现，即由芯片完成处理。所以，对于CAN总线开发人员无需深入学习CAN协议，只要了解一些基础概念即可完全掌握CAN总线的使用。CAN协议实现CAN总线的物理层和数据链路48四.CAN总线基础概念希望通过CAN总线基础概念的讲解，让大家对CAN总线有一个深入的了解。四.CAN总线基础概念希望通过CAN总线基础概念的讲解，让大49报文（Messages）总线上的信息以不同的固定报文格式发送。当总线空闲时任何连接的单元都可以开始发送新的报文。报文（Messages）总线上的信息以不同的固定报文格式发送50信息路由（InformationRouting）在CAN系统里，节点不使用任何关于系统配置的信息（比如，站地址）。不需要改变任何节点的应用层及相关的软件或硬件，就可以在CAN网络中直接添加节点。信息路由（InformationRouting）在CAN51识别符报文的内容由识别符命名。识别符不指出报文的目的地，但解释数据的含义。因此，网络上所有的节点可以通过报文滤波确定是否应对该数据做出反应。识别符报文的内容由识别符命名。识别符不指出报文的目的地，但解52标准格式CAN和扩展格式CAN标准CAN的标志符长度是11位，而扩展格式CAN的标志符长度可达29位。CAN协议的2.0A版本规定CAN控制器必须有一个11位的标志符。同时，在2.0B版本中规定，CAN控制器的标志符长度可以是11位或29位。遵循CAN2.0B协议的CAN控制器可以发送和接收11位标识符的标准格式报文或29位标识符的扩展格式报文。如果禁止CAN2.0B,则CAN控制器只能发送和接收11位标识符的标准格式报文，而忽略扩展格式的报文结构，但不会出现错误。标准格式CAN和扩展格式CAN标准CAN的53广播方式传播

由于引入了报文滤波的概念，任何数目的节点都可以接收报文，并同时对此报文做出反应在CAN网络内，可以确保报文同时被所有的节点接收（或同时不被接收）。因此，系统的数据连贯性是通过多播和错误处理的原理实现的。广播方式传播

由于引入了报文滤波的概念，任何数目的节点54位速率（Bitrate）不同的系统，CAN的速度不同。可是，在一给定的系统里，位速率是唯一的，并且是固定的位速率（Bitrate）不同的系统，CAN的速度不同。可55优先权（Priorities）在总线访问期间，识别符定义一静态的报文优先权。优先权（Priorities）在总线访问期间，识别符定义一静56远程数据请求（RemoteDataRequest）

通过发送远程帧，需要数据的节点可以请求另一节点发送相应的数据帧。数据帧和相应的远程帧是由相同的识别符（IDENTIFIER）命名的。远程数据请求（RemoteDataRequest）

通过57多主机（Multimaster）总线空闲时，任何单元都可以开始传送报文。具有较高优先权报文的单元可以获得总线访问权。多主机（Multimaster）总线空闲时，任何单元都可以开58仲裁（Arbitration）只要总线空闲，任何单元都可以开始发送报文。如果2个或2个以上的单元同时开始传送报文，那么就会有总线访问冲突。通过使用识别符的位形式仲裁可以解决这个冲突。仲裁的机制确保信息和时间均不会损失。当具有相同识别符的数据帧和远程帧同时初始化时，数据帧优先于远程帧。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。如果发送的是一“隐性”电平而监控视到一“显性”电平（见总线值），那么该单元就失去了仲裁，必须退出发送状态。仲裁（Arbitration）只要总线空闲，任何单元都可以开59错误检测（ErrorDetection）为了获得最安全的数据发送，CAN的每一个节点均采取了强有力的措施以进行错误检测、错误标定及错误自检。为了检测错误，必须采取以下措施：1：监视（发送器对发送位的电平与被监控的总线电平进行比较）2：循环冗余检查3：位填充4：报文格式检查错误检测（ErrorDetection）为了获得最60故障界定（FaultConfinement）CAN节点能够把永久故障和短暂扰动区分开来。永久故障的节点会被关闭。故障界定（FaultConfinement）CAN节点能61连接（Connections）

CAN串行通讯链路是可以连接许多单元的总线。理论上，可连接无数多的单元。但由于实际上受延迟时间以及/或者总线线路上电气负载的影响，连接单元的数量是有限的。连接（Connections）

CAN串行通讯链路是可以连62总线值（Busvalue）

总线可以具有两种互补的逻辑值之一：“显性”或“隐性”。“显性”位和“隐性”位同时传送时，总线的结果值为“显性”。比如，在执行总线的“线与”时，逻辑0代表“显性”等级，逻辑1代表“隐性”等级。本技术规范不给出表示这些逻辑电平