第十三章車載網絡技術

第十三章車載網絡技術第一節(jié)概述

第二節(jié)控制器局域網(CAN)

第三節(jié)局部連接網絡(LIN)

第四節(jié)車載局域網(LAN)與多媒體定向系統(tǒng)傳輸(MOST)簡介第一節(jié)概述一、車載網絡技術應用的必要性圖13-1布線方法

a)常規(guī)布線b)CAN總線布線

隨著計算機、控制器、通訊和CRT顯示技術的發(fā)展，尤其是微處理器技術和集成電路技術的飛速發(fā)展，使得控制技術向高、精方向發(fā)展，汽車正在走向信息化。常規(guī)方法布線與采用CAN總線方式布線如右圖：第一節(jié)概述二、車載網絡技術在汽車上的應用圖13-2車載網絡的應用等級車載網絡技術發(fā)展迅速，目前車載網絡主要應用于車身系統(tǒng)、動力傳動系統(tǒng)、安全系統(tǒng)和信息系統(tǒng)。圖13-2典型的車載網絡1.動力與傳動系統(tǒng)

2.安全系統(tǒng)

3.車身系統(tǒng)

4.信息(娛樂)系統(tǒng)第一節(jié)概述

三、車載網絡參考模型圖13-3ISO／OSI參考模型第一節(jié)概述表13-1開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型ISO/OSI參考模型各層定義的主要項目軟

件

控

制7層應用層提供各種實際可應用的服務6層表示層對數(shù)據(jù)的表現(xiàn)形式進行變換，如文字調整、數(shù)據(jù)壓縮與加密5層會話層為實現(xiàn)會話通信，按正確順序控制數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收4層傳輸層保證按順序控制數(shù)據(jù)及更正錯誤等通信品質，如糾正錯誤、重新發(fā)送控制3層網絡層選擇數(shù)據(jù)的傳輸途徑和中轉，如ECU之間的數(shù)據(jù)交換及地址管理硬

件

控

制2層數(shù)據(jù)鏈路層將從物理層獲得的信號（字符集）匯總成具有某種意義的數(shù)據(jù)，提供控制順序，以便對控制傳輸錯誤等數(shù)據(jù)加以傳輸，如訪問時的方法及數(shù)據(jù)形式，連接控制方式、同步方式、錯誤檢測方式，響應方式、通信方式，幀的構成、組幀方式1層物理層規(guī)定通信時所使用的電纜、插座等，媒體、信號的標準等，以實現(xiàn)設備之間信號的交換，如信號電平、發(fā)送與接收、電纜及插座等形式第一節(jié)概述四、車載網絡分類和通信協(xié)議標準按照系統(tǒng)的信息量、響應速度、可靠性等要求，將車載網絡系統(tǒng)分為A類、B類、C類、D類。第一節(jié)概述表13-2各類典型汽車總線標準、協(xié)議特性和參數(shù)類別A類B類C類D類CAN安全X?by?Wire診斷多媒體名稱LINISO11519?2ISO11898

SAEJ1939SafetybusFlexRayISO15765DDB(MOST)所屬機構MotorolaISO/SAEISO/TMC?ATADelphiBMW﹠DCISOPhilips用途智能傳感器控制、診斷控制、診斷SRS線控制診斷數(shù)據(jù)流控制介質單根線雙絞線雙絞線雙線雙線雙絞線光纖位編碼NRZNRZ?5NRZ?5RTZNRZNRZBiphase第一節(jié)概述表13-2各類典型汽車總線標準、協(xié)議特性和參數(shù)媒體訪問主/從競爭競爭主/從FTDMATESTENR

/SLAVETOKENRING錯誤檢測8位CSCRCCRCCRCCRCCRCCRC數(shù)據(jù)長度/B80～8824～39120～8—傳輸速率/(bit/s)20K10～125K250～1000K5K～10M5M10～250K12～400M總線最長/m404040未定無限制40無限制最多節(jié)點/個163232(STP)

10(UTP)64643224成本低中中中中中高第一節(jié)概述(1)A類總線協(xié)議標準面向傳感器、執(zhí)行器控制的低速網絡，數(shù)據(jù)傳輸速率通常只有l(wèi)～10Kbit／s。(2)B類總線協(xié)議標準面向獨立ECU之間數(shù)據(jù)共享的中速網絡，傳輸速率一般為。(3)C類總線協(xié)議標準面向高速、實時閉環(huán)控制的多路傳輸網絡，最高傳輸速率可達1Mbit／s，主要用于發(fā)動機、ABS、ASR、懸架等控制。1)安全總線主要用于安全氣囊，以連接加速度傳感器、碰撞傳感器等，目前已有一些公司研制出相關的總線和協(xié)議，如Delphi公司的SafetyBus和BMW公司的Byteflight等。2)X-by-Wire總線協(xié)議標準。3)診斷系統(tǒng)總線標準。第一節(jié)概述(4)D類總線協(xié)議標準D類網絡稱為智能數(shù)據(jù)總線(IDB)，主要面向信息、多媒體系統(tǒng)等，采用D2B、MOST光纖傳輸和IDB-Wireless無線通信技術，通信速率為250Kbit／s～400Mbit／s，用于實時的音頻和視頻通信。控制器局域網CAN是一種串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議，它是一種多主總線，通信介質可以是雙絞線、同軸電纜或光纖。CAN協(xié)議采用通信數(shù)據(jù)塊進行編碼，取代了傳統(tǒng)的站地址編碼，使網絡內的節(jié)點數(shù)在理論上不受限制。由于CAN總線具有較強的糾錯能力、支持差分收發(fā)，因而適合高干擾環(huán)境，并具有較遠的傳輸距離。第二節(jié)控制器局域網(CAN)第二節(jié)控制器局域網(CAN)一、CAN總線的特性

1)CAN支持從幾千到1Mbit／s的傳輸速率。

2)多站同時發(fā)送信息，模塊可以優(yōu)先獲取數(shù)據(jù)。

3)使用廉價的物理傳輸媒介。

4)錯誤檢測校正能力強，系統(tǒng)可靠性高。

5)能判斷暫時錯誤和永久錯誤的節(jié)點，具有故障節(jié)點自動脫離功能。

6)大部分CAN在丟失仲裁或出錯時，具有信息自動重發(fā)功能。

第二節(jié)控制器局域網(CAN)7)CAN總線符合國際標準，便于一輛車上不同生產廠家的ECU間進行數(shù)據(jù)交換。

8)組網自由，功能擴展能力強。

9)總線利用率高，數(shù)據(jù)傳輸距離長，可達10km。10)ECU實時監(jiān)測。

11)將傳感器信號線減至最少，更多的傳感器信號進行高速數(shù)據(jù)傳輸。

第二節(jié)控制器局域網(CAN)表13-3CAN協(xié)議與相關標準名稱傳輸速率/（Kbit／s）規(guī)格使用范圍SAEJ1939?11250雙線制，屏蔽式雙絞線載貨汽車，大型客車SAEJ1939?12250雙線制，屏蔽式雙絞線，供給電壓12V農機SAEJ2284500雙線制，雙絞線（無屏蔽）汽車（高速：動力與傳動系統(tǒng)）SAEJ241133．3，83．3單線制汽車（低速：車身系統(tǒng)）二、CAN協(xié)議

CAN技術的應用普遍推廣，要求通信協(xié)議標準化。1991年9月Bosch公司制定并發(fā)布了CAN技術規(guī)范（Version2．0）。該技術規(guī)范包括A和B兩部分。2.0A給出了曾在CAN技術規(guī)范版本1.2中定義的CAN報文格式，而2.0B給出了標準的和可擴展的兩種CAN報文格式。此后，1993年11月ISO正式頒布了道路交通運輸工具—數(shù)字交換—高速通信控制器局部網國際標準（1SO11898-高速CAN）以及低速標準（ISO11519-低速CAN）。美國汽車工程師學會（SAE）等組織和團體也以CAN協(xié)議為基礎頒布本組織的標準，見表13-3。第二節(jié)控制器局域網(CAN)圖13-4數(shù)據(jù)鏈路層和物理層功能框圖CAN協(xié)議包括ISO/OSI參考模型中的數(shù)據(jù)鏈路層和物理層，如圖13-4所示。物理層分為物理層信號（PLS）、物理媒體連接（PMA）和媒體從屬接口（MDI），數(shù)據(jù)鏈路層分為邏輯鏈路控制（LLC）和媒體訪問控制（MAC）。第二節(jié)控制器局域網(CAN)1.邏輯鏈路控制(LLC)

(1)功能LLC功能包括幀接收濾波、超載通告和恢復管理。

1)接收濾波：在LLC層上開始的幀躍變是獨立的，其自身操作與先前的幀躍變無關。

2)超載通告：若接收器內部條件要求延遲下一個LLC數(shù)據(jù)幀或LLC遠程幀，則通過LLC子層開始發(fā)送超載幀。

3)恢復管理：發(fā)送期間，對于丟失仲裁或被錯誤干擾的幀，LLC子層具有自動重發(fā)功能。

(一)數(shù)據(jù)鏈路層第二節(jié)控制器局域網(CAN)①標識符：標識符長度為11位，其最高7位(ID-10～ID-4)不應全為“1”。

②DLC場：DLC指出數(shù)據(jù)場字節(jié)個數(shù)。DLC由4位構成，數(shù)據(jù)場長度可為0，數(shù)據(jù)幀允許數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)目范圍為0～8，表13-4中規(guī)定數(shù)值以外的其他數(shù)值不能使用。③數(shù)據(jù)場：數(shù)據(jù)場由數(shù)據(jù)幀內被發(fā)送數(shù)據(jù)組成，包括0～8B，每個字節(jié)包括8位。(2)LLC幀結構

LLC是等同LLC實體(LPDU)之間進行交換的數(shù)據(jù)單元。

1)LLC數(shù)據(jù)幀：由三個位場，即標識符場、數(shù)據(jù)字長度碼(DLC)場和LLC數(shù)據(jù)場組成，如圖13-5所示。2)LLC遠程幀：由標識符場和DLC場組成，如圖13-6所示。第二節(jié)控制器局域網(CAN)表13-4由DLC表示的數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)目編碼數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)目DLCDLC3DLC2DLC1DLC0000001000120010300114010050101601107011181000圖13-5LLC數(shù)據(jù)幀結構圖13-6LLC遠程幀第二節(jié)控制器局域網(CAN)2.媒體訪問控制(MAC)

(1)功能模型如圖13-7所示，模型中將MAC層劃分為完全獨立工作的發(fā)送部分和接收部分。

圖13-7媒體訪問控制功能第二節(jié)控制器局域網(CAN)①發(fā)送數(shù)據(jù)封裝：接收LLC幀及接口控制信息，循環(huán)冗余檢驗(CRC)通過向LLC幀附加幀起始(SOF)和遠程發(fā)送請求(RTR)、保留位、CRC、應答(ACK)和幀結束(EOF)。1)發(fā)送部分功能。②發(fā)送媒體訪問管理：確認總線空閑后，開始發(fā)送過程(通過幀間空閑應答)；MAC幀串行化；插入填充位(位填充)；在丟失仲裁情況下，退出仲裁并轉入接收方式；錯誤檢測(監(jiān)控、格式檢驗)；應答校驗；確認超載條件；構造超載幀并開始發(fā)送；構造出錯幀并開始發(fā)送；輸出串行位流至物理層準備發(fā)送。

第二節(jié)控制器局域網(CAN)①接收媒體訪問管理：由物理層接收串行位流；解除串行結構并重新構建幀結構；檢測填充位(解除位填充)；錯誤檢測(CRC、格式校驗、填充規(guī)則校驗)；發(fā)送應答；構造錯誤幀并開始發(fā)送；確認超載條件；重激活超載幀結構并開始發(fā)送。②接收數(shù)據(jù)卸裝：由接收幀中去除MAC信息；輸出LLC幀和接口控制信息至LLC子層。2)接收部分功能。第二節(jié)控制器局域網(CAN)(2)MAC幀結構CAN數(shù)據(jù)在節(jié)點間發(fā)送和接收以四種不同類型的幀出現(xiàn)和控制，其中數(shù)據(jù)幀將數(shù)據(jù)由發(fā)送器傳至接收器；遠程幀由節(jié)點發(fā)送，以請求發(fā)送具有相同標識符的數(shù)據(jù)幀；出錯幀可由任何節(jié)點發(fā)出，以檢驗總線錯誤；而超載幀用于提供先前和后續(xù)數(shù)據(jù)幀或遠程幀之間的附加延時。圖13-8MAC數(shù)據(jù)幀第二節(jié)控制器局域網(CAN)①幀起始(SOF)：標志數(shù)據(jù)幀和遠程幀的起始，由單個“顯性”位構成。只有當總線空狀態(tài)時，才允許節(jié)點開始發(fā)送，所有節(jié)點必須同步于首先開始發(fā)送節(jié)點幀起始引起的上升沿。

②仲裁場：表明數(shù)據(jù)優(yōu)先順序的區(qū)域，由來自LLC層的標識符和RTR位構成。在MAC數(shù)據(jù)幀中，RTR位數(shù)值為“0”。

③控制場：表明預約位數(shù)和數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)的區(qū)域，由6位構成，包括兩位用于DLC擴展的保留位。接收器接收“0”和“1”位作為所有組合中的保留位。在定義保留位功能前，發(fā)送器只送“0”位。

④數(shù)據(jù)場：MAC數(shù)據(jù)場與LLC數(shù)據(jù)場格式相同。1)數(shù)據(jù)幀。第二節(jié)控制器局域網(CAN)⑤CRC場：表示循環(huán)冗余碼區(qū)域，包括CRC序列，后隨CRC界定符。CRC循環(huán)冗余檢驗是將發(fā)送的數(shù)據(jù)看成高次多項式，用預先選定的生成多項式對其進行模2除運算后，將余數(shù)附加在數(shù)據(jù)位之后發(fā)送。接收方對送來數(shù)據(jù)列用同一生成多項式進行模2除運算，沒有余數(shù)就證明接收的數(shù)據(jù)正確。

⑥ACK場：ACK場為兩位，ACK隙和ACK界定符。發(fā)送節(jié)點的ACK場中，送出兩個“隱性”位。在ACK隙內，所有接收匹配CRC序列的節(jié)點，以“顯性”位改用發(fā)送器的“隱性”位送出一個應答。ACK界定符為ACK場的第二位，其必須是“隱性”位，因此，ACK隙被兩個“隱性”位(ACK界定符和CRC界定符)所包圍。

⑦幀結束：MAC的每個數(shù)據(jù)幀和遠程幀均由7個“隱性”位構成的標志序列界定。第二節(jié)控制器局域網(CAN)2)MAC遠程幀。激活為數(shù)據(jù)接收器的節(jié)點，可通過發(fā)送一個遠程幀，啟動源節(jié)點發(fā)送各自的數(shù)據(jù)。一個遠程幀由6個不同位場構成，即幀起始（SOF）、仲裁場、控制場（兩位保留位+DLC場）、CRC場、ACK場和幀結束（EOF），如圖13-18所示。仲裁場由來自LLC層的標識符場和RTR位構成。在MAC數(shù)據(jù)幀中，RTR位數(shù)值為“1”。幀起始（SOF）、控制場、CRC場、ACK場和幀結束（EOF）等位場均與MAC數(shù)據(jù)幀的相應位場相同。圖13-9MAC遠程幀3)出錯幀。由兩個不同場構成，第一個由來自不同節(jié)點的錯誤標志疊加給出，第二個為錯誤界定符。

①錯誤標志：有活動錯誤和認可錯誤標志，前者由6位連續(xù)的“顯性”位組成，后者由6位連續(xù)的“隱性”位組成，認可錯誤標志部分或所有位由來自其他節(jié)點的“顯性”位改寫。

②錯誤界定符：由8位“隱性”位構成。發(fā)送錯誤標志后，每個節(jié)點送出“隱性”位，并監(jiān)控總線，直至其檢測到“隱性”位。然后開始發(fā)送剩余的7個“隱性”位。4)超載幀.

幀存在兩類具有相同格式的超載幀，即LLC要求的超載幀和重激活超載幀，前者為LLC層所要求，表明內部超載狀態(tài)；后者由MAC層的一些出錯條件而啟動發(fā)送。超載幀包括超載標志和超載界定符，超載標志的完整形式相應于活動錯誤標志。超載界定符與錯誤界定符具有相同形式，超載標志由6個“顯性”位構成，超載界定符由8位“隱性”位構成。第二節(jié)控制器局域網(CAN)圖13-10幀間空間

a)非“錯誤-認可”或已收到先前幀節(jié)點的幀間空間

b)先前幀已發(fā)送“錯誤-認可”節(jié)點的幀間空間5)幀間空間數(shù)據(jù)幀和遠程幀同前述的任何幀（數(shù)據(jù)幀、遠程幀、出錯幀、超載幀）均稱為幀間空間的位場隔開。相反，超載幀和錯誤幀前面不存在幀間空間，并且多個超載幀也不用幀間空間分隔。幀間空間包括間歇場和總線空閑場，并對先前幀已發(fā)送“錯誤認可”的節(jié)點還有暫停發(fā)送場，如圖13-10所示。第二節(jié)控制器局域網(CAN)①間歇場：由3個“隱性”位構成。間歇期間不允許節(jié)點開始發(fā)送數(shù)據(jù)幀或遠程幀，僅起標注超載條件的作用。

②總線空閑場：可以是任意長度，總線空閑時任何節(jié)點均可訪問總線以便發(fā)送。其他幀發(fā)送期間，等待發(fā)送的幀在緊隨間歇場后的第一位啟動。若在總線空閑期間檢測到總線上“顯性”位將被理解為幀起始。

③暫停發(fā)送場：“錯誤認可”節(jié)點完成發(fā)送后，其在緊隨間歇后，被允許發(fā)送下一幀前，送出8位“隱性”位。其間，若有發(fā)送啟動(由其他節(jié)點引起)，則節(jié)點變?yōu)樵搸慕邮掌鳌?/p>

第二節(jié)控制器局域網(CAN)圖13-11位發(fā)送次序(3)MAC幀編碼和發(fā)送／接收幀起始、仲裁場、控制場、數(shù)據(jù)場和CRC序列幀段均以位填充方法進行編碼。第二節(jié)控制器局域網(CAN)(4)媒體訪問和仲裁當檢測到間歇場未被“顯性”位中斷后，認為總線被所有節(jié)點釋放。

除僅當總線釋放時，可以啟動發(fā)送這一原則外，還存在解決沖突的下列原則：①在一個系統(tǒng)內，每條信息必須標以惟一的標識符。②具有給定標識符和非零DLC的數(shù)據(jù)幀僅可由一個節(jié)點啟動。③遠程幀僅可由全系統(tǒng)內確定的DLC發(fā)送，該數(shù)據(jù)長度碼為對應數(shù)據(jù)幀的DLC。具有相同標識符和不同DLC遠程幀的同時發(fā)送導致不能解決的沖突。

基于競爭的仲裁依靠標識符和緊隨其后的RTR位完成。具有不同標識符的兩幀中，優(yōu)先權被標注于幀中，較高優(yōu)先權的標識符具有較低的二進制數(shù)值。若具有相同標識符的數(shù)據(jù)幀和遠程幀同時被初始化，數(shù)據(jù)幀較遠程幀具有較高優(yōu)先權，通過按照RTR位數(shù)值標志達到。(5)錯誤檢測MAC層具有檢測、填充規(guī)則校驗、幀校驗、15位循環(huán)冗余碼校驗和應答校驗功能。

1)錯誤類型。

①位錯誤：正在向總線發(fā)送一位的節(jié)點同時在檢測總線。當檢測到的位數(shù)值與送出的位數(shù)值不同時，則檢驗到位錯誤。但仲裁期間，當送出隱性信息位或ACK隙期間送出隱性位時，而檢測到顯性位不認為是位錯誤；送出認可錯誤標志，而檢測到“顯性”位的節(jié)點不將其確定為位錯誤。②填充錯誤：在使用位填充方法進行編碼的幀場中，出現(xiàn)第六個連續(xù)相同電平位的位時，則檢測到填充錯誤。

第二節(jié)控制器局域網(CAN)③CRC錯誤：CRC序列由發(fā)送器的CRC計算結果構成，接收器以發(fā)送器相同的方法計算CRC。當計算的CRC序列不等于接收到的序列時，則檢測到CRC錯誤。④形式錯誤：當固定格式位場含有一個或更多非法位時，則檢測到形式錯誤。但接收器在幀結束的最后位檢測到“顯性”位時，不將其理解為形式錯誤。⑤應答位錯誤：在發(fā)送器ACK隙期間未檢測到“顯性”位時，則檢測到一個應答錯誤。當檢測到錯誤時，LLC層即被通知，且MAC層啟動發(fā)送錯誤標志。當任何節(jié)點檢測到位錯誤、填充錯誤、形式錯誤或應答錯誤時，由各自節(jié)點在下一位啟動發(fā)送錯誤標志。當檢測到CRC錯誤時，錯誤幀在緊隨ACK界定符后的那位起始發(fā)送，除非另一個錯誤條件的錯誤幀已經準備好啟動。第二節(jié)控制器局域網(CAN)2)錯誤界定規(guī)則。

①“錯誤激活”節(jié)點：可正常參與總線通信，并在檢測到錯誤時，發(fā)出一個活動錯誤標志?；顒渝e誤標志由6個連續(xù)“顯性”位組成，并且遵守位填充規(guī)則和在規(guī)定幀中出現(xiàn)的所有固定格式。②“錯誤認可”節(jié)點：不應發(fā)送活動錯誤標志，并參與總線通信，但在檢測到錯誤時，發(fā)送一個認可錯誤標志，認可錯誤標志由6個連續(xù)的隱性位組成。一個“錯誤認可”完成報文發(fā)送后，在間隙場送出8個。③“總線脫離”節(jié)點：當一個節(jié)點由于請求故障界定實體而對總線處于關閉狀態(tài)時，其處于“總線脫離”狀態(tài)。在“總線脫離”狀態(tài)下，節(jié)點既不發(fā)送，也不接收任何幀。只有應用戶請求，節(jié)點才能解除“總線脫離”狀態(tài)。第二節(jié)控制器局域網(CAN)圖13-12節(jié)點錯誤狀態(tài)轉換圖第二節(jié)控制器局域網(CAN)(二)物理層

1.物理層結構(見圖13-13)圖13-13物理層結構第二節(jié)控制器局域網(CAN)1)物理信令(PLS)用于實現(xiàn)與位表示、定時和同步相關的功能。

2)媒體訪問單元(MAU)表示用于耦合節(jié)點至發(fā)送媒體的物理層的功能部分。

2.位時間圖13-14正常位時間的組成第二節(jié)控制器局域網(CAN)2)先前采樣點檢測到的數(shù)值(先前讀總線數(shù)值)不同于邊沿后即現(xiàn)的總線數(shù)值，邊沿將被用于同步。

3)總線空閑期間，當存在“隱性”至“顯性”的跳變沿即完成硬同步。

4)所有滿足規(guī)則1)和2)的其他“隱性”至“顯性”的跳變沿(和在低位速率情況下，選擇的“顯性”至“隱性”跳變沿)將被用于重同步；若只有“隱性”至“顯性”沿被用于重同步，由于具有正相位的“隱性”至“顯性”跳變沿，發(fā)送器將不完成重同步。

3.同步

1)在一個位時間內僅允許一種同步。第二節(jié)控制器局域網(CAN)圖13-15CAN的基本組成三、CAN的基本組成和數(shù)據(jù)傳輸原理

(一)CAN的基本組成第二節(jié)控制器局域網(CAN)圖13-16CAN接線圖

80C51—單片機SJA1000—CAN控制器PCA2C250—CAN收發(fā)器CAN接線如圖13-16所示，中央ECU（CEM）的CAN控制器具有雙通道（CRXO、CTXO/CRX1、CTX1）的CAN接口，接到兩個不同的CAN總線（CANH、CANL）上。各ECU通過收發(fā)器與CAN總線相連，相互交換數(shù)據(jù)。CAN控制器根據(jù)兩根線的電位差判斷其總線的電平。總線的電平分顯性電平與隱性電平兩種，二者必居其一。發(fā)信節(jié)點通過改變該總線的電平，即可將報文發(fā)送到接收節(jié)點。與總線相連的所有節(jié)點都可以發(fā)送報文，在兩個以上的節(jié)點同時開始發(fā)信的情況下，具有優(yōu)先級報文的節(jié)點獲得發(fā)信權，其他所有節(jié)點轉為收信狀態(tài)。第二節(jié)控制器局域網(CAN)1.ECU圖13-17CAN網絡框架第二節(jié)控制器局域網(CAN)2.CAN控制器

3.CAN收發(fā)器圖13-19與TX線耦合的收發(fā)器第二節(jié)控制器局域網(CAN)表13-5總線工作狀態(tài)狀態(tài)晶體管是否有源電阻狀態(tài)總線電平1截止狀態(tài)(開關未接合)無源高10接通狀態(tài)(開關接合)有源低0第二節(jié)控制器局域網(CAN)圖13-20三個收發(fā)器耦合于一根總線第二節(jié)控制器局域網(CAN)工作過程1)若某一開關已接合，則電阻上有電流流過，總線導線電壓為0V。

2)若所有開關均未接合，則沒有電流流過，電阻上沒有電壓降，總線導線電壓為5V。表13-6收發(fā)器狀態(tài)與總線電位收發(fā)器A收發(fā)器B收發(fā)器C總線導線1111（5V）1100（0V）1010（0V）1000（0V）0110（0V）0100（0V）0010（0V）0000（0V）第二節(jié)控制器局域網(CAN)4.數(shù)據(jù)傳遞終端

5.CAN總線圖13-21CAN數(shù)據(jù)傳輸線第二節(jié)控制器局域網(CAN)圖13-22CAN數(shù)據(jù)格式(二)數(shù)據(jù)傳輸原理

1.信息格式轉換與請求發(fā)送信息第二節(jié)控制器局域網(CAN)圖13-23總線空閑判斷2.發(fā)送開始(總線空閑判斷)第二節(jié)控制器局域網(CAN)圖13-24發(fā)送信息3.發(fā)送信息第二節(jié)控制器局域網(CAN)圖13-25信息接收4.接收過程1)第一步：檢查信息是否正確(監(jiān)控層)。圖13-26確認位(應答場)第二節(jié)控制器局域網(CAN)2)第二步：檢查信息是否可用(接收層)。圖13-28接收層工作原理(組合儀表ECU)第二節(jié)控制器局域網(CAN)5.位仲裁

(1)位仲裁的特點對數(shù)據(jù)進行實時處理時，必須快速傳送數(shù)據(jù)，因此要求數(shù)據(jù)的物理傳輸通路有較高的速度。

(2)位仲裁實施過程

1)ECU發(fā)送的每個信息都要分配優(yōu)先權，且不同的信息量

具有不同的優(yōu)先權(優(yōu)先權隱含在數(shù)據(jù)中的“標識符”)，

優(yōu)先權高的信息優(yōu)先發(fā)送。

2)所有的ECU都是通過各自的RX線跟蹤總線的變化，并獲

知總線的狀態(tài)。

3)請求發(fā)送信息的ECU，每個發(fā)射器將對TX線和RX線的狀

態(tài)一位一位的進行比較，比較結果可以不一致。第二節(jié)控制器局域網(CAN)

4)若某個ECU向外發(fā)送“l(fā)”(TX線為1)，但通過RX線在總

線接到“0”，則該ECU退出對總線的發(fā)送信息控制，轉為

接收信息。圖13-29信息發(fā)送過程第二節(jié)控制器局域網(CAN)四、CAN設計基礎

1.系統(tǒng)總體結構原理介紹圖13-30系統(tǒng)總體結構系統(tǒng)主要包括操作站和現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)兩大部分。操作站由一臺PC實現(xiàn)。其主要功能是處理需要復雜計算的信息，將經過處理的信息再送回CAN總線，并對整個網絡進行管理。現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)又可分為模／數(shù)轉換單元、數(shù)/模轉換單元和通信轉換接口電路等幾個不同的節(jié)點單元。其主要功能是采集各個現(xiàn)場設備的實時信息，并根據(jù)所得信息發(fā)送控制命令去控制現(xiàn)場設備。第二節(jié)控制器局域網(CAN)2.硬件電路設計圖13-31CAN總線數(shù)據(jù)采集、通信轉換接口電路基于CAN總線的分布式數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)的結構設計是將系統(tǒng)功能盡可能地分散到各個節(jié)點，各節(jié)點以微處理器為核心，完成各種數(shù)據(jù)采集與控制功能。為了把各個節(jié)點的不同種類、不同格式的信息能夠在基于CAN協(xié)議的標準下進行通信，每個節(jié)點都設有與CAN總線接口的電路。圖13-231是模/數(shù)轉換節(jié)點單元的數(shù)據(jù)采集、通信轉換接口電路。第二節(jié)控制器局域網(CAN)3.軟件設計根據(jù)分布式數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)的特點，系統(tǒng)各個節(jié)點之間和節(jié)點到操作站的距離較遠，現(xiàn)場環(huán)境干擾大。整個系統(tǒng)應有實時數(shù)據(jù)采集、實時控制、實時故障報警、現(xiàn)場情況顯示、數(shù)據(jù)存儲、歷史數(shù)據(jù)查詢、打印報表等功能。對于最底層的現(xiàn)場節(jié)點單元的軟件設計思想為：上電初始化、實時數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)實時處理、現(xiàn)場信息實時顯示、故障實時報警和現(xiàn)場設備實時監(jiān)控與其他設備進行通信等。其軟件控制流程如圖13-32所示。圖13-32智能節(jié)點控制流程圖圖13-33操作站軟件流程圖第三節(jié)局部連接網絡(LIN)一、LIN標準

(1)LIN協(xié)議規(guī)范介紹了LIN的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層。

(2)LIN配置語言描述介紹了LIN配置文件的格式。

(3)LINAPI(應用程序接口)介紹了網絡和應用程序之間的接口。圖13-34LIN網絡第三節(jié)局部連接網絡(LIN)圖13-35OSI參考模型第三節(jié)局部連接網絡(LIN)1)單主機多從機組織，即沒有總線仲裁。

2)從節(jié)點無振蕩器的自同步功能。

3)系統(tǒng)配置靈活。

4)保證延時和信號傳輸?shù)恼_性。

5)故障節(jié)點的檢測功能。

6)數(shù)據(jù)傳輸速率為20Kbit／s。

7)可選的報文幀長度為2、4和8字節(jié)。

8)基于UART／SCI接口的廉價硬件實現(xiàn)。

二、LIN的特點第三節(jié)局部連接網絡(LIN)9)帶時間同步的多點廣播式發(fā)送／接收方式，從機節(jié)點無需石英或陶瓷諧振器。

10)數(shù)據(jù)累加和校驗和及錯誤檢測功能。

11)廉價的單總線結構。12)廉價的單片元器件。

第三節(jié)局部連接網絡(LIN)表13-7LIN和CAN主要特性對比網絡

指標LINCAN媒體訪問控制方式單主方式多主方式典型總線傳輸速率/（Kbit/s）2．4~19．662．45~500信息標識符/bit611/29網絡典型節(jié)點數(shù)/個2~104~20位/字節(jié)編碼方式NRZ8N1(UART)NRZw/位填充每幀信息數(shù)據(jù)量/B2,4,80~8三、LIN與CAN的比較每4字節(jié)的發(fā)送時間/ms3．5(20Kbit/s時)0．8