CAN总线技术讲解

基本内容简介基本构造功能驱动系统传送安全性和故障处理数据传输舒适系统通讯通讯就是信息交换和处理电码摩尔斯编码二进制编码二进制编码技术是CAN-BUS信息交换的基础Grundlagen-DigitaleKommunikation信息单位Bit：是二进制数缩写字节状态数幂指数计算值位最小信息单位是1个字位（BIT）要实现无缺陷的通讯必须通过协议来规定数字信息单位1字节/Bit=8字节/Byte=256种状态什么是协议：协议就是一个规则。比如大家都用一种语言沟通交流，这就是遵守了一种协议。对于一个电脑控制的系统来讲，不需要通讯，因为他没必要和其他的电脑进行沟通。两个电脑——需要有信息的传递——通讯如果需要传递信息继续增多，或者电脑也再继续增多呢？这个时候不仅仅要求要有通讯，还要有通讯的方法。即怎样更合理的通讯Canbus的由来由于现代汽车的技术水平大幅提高，要求能对更多的汽车运行参数进行控制，因而汽车控制器的数量在不断的上升，从开始的几个发展到几十个以至于上百个控制单元。控制单元数量的增加，使得它们互相之间的信息交换也越来越密集。为此德国BOSCH公司开发了一种设计先进的解决方案－CAN数据总线，提供一种特殊的局域网来为汽车的控制器之间进行数据交换。为什么要采用数据总线系统？汽车运行数据传递经济、可靠、快捷、安全简介简介Canbus的发展历史（大众为例）大众公司首次在97年PASSAT的舒适系统上采用了传送速率为62.5Kbit/m的Canbus。98年在PASSAT和GOLF的驱动系统上增加了Canbus，传送速率为500Kbit/m。2000年，大众公司在PASSAT和GOLF采用了带有网关的第二代Canbus。2001年，大众公司提高了Canbus的设计标准，将舒适系统Canbus提高到100Kbit/m,驱动系统提高到500Kbit/m。2002年，大众集团在新PQ24平台上使用带有车载网络控制单元的第三代Canbus。2003年，大众集团在新PQ35平台上使用五重结构的Canbus系统，并且出现了单线的LIN-BUS。联网的控制器个数(CAN,SUB-CAN,LIN)PassatB5GolfA5GolfA4GolfA4,PoloA04GolfA4PassatB5GPTouaregPhaetonD1汽车数据总线系统的发展汽车数据总线系统的发展QUELLE:I//EE051015202530354045909498000204E-KlasseE-KlasseC-KlasseC512S-Klasse8erW1088927er3er7erS-Klasse7erC6B6E-KlasseC-Klasse965er联网的控制器个数(CAN,SUB-CAN,LIN)总线速率[bit/s]ByteflightopticalbusLINmaster-slavesinglewirebusnoquartzCAN-BeventtriggeredfaulttolerantdualwireCAN-CeventtriggereddualwireTTx(indefinition)

timetriggeredfaulttol,dependable2x2wire25.6M20K2M1M125K单节点提高的成本D2B,MOSTtokenringopticalbus124.510汽车数据总线系统的发展线束总长:3860米线束数量:2110重量:64kg采用最新电子技术和工业现场总线技术控制单元功能扩展汽车局域网技术国际标准化CAN-Bus是ControllerAreaNetwork的缩写，称为控制单元的局域网，它是车用控制单元传输信息的一种传送形式。车上的布线空间有限，CAN-Bus系统的控制单元连接方式采用铜缆串行方式。由于控制器采用串行合用方式，因此不同控制器之间的信息传送方式是广播式传输。也就是说每个控制单元不指定接收者，把所有的信息都往外发送；由接收控制器自主选择是否需要接收这些信息。AnzeigeeinheitimSchalttafeleinsatzJ285DiagnoseanschlussT16Türsteuergerät,FahrerseiteJ386Türsteuergerät,BeifahrerseiteJ387Türsteuergerät,hintenlinksJ388Türsteuergerät,hintenrechtsJ389SitzverstellungJ136Sitzverstellung,BeifahrerJ521Multifunktions-lenkradJ453KomfortsystemJ393AlarmhornH12Innenraum-überwachungG273Bordnetz2J520BordnetzJ519WischermotorJ400SensorfürRegen-/LichterkennungG397Reifendruck-überwachungJ502ClimatronicJ255FrischluftgebläseJ126Anhänger-erkennungJ345Energie-managementJ644EinparkhilfeJ446ZusatzheizungJ364SendervornelinksG431SendervornerechtsG432SenderhintenlinksG433SenderhintenrechtsG434AntennehintenR96Zugang-undStartberechtigungJ518SchalterfürZugang-undStartberechtigungE415Antennen-Einlese-EinheitfürschlüsselloseZugangsberechtigungJ723ElektrischePark-undHandbremseJ540AutomatischesGetriebeJ217NiveauregelungJ197NOXSensorJ583Motorelektronik1J623ABSmitEDSJ104GeberfürDrehrateG202Leuchtweiten-regelungJ431LeistungsmodulScheinwerferrechtsJ668LeistungsmodulScheinwerferlinksJ667Lenkwinkel-sensorG85Lenksäulen-elektronikJ527AirbagJ234Sitzbelegungs-erkennungJ706CD-WechslerR41Anzeige-undBedieneinheitfürInformation,vornJ523VerstärkerDSPJ525NavigationJ401TV-TunerR78Sende-undEmpfangsgerätfürTelefon,R36RadiomodulRSpracheingabeJ507Telefon/TelematikJ526BedienhörerfürTelefonR37DiagnoseinterfacefürDatenbusJ533Abstands-regelungJ428CANKomfortCANAbstandsregelungCANKombiCANAntriebCANDiagnoseMOSTLINdiverseSubbussystemeGeberKältemitteldruckKältemitteltemperaturG395总线拓扑图DiagnoseinterfacefürDatenbusJ533TürsteuergerätBeifahrerseiteJ387EnergiemanagementJ644Türsteuergerät,hintenrechtsJ389SitzverstellungBeifahrerJ521Anhänger-

erkennungJ345Einparkhilfe

J446ZugangundStart-berechtigungJ518Zusatzheizung

J364Bordnetz2

J520TürsteuergerätFahrerseiteJ386Türsteuergerät,hintenlinksJ388Sitzverstellung

J136AlarmhornH12SensorfürRegen-undLichterkennungG397KältedruckundKältemitteltemperatur

G395Senderhintenlinks

G433Sendervornelinks

G431Wischermotor

J400Innenraum-überwachungG273MultifunktionslenkradJ453FrischluftgebläseJ126Senderhintenrechts

G434Sendervornerechts

G432Bordnetz

J519Climatronic

J255Komfortelektronik

J393Lenksäulen-elektronikJ527Reifendruck-überwachungJ502Antennehinten

R96Vernetzung CAN-KomfortmitLIN-Slaves基本构造3.CAN-BUS系统组成：CAN收发器:安装在控制器内部，同时兼具接受和发送的功能，将控制器传来的数据化为电信号并将其送入数据传输线。数据传输终端：是一个电阻，防止数据在线端被反射，以回声的形式返回，影响数据的传输。数据传输线：双向数据线，由高低双绞线组成。CAN总线元件中央程序器（CPU） 控制单元主要计算器数据总线终端收发器（Tranceiver） 发送器（Transmitter） 接收器（Receiver）控制器（Controller）

CAN通讯的控制单元 过滤接收指令 形成要发送的指令控制单元基本构造4.Canbus采用双绞线自身校验的结构，既可以防止电磁干扰对传输信息的影响，也可以防止本身对外界的干扰。系统中采用高低电平两根数据线，控制器输出的信号同时向两根通讯线发送，高低电平互为镜像。并且每一个控制器都增加了终端电阻，已减少数据传送时的过调效应。

Canbus双绞线的基本颜色：

Can总线的基本颜色：橙色；Can-Low总是棕色；

Can-High:驱动系统(黑色)；舒适系统（绿色)； 信息系统(紫色）；数据传输线数据传输终端数据传输终端CAN收发器CAN收发器基本构造+1V-1V外界的干扰同时作用于两根导线产生的电磁波辐射相互抵消~0VCAN-总线在汽车上的干扰源就是：在工作中产生的电磁波干扰源为避免在数据总线上产生干扰电，人们采用双绞线（2条数据总线互相缠绕）的方法来实现抗干扰功能在2条导线上电压变化量是相同的，但是相位相反因此受外界干扰之后，2条导线上的电压之差保持稳定两个电压的差值（逻辑内容）始终保持稳定，和电压大小无关低电平高电平数据总线控制单元1控制单元2控制单元3控制单元4数据处理数据处理数据准备数据检测数据接收数据检测数据检测数据接收数据接收发送数据数据总线系统CAN总线数据传输过程数据准备

CAN控制单元控制器为数据发送做准备数据发送

CAN收发器从控制器得到数据，并将之转为电信号发送出去数据接收 在网络上其他所有的控制单元做好接收数据的准备数据检测 控制单元检测它所接收到的数据对它的功能是否有必要数据接受 如果数据是重要的，接收并处理，否则忽略5.由于汽车不同控制器对CAN总线的性能要求不同，因此最新版本的CAN总线系统人为设定为5个不同的区域，分别为驱动系统、舒适系统、信息系统、多功能仪表、诊断总线等5个局域网。其速率分别为(Kbit/m)：

驱动系统（由15号线激活）：500; 舒适系统（由30号线激活）：100

信息系统（由30号线激活）：100； 诊断系统（由30号线激活）：500

仪表系统（由15号线激活）：100； Lin:20

最大承载：1000CAN仪表CAN驱动CAN信息CAN舒适

CAN诊断基本构造BSGKlimaKomfortTürVRTürVLTürHRTürHLSMLSLWSEPSAirbagABS/ESPGetriebeMotorSensorClusterRadioTelefonWischerlWischerr诊断接口基本构造CAN-区域图网关基本构造6.网关由于不同区域Canbus总线的速率和识别代号不同，因此一个信号要从一个总线进入到另一个总线区域，必须把它的识别信号和速率进行改变，能够让另一个系统接受，这个任务由网关(Gateway)来完成。另外，网关还具有改变信息优先级的功能。如车辆发生相撞事故，气囊控制单元会发出负加速度传感器的信号，这个信号的优先级在驱动系统是非常高，但转到舒适系统后，网关调低了它的优先级，因为它在舒适系统功能只是打开门和灯。基本构造诊断总线网关仪表总线驱动总线舒适总线信息总线8.诊断总线诊断总线是用于诊断仪器和相应控制单元之间的信息交换，它被用来代替原来的K线或者L线的功能（废气处理控制器除外）。诊断总线目前只能在VAS5051和VAS5052下工作，而不能适用于原来的诊断工具，如1552等。诊断总线通过网关转接到相应的CANBUS上，然后再连接相应的控制器进行数据交换。随着诊断总线的使用，大众集团将逐步淘汰控制器上的K线存储器，而采用CAN线作为诊断仪器和控制器之间的信息连接线，我们称之为虚拟K线。针脚号 对应的线束1 15号线4 接地5 接地6 CANBUS(高）7 k线14 CANBUS(低）15 L线16 30号线注：未标明的针脚号暂未使用。基本构造当车辆使用诊断CANBUS总线结构后，VAS5051等诊断仪器必须使用相对应的新型诊断线（VAS5051/5A或VAS5051/6A）,否则无法读出相应的诊断信息。另外，车上的诊断接口也作出了相应的改动，具体信息看如下图表：注：5051仪器的版本号必须大于3.0以上

才能使用诊断CANBUS总线。

新型诊断线能够适用于旧型诊断接口。功能1.Canbus上的信息Canbus上的信息是以二进制形式出现的。也就是说控制单元将信息转换成二进制，Canbus用电平来模拟二进制，接受控制单元将电平转换成二进制数据，再将二进制数据转换成正常数据。例如：控制单元B将发动机转速值信号先转换成二进制信号(00010101),然后由发送器转换成一串电平信号兵发送出去。控制单元A的接收器先读取电平信号，转换成二进制信号(00010101)，然后再解码成发动机转速值。2.逻辑信号和差分放大器log.„0“log:„1“差分放大器对应于逻辑电平功能3.Canbus的收发器

Canbus上的控制器中发送信息的线路通过一个开路集电极和总线相连。Canbus的收发器如图所示，使用一个电路进行控制，这样也就是说控制单元在某一时间段只能进行发送或接受一项功能。逻辑“1”：所有控制器的开关断开；总线电平为5Vor3.5V；Canbus未通讯。逻辑“0”：某一控制器闭合；总线电平为0伏；Canbus进行通讯。功能典型收发器线路图（TJA1050）：功能2个以上控制器所组成的Canbus系统当用2个以上的控制器连接在Canbus总线上（如图所示），用逻辑1来表示断开和用逻辑0表示闭合。不考虑其他总线规则情况下，总线会出现下图的情况：1.任何开关闭合，总线上的电压为0伏2.所有开关断开，总线上的电压为5伏因此：1.只要任何一个控制器激活，则总线激活2.所有控制器关闭，总线处于未激活状态

激活的总线称为显性电平；未激活的总线电平称为隐形电平功能1.Canbus的数据结构当控制器发送信息时，并不仅仅是数据本身，它同时还带有属性数据打成数据包一起传送。该数据包共有7个数据段，分别储存有开始区（1位），状态区（11位），检验区（6位），数据区（64位），安全区（16位），确认区（2位）和结束区（7位）。开始区优先级别区未使用数据区确认区检验区－数据量16位冗余校验码结束区数据传输2.优先级确认因为Canbus采用串行数据传递（单根数据线)方式，如果有多个控制器同时需要发出信号，那么在总线上一定会发生数据冲突。所有每一个数据列都有它的优先级。当有多个控制器试图发送信息时，它们自己的接收器为信息优先级进行仲裁，当其他控制器发送的信息优先级高于自己控制器发送信息时，通知自己发送器停止发送，整个控制器进入接收状态。在信息数据列中有11位的状态区，这11位二进制中前7位既是发送信息的控制器标识符，同时又表示了它的优先级，即从前往后数，前面零越多，优先级越高。而后4位则是这个控制器发送不同信息的编号，如发动机控制单元既要发送转速信号，又要发送水温等信号，则后4位就有所不同。数据传输3.Canbus系统的难题-发送和接受的同步数据传输同步解决方案一：边沿对齐为了保证发送和接受能够同步，Canbus规定了边沿对齐规则。也就是说接收器发现每一次电平反向的节拍不对时，必须调整边沿，以求得同步。这个规则在电平变化频繁时能有效的保证了接收的正确性数据传输数据的位填充为了保证发送和接受能够同步，Canbus规定了位填充规则。也就是说最多5位出现一样的电平信号，第六位必须有一个反向电平。这个规则能有效的保证了接收的正确性数据传输出错帧（ErrorFrame):当控制器在接收其他控制器或自己发送器的信息时，发现信息有错误，可以发送出错帧，出错帧至少有6个显性电平和8个隐性电平，至多12个显性电平和8个隐性电平构成。错误发送控制单元接收控制单元接收控制单元Canbus系统数据传输驱动系统驱动系统Canbus驱动系统由15号激活,速率是所有Canbus中最高达到500kBit/s，采用终端电阻结构，其中心电阻为66欧姆（发动机电阻）；并且高低Canbus线为环状结构，即任一根Canbus线断路，则Canbus无法工作。驱动系统电路简图驱动系统驱动系统的Canbus信号和逻辑信号：Can-High的高电平为：3.5伏Can-High的低电平为：2.5伏Can-Low的高电平为:2.5伏Can-low的低电平为：1.5伏逻辑“1”：Can-high(3.5)

Can-low=(1.5)逻辑“0”：Can-high(2.5)

Can-low(2.5)驱动系统的信号图驱动系统舒适系统舒适系统Canbus舒适系统由30号激活,速率达到100kBit/s，没有终端电阻，且高低Canbus线分离，即任一根Canbus线断路，Canbus工作不受影响。舒适系统电路简图测舒适系统高低线的电阻为无穷大！舒适系统10us舒适系统的Canbus信号和驱动系统有很大区别：Can-High的高电平为：3.6伏Can-High的低电平为：0伏Can-Low的高电平为:5伏Can-low的低电平为：1.4伏逻辑“1”：Can-high(3.6)

Can-low=(1.4)逻辑“0”：Can-high(0)

Can-low(5)舒适系统的信号图舒适系统传送安全性和故障处理内部故障管理控制单元内部有错误计数器。一次发送失败计数加8，一次接收错误计数加1。当累计超过127时，控制器不再允许发送信息，当累计超过255时，控制器自动与总线脱离.但是，控制器发送信息时，没有受到答复信号，控制器将重复发送，而错误计数不计数。典型故障－1：Can-Low断路传送安全性和故障处理示波仪判断传送安全性和故障处理典型故障－2：Can-high断路传送安全性和故障处理示波仪判断传送安全性和故障处理典型故障－3：Can-Low与电瓶短接传送安全性和故障处理示波仪判断传送安全性和故障处理典型故障－4：Can-Low与地短接传送安全性和故障处理示波仪判断传送安全性和故障处理典型故障－5：Can-Low与Can-high短接传送安全性和故障处理示波仪判断传送安全性和故障处理典型故障－6：Can-Low与Can-high交叉连接传送安全性和故障处理示波仪判断传送安全性和故障处理数据总线系统LIN总线入口vomµCLIN-出口LIN-Gerät

1LIN-Gerät2LIN-Gerät31k30k30k30k数据总线系统LIN总线主-从控制器原理LIN总线数据传输速率为19.2kBaudLIN驱动器对地接通，总线显性电平每个LIN控制单元在总线上可以设置显性电平对正极或负极短路，LIN总线不再工作LIN控制器（Master）空调操作显示单元LIN执行器1（Slave）前风窗加热LIN执行器2（Slave）新鲜空气鼓风机实际转速值转速值=150l/m鼓风机转速询问执行器和控制器间数据传输数据总线系统LIN总线LIN控制器（Master）空调操作显示单元LIN执行器1（Slave）前风窗加热LIN执行器2（Slave）新鲜空气鼓风机将转速提升至200l/m转速值=200l/m设置鼓风机转速执行器和控制器间数据传输数据总线系统LIN总线报文头应答数据总线系统LIN总线LIN总线信号数据总线系统MOST总线数据总线系统MOST总线数据总线系统MOST总线同步数据 （36-60）字节（音频，视频）异步数据 （0-24）字节（数据包）分界线：（同步和异步信息分界线）控制数据 （2字节）64字节>MOST-数据帧60字节>信息数据MOST总线数据传输速率源数据：60Bytes/Framex8Bit/Bytex44100Frames/sec.=21,2Mbit/s控制数据，如放大器非时基数据，如电子邮件时基数据，如声音、图象数据总线系统MOST总线出口光纤导线入口光纤导线MOST系统控制单元控制单元电源模块控制单元ECUMOST收发器发送光电二极管接收光电二极管数据总线系统MOST总线MOST系统光纤导线保护外套阻光层反射层传输层全反射并应用在光纤导线中从光纤导线中透出光线造成光的损失可能的原因：光纤射入角度不对（插头失效），或是弯曲半径不足25mm光纤导线工作原理数据总线系统MOST总线数据总线系统MOST总线1 弯曲半径不足2 外壳破坏3 端面破损4 端面赃5 端面错位6 角度问题7 两条光纤导线间漏光8 端口有故障MOST系统常见故障原因R>25mm

最小弯曲半径R20..10mm损害功能R<5mm破坏半径MOST-导线的弯曲防护数据总线系统MOST总线AudiC6数据总线系统C5C6C5网络 21个联网控制单元 3个总线系统 通过K线和L线诊断C6联网 最多81个控制单元 18个总线系统 通过CAN总线进行诊断AudiC6数据总线系统AnzeigeeinheitimSchalttafeleinsatzJ285DiagnoseanschlussT16Türsteuergerät,FahrerseiteJ386Türsteuergerät,BeifahrerseiteJ387Türsteuergerät,hintenlinksJ388Türsteuergerät,hintenrechtsJ389SitzverstellungJ136Sitzverstellung,BeifahrerJ521Multifunktions-lenkradJ453KomfortsystemJ393AlarmhornH12Innenraum-überwachungG273Bordnetz2J520BordnetzJ519WischermotorJ400SensorfürRegen-/LichterkennungG397Reifendruck-überwachungJ502ClimatronicJ255FrischluftgebläseJ126Anhänger-erkennungJ345Energie-managementJ644EinparkhilfeJ446ZusatzheizungJ364SendervornelinksG431SendervornerechtsG432SenderhintenlinksG433SenderhintenrechtsG434AntennehintenR96Zugang-undStartberechtigungJ518SchalterfürZugang-undStartberechtigungE415Antennen-Einlese-EinheitfürschlüsselloseZugangsberechtigungJ723ElektrischePark-undHandbremseJ540AutomatischesGetriebeJ217NiveauregelungJ197NOXSensorJ583Motorelektronik1J623ABSmitEDSJ104GeberfürDrehrateG202Leuchtweiten-regelungJ431LeistungsmodulScheinwerferrechtsJ668LeistungsmodulScheinwerferlinksJ667Lenkwinkel-sensorG85Lenksäulen-elektronikJ527AirbagJ234Sitzbelegungs-erkennungJ706CD-WechslerR41Anzeige-undBedieneinheitfürInformation,vornJ523VerstärkerDSPJ525NavigationJ401TV-TunerR78Sende-undEmpfangsgerätfürTelefon,R36RadiomodulRSpracheingabeJ507Telefon/TelematikJ526BedienhörerfürTelefonR37DiagnoseinterfacefürDatenbusJ533Abstands-regelungJ428CANKomfortCANAbstandsregelungCANKombiCANAntriebCANDiagnoseMOSTLINdiverseSubbussystemeGeberKältemitteldruckKältemitteltemperaturG395AudiC6数据总线系统舒适系统网关/诊断接口J533门控制单元副司机侧J387能量管理系统J644门控制单元右后J389座椅调节副司机侧J521挂车识别J345驻车辅助J446进入/启动授权

J518驻车加热

J364整车电器控制单元2J520门控制单元司机侧

J386门控制单元左后J388座椅调节司机侧

J136警报喇叭H12雨滴光强传感器G397冷却液压力和温度传感器

G395发送器

左后G433发送器

左前

G431雨刷电机

J400室内监控G273多功能方向盘J453新鲜空气鼓风机J126发送器右后

G434发送器

右前

G432整车电器控制单元1J519自动空调

J255舒适系统中央控制单元J393转向柱电器J527轮胎气压监控J502后部天线

R96舒适CAN总线LIN总线AudiC6数据总线系统舒适系统中央模块舒适系统(ILM后)停车辅助(APS)轮胎气压监控车载控制单元1(ILM-司机侧)座椅记忆网关车载控制单元2(ILM–副司机侧)电子后座椅挂车多功能方向盘电瓶能量管理者门控制单元空调驻车加热电子转向柱锁(ELV)门控制单元转向柱开关模块(SMLS)特征 传输率100kBd

级别CAN/B

双绞线 高线–橙/绿色 低线–橙/棕色 点火开关关断后的要求拔下插头时产生故障记忆注意静电流! 具有单线运行能力AudiC6数据总线系统驱动系统发动机大灯照程调节安全气囊网关ESP转向柱电器电子驻车制动变速箱特征 传输率500kBd

级别CAN/C

双绞线 高线–橙/黑色 低线–橙/棕色 不能单线运行在一根线断路/短路所有功能关断带DVD的导航MOST网关电话/紧急呼叫数字音响广播（DAB）通讯盒（收音机，语音操作系统）电视调谐器CD-转换器带CD的导航主控单元（Headunit）数字音响处理要按照实际的环路描述AudiC6数据总线系统信息娱乐系统特征 传输率21.2MBd

光纤传输 实现声音和图象数据的传输 环形结构 点火开关关断后运行环路断路影响所有功能在断环诊断和衰减仪的帮助下进行故障查找CAN-AntriebLIN新鲜空气鼓风机轮胎气压监控ILM-司机侧轮胎气压监控天线空调轮胎气压监控天线脚坑辅助加热转向柱开关模块多功能方向盘PTC-加热LIN-空调LIN-轮胎压力控制(high-Variante)雨刮控制安全气囊座椅占用识别(USA)ILM-后LIN-安全气囊防盗装置喇叭内部监控LIN-防盗报警装置CAN-KomfortAudiC6数据总线系统LIN-Bus数据总线CAN-AntriebCAN-KomfortSubbussysteme大灯照程调节高级钥匙ESP电子转向柱锁电子点火开关LM-前照灯LM-前照灯CAN自适应灯光FBS-Bus旋转/横向加速度传感器CAN-ESPILM-后尾灯诊断子总线系统特征 最大数据传输率：500kBd（自适应灯光系统）

没有定义传输标准

不同的数据协议和信号形式