汽車控制功能的網(wǎng)絡(luò)化、智能化已經(jīng)成為現(xiàn)代汽車工業(yè)發(fā)展的必然趨勢，由于 CAN 總線通訊協(xié)議廢除了傳統(tǒng)的站地址編碼，使得 CAN 網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的節(jié)點數(shù)量將不受限制，且實時性好，通訊速率高，因此被廣泛用于汽車電子控制系統(tǒng)上。

一、引言

(一)CAN 通訊網(wǎng)絡(luò)描述

CAN(Controller Area Network)即控制器局域網(wǎng)絡(luò)，最初是由德國 Bosch 公司為解決現(xiàn)代汽車眾多控制與測試儀器之間的數(shù)據(jù)交換而開發(fā)的一種串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議，即以串行通訊協(xié)議為基礎(chǔ)進行數(shù)據(jù)交換。

傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸方式為：每條數(shù)據(jù)通過一條導線進行傳輸。當數(shù)據(jù)增多時導線必須增加，控制器的接插件也相應增加。該方式只適用于限定數(shù)據(jù)量的數(shù)據(jù)傳輸，而采用 CAN 總線，則可解決上述的問題。CAN 總線是網(wǎng)絡(luò)通訊的形式，可將所有數(shù)據(jù)通過兩條雙絞線進行傳輸而且不受控制器數(shù)量及控制器間傳輸數(shù)據(jù)多少的限制。CAN 總線在數(shù)據(jù)交換量較大的情況下，其意義更為顯著。

(二)CAN 總線結(jié)構(gòu)形式

CAN 的結(jié)構(gòu)形式如下：

CAN 總線可以在單發(fā)送、多接收方式下工作，只要將需要某條信息的裝置連在總線上，就能在同一時間收到該信息。反之，如果總線上的某個節(jié)點需要某條信息，它只要發(fā)送需要該信息的請求，總線就能提供信息單元對其作出響應。

CAN 總線通信接口集成了 CAN 協(xié)議的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層功能，可完成對通信數(shù)據(jù)的成幀處理，包括位填充、數(shù)據(jù)塊編碼、循環(huán)冗余檢驗和數(shù)據(jù)鏈路層等功能。

(三)CAN 總線的優(yōu)點

CAN 總線具有以下優(yōu)點：1.通過更改軟件，數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議的附加功能就可以得到較大

程度的擴展;2.不需改變節(jié)點及應用層的軟件和硬件即可增加節(jié)點;3.明顯降低錯誤發(fā)生率，通過控制器連續(xù)數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)比

較以及數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議的保障，錯誤發(fā)生率將會降低到最小程度;4.數(shù)據(jù)共享，顯著減小了傳感器和信電纜的數(shù)量;5.控制器間數(shù)據(jù)傳輸速度更快;6.控制器和控制器的接插件體積更小，更節(jié)省空間;

二、CAN 通訊協(xié)議定義

(一)CAN 數(shù)據(jù)傳輸格式 CAN 以幀的形式進行傳輸，其標準格式的每一幀數(shù)據(jù)里包含7個區(qū)域，即幀起始、仲裁區(qū)、控制區(qū)、數(shù)據(jù)區(qū)、CRC 校驗、ACK應答區(qū)和幀結(jié)束。

如圖所示：

其中：起始位，標志數(shù)據(jù)幀的開始，它由一顯性位組成，這顯性位用于接收狀態(tài)下 CAN 控制器的硬同步。

RTR 位，一般由發(fā)送者自主向總線送數(shù)，但也可以由接收方通過將該位設(shè)成隱性電平進行遠程請求發(fā)送。 DLC 位，標識數(shù)據(jù)長度。CRC 校驗位，采用循環(huán)冗余校驗。

應答位，通過將發(fā)送方應答空隙位上的隱性電平置為主控電平來進行確認。如果主控電平不出現(xiàn)，則發(fā)送者判定為發(fā)送錯誤。

結(jié)束位，由 7 位隱性電平組成。

2.2、標識符的定義

優(yōu)先級指對傳感器的優(yōu)先級類別的識別。節(jié)點指對節(jié)點的識別。

(二)汽車系統(tǒng)、子系統(tǒng)及總成定義規(guī)則

CAN 規(guī)范中，數(shù)據(jù)區(qū)共有 8個字節(jié)，將汽車的系統(tǒng)、子系統(tǒng)及總成的地址以及傳輸?shù)臄?shù)據(jù)和加密處理等都在此 8 個字節(jié)內(nèi)完成。定義如下：

B7、B6 字節(jié)為地址碼，用于對系統(tǒng)、子系統(tǒng)、總成進行定義，并包含優(yōu)先級，其中優(yōu)先級的表示是以地址碼的大小來決定的，地址碼越小，其優(yōu)先級越高。

B5——B2 共 4 個字節(jié)(32 位)，用于對總成的數(shù)據(jù)進行定義。采用標準的 32 位定點運算格式。

B1：保留字節(jié)。保留一個字節(jié)，以備以后擴展用。

B0：加密處理

三、CAN 總線通訊模塊電路

CAN 總線通訊模塊是整車 CAN 總線節(jié)點的重要組成部分，采用獨立于系統(tǒng)的模塊化設(shè)計，500Kbps 通訊速率，軟件兼容整車 CAN 總線通訊協(xié)議，可以移植到任何一個節(jié)點中去。

模塊由兩個芯片及其外圍元件組成。內(nèi)嵌帶 CAN 總線管理器的單片機系統(tǒng)和雙端口RAM。它主要完成以下功能：

1、CAN 總線管理器負責 CAN 標準 2.0A 的 CAN 總線數(shù)據(jù)通訊;

2、數(shù)據(jù)濾波器;3.本地通訊(包括高速 8 位并口通訊和低速 RS-232 通訊)。

四、結(jié)論

隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，電子控制系統(tǒng)將越來越多地應用到汽車領(lǐng)域。如果不采用 CAN 總線方式，將無法實現(xiàn)電控系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳輸和協(xié)調(diào)控制。因此，開發(fā)汽車 CAN 總線是現(xiàn)代汽車發(fā)展的必然趨勢。