论文部分内容阅读
摘 要：数据总线是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，它是一种多主总线，通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光导纤维，通信速率可达1MBPS。
关键词：数据总线；控制器局域网络；控制单元；网络
中图分类号：TP393.1文献标识码：A
On the Vehicle Data Bus - CAN
LI Shun-cai
(Zhengzhou Institute of Traffic Technician,Henan Zhengzhou 450016）
Key words: data bus；CAN；control unit；network
随着集成电路和单片机在汽车上的广泛应用，车上的ECU数量越来越多。因此，一种新的概念——车上控制器局域网络CAN（Controller Area Netwrk）的概念也就应运而生了。为使不同厂家生产的零部件能在同一辆汽车中协调工作，必须制定标准。按照ISO有关标准，CAN的拓朴结构为总线式，因此也称为CAN总线。CAN总线是德国BOSCH公司从80年代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，它是一种多主总线，通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光导纤维。通信速率可达1MBPS。
1 CAN的定义和特性
CAN总线通信接口中集成了CAN协议的物理层和数据链路层功能，可完成对通信数据的成帧处理，包括位填充、数据块编码、循环冗余检验、优先级判别等项工作。CAN协议的一个最大特点是废除了传统的站地址编码，而代之以对通信数据块进行编码。采用这种方法的优点可使网络内的节点个数在理论上不受限制，数据块的标识码可由11位或29位二进制数组成，因此可以定义211或229个不同的数据块，这种按数据块编码的方式，还可使不同的节点同时接收到相同的数据，这一点在分布式控制系统中非常有用。数据段长度最多为8个字节，可满足通常工业领域中控制命令、工作状态及测试数据的一般要求。同时，8个字节不会占用总线时间过长，从而保证了通信的实时性。CAN协议采用CRC检验并可提供相应的错误处理功能，保证了数据通信的可*性。CAN卓越的特性、极高的可行性和独特的设计，特别适合工业过程监控设备的互连，因此，越来越受到工业界的重视，并已公认为最有前途的现场总线之一。另外，CAN总线采用了多主竞争式总线结构，具有多主站运行和分散仲裁的串行总线以及广播通信的特点。CAN总线上任意节点可在任意时刻主动地向网络上其他节点发送信息而不分主次，因此可在各节点之间实现自由通信。CAN总线协议已被国际标准化组织认证，技术比较成熟，控制的芯片已经商品化，性价比高，特别适用于分布式测控系统之间的数通讯。CAN总线插卡可以任意插在PC AT XT兼容机上，方便地构成分布式监控系统。
那么，如何理解数据总线呢？打个比方，一个农场要把自己的蔬菜产品运送到县城批发市场，又要把牛奶送到县城乳品加工厂，还要把甘蔗送到县城制糖厂。农场主可以为每一种产品专门修一条公路，一共需要修三条路。不过他肯定不会这样做，他只需要修一条通往县城的路，到达县城后才转向不同的目的地。这样，一条路就搭载了各种不同的产品。同样的道理，数据总线搭载了不同的信息，这些信息由不同的部件发出，到达另一些不同的部件。正如公路运输需要交通规则来维持正常的运作，数据总线也需要规范信息的流动。一种基本的规则是分时。在这种规则下，数据总线在每一时刻只能被两个部件占用，在两个部件之间传送信息。由于电信息传播的速度极快，数据总线完全可以满足许多部件进行分时信息传递的需要。汽车上的数据总线（CAN）上的每个节点（ECU）都有自己的地址，连续监视着总线上发出的各种数据，当所收到的数据地址值与自身地址吻合，那么该节点就获得令牌（一种通信规约，此方法允许唯一获得令牌的一个节点有权发送数据，以防止两个或两个以上的节点同时传输数据引起混乱），每一个节点都有机会得到令牌，完成数据传输。
2 CAN在现代轿车设计中的应用
在现代轿车的设计中，CAN已经成为必须采用的装置，奔驰、宝马、大众、沃尔沃及雷诺汽车都将CAN作为控制器联网的手段。由于我国中高级轿车主要以欧洲车型为主，因此欧洲车应用最广泛的CAN技术，也将是国产轿车引进的技术项目。目前汽车上的网络连接方式主要采用2条CAN，一条用于驱动系统的高速CAN，速率达到500kb/s，另一条用于车身系统的低速CAN，速率是100kb/s。
驱动系统CAN主要连接对象是发动机控制器（ECU）、ASR及ABS控制器、安全气囊控制器、组合仪表等等，它们的基本特征相同，都是控制与汽车行驶直接相关的系统。车身系统CAN主要连接对象是四门以上的集控锁、电动车窗、后视镜和厢内照明灯等。在信息社会中，有些先进的轿车除了上述两条总线，还会有第三条CAN总线，它主要负责卫星导航及智能通讯系统。
3 结束语
目前，驱动系统CAN和车身系统CAN这两条独立的总线之间没有关系。工程师将逐步克服技术障碍，设置“网关”，在各个CAN之间搭桥实现资源共享，将各个数据总线的信息反馈到仪表板总成上的显示屏上。驾车者只要看看仪表板，就可以知道各个电控装置是否正常工作了。网关是连接不同网络系统的接口装置，它综合了桥接器和路由器的功能，汽车网关能对不同网络系统的不同通信"协议"进行翻译和解释，为处理多个ECU的核心CPU之间的通信提供的一种综合性接口，它必须具备从一个网络协议到另一个网络协议转换信息的能力，因此网关实际上是一个单片微型计算机。网关具有监视网络系统的功能，当一个网络频繁发生错误，网关会发出警报或进入中断状态，调查及处理总线出现的差错。
一些汽车专家认为，就像汽车电子技术在20世纪70年代引入集成电路、80年代引入微处理器一样，近10年数据总线技术的引入也将是汽车电子技术发展的一个里程碑。
关键词：数据总线；控制器局域网络；控制单元；网络
中图分类号：TP393.1文献标识码：A
On the Vehicle Data Bus - CAN
LI Shun-cai
(Zhengzhou Institute of Traffic Technician,Henan Zhengzhou 450016）
Key words: data bus；CAN；control unit；network
随着集成电路和单片机在汽车上的广泛应用，车上的ECU数量越来越多。因此，一种新的概念——车上控制器局域网络CAN（Controller Area Netwrk）的概念也就应运而生了。为使不同厂家生产的零部件能在同一辆汽车中协调工作，必须制定标准。按照ISO有关标准，CAN的拓朴结构为总线式，因此也称为CAN总线。CAN总线是德国BOSCH公司从80年代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，它是一种多主总线，通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光导纤维。通信速率可达1MBPS。
1 CAN的定义和特性
CAN总线通信接口中集成了CAN协议的物理层和数据链路层功能，可完成对通信数据的成帧处理，包括位填充、数据块编码、循环冗余检验、优先级判别等项工作。CAN协议的一个最大特点是废除了传统的站地址编码，而代之以对通信数据块进行编码。采用这种方法的优点可使网络内的节点个数在理论上不受限制，数据块的标识码可由11位或29位二进制数组成，因此可以定义211或229个不同的数据块，这种按数据块编码的方式，还可使不同的节点同时接收到相同的数据，这一点在分布式控制系统中非常有用。数据段长度最多为8个字节，可满足通常工业领域中控制命令、工作状态及测试数据的一般要求。同时，8个字节不会占用总线时间过长，从而保证了通信的实时性。CAN协议采用CRC检验并可提供相应的错误处理功能，保证了数据通信的可*性。CAN卓越的特性、极高的可行性和独特的设计，特别适合工业过程监控设备的互连，因此，越来越受到工业界的重视，并已公认为最有前途的现场总线之一。另外，CAN总线采用了多主竞争式总线结构，具有多主站运行和分散仲裁的串行总线以及广播通信的特点。CAN总线上任意节点可在任意时刻主动地向网络上其他节点发送信息而不分主次，因此可在各节点之间实现自由通信。CAN总线协议已被国际标准化组织认证，技术比较成熟，控制的芯片已经商品化，性价比高，特别适用于分布式测控系统之间的数通讯。CAN总线插卡可以任意插在PC AT XT兼容机上，方便地构成分布式监控系统。
那么，如何理解数据总线呢？打个比方，一个农场要把自己的蔬菜产品运送到县城批发市场，又要把牛奶送到县城乳品加工厂，还要把甘蔗送到县城制糖厂。农场主可以为每一种产品专门修一条公路，一共需要修三条路。不过他肯定不会这样做，他只需要修一条通往县城的路，到达县城后才转向不同的目的地。这样，一条路就搭载了各种不同的产品。同样的道理，数据总线搭载了不同的信息，这些信息由不同的部件发出，到达另一些不同的部件。正如公路运输需要交通规则来维持正常的运作，数据总线也需要规范信息的流动。一种基本的规则是分时。在这种规则下，数据总线在每一时刻只能被两个部件占用，在两个部件之间传送信息。由于电信息传播的速度极快，数据总线完全可以满足许多部件进行分时信息传递的需要。汽车上的数据总线（CAN）上的每个节点（ECU）都有自己的地址，连续监视着总线上发出的各种数据，当所收到的数据地址值与自身地址吻合，那么该节点就获得令牌（一种通信规约，此方法允许唯一获得令牌的一个节点有权发送数据，以防止两个或两个以上的节点同时传输数据引起混乱），每一个节点都有机会得到令牌，完成数据传输。
2 CAN在现代轿车设计中的应用
在现代轿车的设计中，CAN已经成为必须采用的装置，奔驰、宝马、大众、沃尔沃及雷诺汽车都将CAN作为控制器联网的手段。由于我国中高级轿车主要以欧洲车型为主，因此欧洲车应用最广泛的CAN技术，也将是国产轿车引进的技术项目。目前汽车上的网络连接方式主要采用2条CAN，一条用于驱动系统的高速CAN，速率达到500kb/s，另一条用于车身系统的低速CAN，速率是100kb/s。
驱动系统CAN主要连接对象是发动机控制器（ECU）、ASR及ABS控制器、安全气囊控制器、组合仪表等等，它们的基本特征相同，都是控制与汽车行驶直接相关的系统。车身系统CAN主要连接对象是四门以上的集控锁、电动车窗、后视镜和厢内照明灯等。在信息社会中，有些先进的轿车除了上述两条总线，还会有第三条CAN总线，它主要负责卫星导航及智能通讯系统。
3 结束语
目前，驱动系统CAN和车身系统CAN这两条独立的总线之间没有关系。工程师将逐步克服技术障碍，设置“网关”，在各个CAN之间搭桥实现资源共享，将各个数据总线的信息反馈到仪表板总成上的显示屏上。驾车者只要看看仪表板，就可以知道各个电控装置是否正常工作了。网关是连接不同网络系统的接口装置，它综合了桥接器和路由器的功能，汽车网关能对不同网络系统的不同通信"协议"进行翻译和解释，为处理多个ECU的核心CPU之间的通信提供的一种综合性接口，它必须具备从一个网络协议到另一个网络协议转换信息的能力，因此网关实际上是一个单片微型计算机。网关具有监视网络系统的功能，当一个网络频繁发生错误，网关会发出警报或进入中断状态，调查及处理总线出现的差错。
一些汽车专家认为，就像汽车电子技术在20世纪70年代引入集成电路、80年代引入微处理器一样，近10年数据总线技术的引入也将是汽车电子技术发展的一个里程碑。