CAN總線調試任務一調研分析CAN總線汽車線控底盤與智能控制1任務引入Tasktointroduce在汽車中，從行駛、制動、轉向控制系統(tǒng)到安全系統(tǒng)以及舒適性能系統(tǒng)都使用到CAN總線。線控底盤使用了線(電信號)的形式來取代傳統(tǒng)的機械、液壓或氣動等形式的連接，了解CAN總線是每一名測試工程師的基本功。03CAN總線應用場景02CAN總線特點01CAN總線發(fā)展歷程與定義目錄CONTENTS新

授NewTeachingCAN總線發(fā)展歷程與定義01CAN是控制器局域網(wǎng)絡(ControllerAreaNetwork)的簡稱,是20世紀80年代初德國博世(Bosch)公司為解決現(xiàn)代汽車中眾多控制單元、測試儀器之間的實時數(shù)據(jù)交換而開發(fā)的一種通信總線。最初CAN總線被設計為汽車環(huán)境中的微控制器之間的通訊工具，可在各個電子控制單元ECU(EIectricControlUnit)節(jié)點之間交換信息，形成汽車電子控制網(wǎng)絡。目前在國際上，CAN總線是在汽車上應用最多、最為普遍的一種總線技術。1.CAN的定義CAN總線發(fā)展歷程與定義011.CAN的歷史時間事件1986年Bosch在汽車工程師協(xié)會（SAE）大會公布CAN通訊協(xié)議1987年英特爾（Intel）和飛利浦（Philips）先后推出CAN控制器芯片1991年Bosch頒布CAN2.0技術規(guī)范，在原基礎上進行了升級1993年ISO（國際標準化組織）頒布CAN國際標準ISO-118981994年SAE頒布基于CAN的J1939標準1995年發(fā)布了經(jīng)過完全修訂的CANopen通信配置文件，并在短短五年內成為歐洲最重要的標準化嵌入式網(wǎng)絡2012年博世與其他CAN專家合作，預先開發(fā)了CANFD規(guī)范，該規(guī)范于2012年在德國哈姆巴赫城堡舉行的第13屆國際CAN會議上正式推出2018年德國CiA（CANinAutomation）協(xié)會開始開發(fā)第三代基于CAN的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議CANXL2020年由于疫情取消了國際CAN會議的執(zhí)行，2020年的國際CAN會議改為線上舉行，主題是CANXL。CANXL速度提升至10Mbps，同時保持CAN協(xié)議的優(yōu)勢以及與CAN和CANFD的兼容性。CAN總線是一種控制器之間數(shù)據(jù)交換的數(shù)據(jù)通信協(xié)議，它是一種多主總線(即在網(wǎng)絡上的各個節(jié)點，誰都不是主機，誰都可以主動發(fā)起通信)，通信介質可以是雙絞線、同軸電纜或光纖。通信速率最高可達1Mb/s。02CAN總線特點2.CAN總線特點CAN為多主方式工作,網(wǎng)絡上任意一個節(jié)點均可在任意時刻主動地向網(wǎng)絡上其他節(jié)點發(fā)送信息，而不分主機和從機。CAN節(jié)點只需要通過對報文的標識符濾波即可實現(xiàn)點對點、一點對多點及全局廣播等幾種方式傳送接收數(shù)據(jù)。02CAN總線特點1.多主控制CAN總線具有無可比擬的優(yōu)越性。它具有以下顯著特點:2.多種方式傳送接收數(shù)據(jù)CAN的直接通信距離最遠可達10km(速率5kbps以下)。CAN的每信息都有CRC(循環(huán)冗余碼)校驗及其他檢錯措施，具有極好的檢錯效果。02CAN總線特點3.低速CAN的通信距離遠CAN總線具有無可比擬的優(yōu)越性。它具有以下顯著特點:5.具有檢錯措施報文采用短幀結構，傳輸時間短，受干擾概率低，保證了數(shù)據(jù)出錯率極低。4.采用短幀結構CAN節(jié)點在錯誤嚴重的情況下具有自動關閉輸出功能，以使總線上的其它節(jié)點的操作不受影響。6.節(jié)點錯誤后自關閉CAN總線應用場景03汽車上的網(wǎng)絡連接方式需采用兩條CAN總線：一條用于驅動系統(tǒng)的高速CAN總線，速率達到500kbit/s;另一條用于車身系統(tǒng)的低速CAN總線，速率為10kbit/s。高速CAN總線主要連接發(fā)動機、自動變速器等對通信實時性有較高要求的系統(tǒng);低速CAN總線主要連接燈光、電動車窗、自動空調及信息顯示系統(tǒng)等，多為低速電動機和開關量器件，對實時性要求低而數(shù)量眾多。不同速度的CAN網(wǎng)絡之間通過網(wǎng)關連接。1.CAN總線的應用實例CAN總線應用場景03對汽車CAN總線上的信號進行采集時，需要確定所采集的信號處于哪個CAN網(wǎng)絡中，以便于設置合適的CAN通道波特率。如下圖所示。CAN總線應用場景032.CAN總線技術在乘用車上的應用（1）在國產(chǎn)車中：CAN總線技術在長安汽車上的應用長安汽車某車型主要應用兩條CAN總線，按照傳輸速度區(qū)分為高速網(wǎng)絡和中速網(wǎng)絡。高速總線主要用于安全輔助系統(tǒng)單元、發(fā)動機電子控制系統(tǒng)單元、ABS(防抱死制動控制系統(tǒng))控制單元等。中速總線主要用于安全氣囊控制單元、收音機控制單元、導航系統(tǒng)控制單元、顯示單元等。CAN總線應用場景032.CAN總線技術在乘用車上的應用CAN總線技術在長安汽車上的應用CAN總線應用場景032.CAN總線技術在乘用車上的應用（1）在合資車中：CAN總線術在奧汽車上的應用奧迪汽車某車型應用三條CAN總線，按照功能模塊來區(qū)分為驅動總線、舒適總線、顯示(信息娛樂)總線來控制。驅動總線主要用于控制和監(jiān)測發(fā)動機控制單元、自動變速箱控制單元、安全氣囊控制單元等。舒適總線主要用于控制和監(jiān)測空調控制單元、輪胎壓力監(jiān)控控制單元、電動門窗控制單元、電動座椅控制單元等。CAN總線應用場景032.CAN總線技術在乘用車上的應用顯示(信息娛樂)總線主要用于控制和監(jiān)測車載電話控制單元、收音機控制單元、導航系統(tǒng)控制單元等。如圖所示。CAN總線應用場景033.CAN總線技術在電動車上的應用特斯拉電動汽車某車型應用五條CAN總線，分別為ThermalCAN、PTCAN、CHCAN、BodyFTCAN、BodyCAN。ThermalCAN主要用于監(jiān)測和控制汽車空調壓縮機控制單元。PTCAN主要用于監(jiān)測和控制汽車驅動控制單元。CHCAN主要用于監(jiān)測和控制汽車儀表單元于胎壓單元。BodFTCAN主要用于監(jiān)測和控制汽車車內溫度控制單元。BodyCAN主要用于監(jiān)測和控制汽車車身單元。CAN總線應用場景033.CAN總線技術在電動車上的應用CAN總線在特斯拉電動汽車某車型上的應用CAN總線應用場景034.CAN總線技術在某一體化泵車工程車上的應用一體化泵車工程車輛底盤電氣系統(tǒng)主要應用三種CAN總線,分別為：動力CAN總線車身CAN總線上裝CAN總線動力現(xiàn)場總線主要用于控制和監(jiān)測模塊ABS、自動變速箱模塊、發(fā)動機控制模塊等。車身CAN總線主要用于控制和監(jiān)測總線儀表模塊、視頻機模塊、中央控制模塊等。上裝CAN總線如圖主要用于控制和監(jiān)測SYMC模塊。CAN總線應用場景034.CAN總線技術在某一體化泵車工程車上的應用CAN總線在一體化泵車工程車輛上的應用CAN總線應用場景035.CAN總線技術在智能網(wǎng)聯(lián)汽車上的應用傳統(tǒng)的汽車網(wǎng)絡架構主要是由CAN總線組成，車內分布式電控單元ECU按照功能劃分為動力總成、車身控制、輔助駕駛等總線區(qū)域;車窗、車燈、天窗等則通過LIN總線接入CAN網(wǎng)絡。在新一代智能網(wǎng)聯(lián)車的浪潮下，隨著車載ECU的與日倍增以及處理器運算能力和硬件的高速發(fā)展，連接ECU的網(wǎng)絡需要更大的帶寬，這一需求遠超CAN等傳統(tǒng)車載網(wǎng)絡的容量極限。因此,比較明確的趨勢是向CANFD過渡,CANFD提供了64字節(jié)的數(shù)據(jù)吞吐量以及最高5Mbps的傳輸速率。由于車載以太網(wǎng)具有高帶寬、低延遲、低成本的特性,在新一代整車架構中將替代CAN總線成為優(yōu)選網(wǎng)絡架構。03線控底盤控制技術工作原理與控制如圖所示，以車載以太網(wǎng)作為骨干網(wǎng)絡,將核心域控制器(動力總成、車身、娛樂、ADAS)連接在一起。各個域控制器在實現(xiàn)專用的控制功能的同時，還提供強大的網(wǎng)關功能。在各個域控制器的下方，各部件之間通訊通過CANFD來實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。新一代智能汽車網(wǎng)絡架構感謝觀看汽車線控底盤與智能控制CAN總線調試任務二連接調試CAN總線汽車線控底盤與智能控制1任務引入TasktointroduceCAN總線相當于汽車的“神經(jīng)系統(tǒng)”，人的神經(jīng)系統(tǒng)出了問題，人就會癱瘓。相同的，CAN總線出現(xiàn)問題，汽車就有可能失控。因此，對CAN總線進行正確的連接與調試是必要的，這也是每一位線控底盤測試工程師經(jīng)常接觸到的一項工作任務。03CAN總線波特率02CAN總線電壓特性01CAN總線線束定義與特點目錄CONTENTS新

授NewTeachingCAN總線線束定義與特點01CAN總線線束是由一條CAN_H線與一條CAN_L組成的數(shù)據(jù)傳輸總線。1.CAN總線線束的定義CAN總線線束定義與特點01線纜由最開始昂貴的同軸電纜逐步變化到技術上容易實現(xiàn)、造價低廉的雙絞型電纜。在總線線束上，理論上線束的節(jié)點數(shù)無限制并且線束應該對環(huán)境電磁輻射有一定抑制能力。線纜能夠最大限度的滿足CAN網(wǎng)絡5Kbps~1Mbps的傳輸速率。目前，采用雙絞線的CAN總線分布式系統(tǒng)已得到廣泛應用，如汽車電子、電梯控制、電力系統(tǒng)、遠程傳輸?shù)取?.CAN總線線束的特點使用非屏蔽雙絞線作為物理層，只需要有2根線纜作為信號線(CAN_H、CAN_L)傳輸除需要2根信號線的連接以外，還要注意在同一網(wǎng)段中的屏蔽層單點接地問題。確保不要在干擾源附近布置CAN總線。如果不得不這樣做，應該使用屏蔽電纜。支線必須短，使用適當?shù)碾娎|類型，必須確定電纜的電壓衰減大小，使用電壓衰減較小的線纜。線束由導線、端子、護套、卡扣、包覆材料等組成。01CAN總線線束定義與特點3.CAN總線線束的選擇1）導線導線按標準分類基本上分為國標QVR，日標AVX，AVSS，德標FLRY，美標GPT等幾類，其中AVX為汽車用耐熱低壓電纜，AVSS為汽車用薄壁絕緣低壓電纜。常用導線如圖所示。CAN總線線束定義與特點012）護套護套主要起到兩個線束對接或者線束和用電器直接連接的作用，并且對端子起到保護、防水的作用。常用護套如圖所示。CAN總線線束定義與特點013）卡扣雖然線束卡扣在線束中比重不大，但是作用很關鍵。作為一個柔性的材料，線束自身無法控制它的形狀，裝車完成后如果沒有卡扣來進行固定，極易和周邊零部件發(fā)生干涉等問題?？垡话闱闆r下為圓形卡扣，根據(jù)適配的孔徑大小、板材厚度分為不同的型號。常用卡扣如圖所示。CAN總線線束定義與特點014）包裹材料線束的包覆材料起到耐磨、阻燃、防腐燭、防止干擾、降低噪聲和美觀的作用。一般分為膠帶PVC管，波紋管和布基膠帶。常用包裹材料如圖所示。CAN總線線束定義與特點01CAN總線電壓特性021.CAN_H線和CAN_L線在高速CAN時，當報文進行傳輸時，CAN_H由2.5V變換到3.5V,CAN_L由2.5V變化到15V。在低速容錯CAN時,當報文進行傳輸時,CAN_H由OV變換到3.5V，CAN_L由5V變化到1.5V。（1）CAN總線在沒有節(jié)點傳輸報文時是一直處于隱性狀態(tài)。當有節(jié)點傳輸報文時顯性覆蓋隱性，由于CAN總線是一種串行總線，也就是說報文是一位一位的傳輸?shù)模沂菙?shù)字信號(0和1).1代表隱性，0代表顯性。在傳送報文的過程中是顯隱交替的，就像二進制數(shù)字0101001等，這樣就能把信息發(fā)送出去，而總線空閑的時候是一直處于隱性的。(2)在隱性狀態(tài)時，這兩條導線上作用有相同預先設定值，該值稱為靜電平。對于CAN驅動數(shù)據(jù)總線來說，這個值大約為2.5V，即CAN_H線和CAN_L線上的電壓都大約為2.5V。靜電平也稱為隱性狀態(tài)，因為連接的所有控制單元均可修改它。02CAN總線電壓特性2.CAN總線的電壓變化CAN總線電壓特性022.CAN總線的電壓變化(3)在顯性狀態(tài)時，CAN_H線上的電壓值會升高一個預定值(對CAN驅動數(shù)據(jù)總線來說這個值至少1V)。而CAN_L線上的電壓值會降低一個同樣值(對CAN驅動數(shù)據(jù)總線來說，這個值至少為1V)。于是在CAN驅動數(shù)據(jù)總線上，CAN_H線就處于激活狀態(tài)，其電壓不低于3.5(2.5V+1V=3.5V)，而CAN_L線上的電壓值最多可降至1.5V(2.5V-1V=1.5V)。因此在隱性狀態(tài)時，CAN_H線與CAN_L線上的電壓差為0V，在顯性狀態(tài)時該差值最低為2V。CAN總線波特率03波特率(Baud)表示單位時間內傳送的碼元的數(shù)目。CAN總線波特率的多少就代表著該CAN總線的數(shù)據(jù)傳輸速度的快慢。想要讓兩個CAN總線設備連接并通信的話，它們的波特率數(shù)值必須致，否則無法正常通訊。一條CAN總線系統(tǒng)，它的波特率數(shù)值大小還會受通訊距離遠近的影響，距離越遠波特率數(shù)值一般越小。1.CAN總線波特率定義CAN總線波特率032.常見的數(shù)制關系（1）數(shù)與數(shù)制進位計數(shù)制是一種計數(shù)的方法。在日常生活中，人們使用各種進位計數(shù)制。例如，六十進制(1h=60min，1min=60s)，十二進制(1英尺=12英寸，1年=12月)等。在計算機中，二進制計數(shù)得到了廣泛使用。為便于人們閱讀及書寫，八進制計數(shù)和十六進制計數(shù)常用來表示二進制計數(shù)。任意一個十進制數(shù)可以用位權表示，位權就是某個固定位置上的計數(shù)單位。（2）不同數(shù)制之間的轉換將十進制整數(shù)轉換為二進制整數(shù)、十六進制整數(shù)時，分別用基數(shù)2、16連續(xù)去除該十進制數(shù)，直至商等于“0”為止，然后逆序排列得到的余數(shù)，即為轉換結果。如圖所示，將十進制轉化成二進制。CAN總線波特率032.常見的數(shù)制關系CAN總線波特率032.常見的數(shù)制關系將二進制數(shù)轉換為十六進制數(shù)時，先從小數(shù)點開始分別向左和向右將每4位二分成1組，最后不足位數(shù)的補0，然后每組用1位十六進制數(shù)表示即可得到結果。如圖所示，將二進制轉化成十六進制。（1）位(bit)位是計算機所能表示的最基本、最小的數(shù)據(jù)單元。計算機采用二進制數(shù)，所以位就是一個二進制位，它有兩種狀態(tài)“0”和“1”。不同的二進制位組合就可以表示不同的數(shù)據(jù)、字符等信息。(2)字(Word)和字長字是計算機內部進行數(shù)據(jù)處理的基本單位，通常它與計算機內部的寄存器、算術邏輯單元、數(shù)據(jù)總線寬度一致。計算機的每一個字所包含的二進制位數(shù)稱為字長。03CAN總線波特率3.計算機中常用術語CAN總線波特率033.計算機中常用術語3.字節(jié)(Byte)把相鄰的8位二進制數(shù)稱為字節(jié)。字節(jié)長度是固定的，但不同計算機的字長是不同的。8位微計算機的字長等于1個字節(jié)，而16位微計算機的字長等于2個字節(jié)，32位微計算機的字長等于4個字節(jié)。目前為了表示方便，常把一個字節(jié)定為8位，把一個字定為16位，把一個雙字定為32位。位與字節(jié)的關系如圖所示。感謝觀看汽車線控底盤與智能控制CAN總線調試任務三解析調試CAN信號汽車線控底盤與智能控制1任務引入Tasktointroduce連接與調試CAN總線后的下一項工作就是解析與調試CAN信號，作為一名測試工程師，你準備給新員工講述CAN總線報文的格式，并協(xié)助他調試CAN信號03Intel與Motorola編碼格式02CAN總線報文信號發(fā)送01CAN總線報文格式解析目錄CONTENTS新

授NewTeachingCAN總線報文格式解析01報文(message)是網(wǎng)絡中交換與傳輸?shù)臄?shù)據(jù)單元，即站點一次性要發(fā)送的數(shù)據(jù)塊。報文包含了將要發(fā)送的完整的數(shù)據(jù)信息，其長短很不一致，長度不限且可變。報文是CAN總線上設備之間互相交流的語言，他們有固定的溝通規(guī)則，也就是CAN總線上發(fā)送的數(shù)據(jù)串。1.CAN總線報文CAN總線報文格式解析011.CAN總線報文如圖為CAN總線標準幀與擴展幀報文。CAN總線標識符一共有兩種，CAN總線的ID是指標識符。也就是一個CAN節(jié)點的地址或者說名字。網(wǎng)絡中識別某一節(jié)點的信息。標識符就是確定報文發(fā)送優(yōu)先級的，CAN總線是一種串行總線，總線上一次只能傳輸一則報文信息，如果同時有多個節(jié)點需要在總線上發(fā)送報文，通過標識符決定哪個先發(fā)送。01CAN總線報文格式解析（1）CAN總線標識符（2）標識符作用2.CAN總線標識符CAN總線報文格式解析013.CAN總線數(shù)據(jù)段CAN總線數(shù)據(jù)段可由數(shù)據(jù)長度碼與數(shù)據(jù)部分顯示：其中數(shù)據(jù)長度碼能夠顯示報文傳輸中報文數(shù)據(jù)的大小，數(shù)據(jù)部分能夠攜帶數(shù)據(jù)進行傳送，但數(shù)據(jù)內容最多能夠攜帶8個字節(jié)。數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)長度對應表如下：數(shù)據(jù)長度數(shù)據(jù)0001字節(jié)0

0010字節(jié)0字節(jié)1

0011字節(jié)0字節(jié)1字節(jié)2

0100字節(jié)0字節(jié)1字節(jié)2字節(jié)3

0101字節(jié)0字節(jié)1字節(jié)2字節(jié)3字節(jié)4

0110字節(jié)0字節(jié)1字節(jié)2字節(jié)3字節(jié)4字節(jié)5

0111字節(jié)0字節(jié)1字節(jié)2字節(jié)3字節(jié)4字節(jié)5字節(jié)6

1000字節(jié)0字節(jié)1字節(jié)2字節(jié)3字節(jié)4字節(jié)5字節(jié)6字節(jié)7包括校驗位和界定符，校驗位包含15個位，界定符用于表示循環(huán)校驗的結束。校驗過程是通過循計算幾余校驗碼的方式實現(xiàn)的，CAN總線控制器內部循環(huán)校驗的實現(xiàn)是基于多項式發(fā)生器和一個15位寄存器，其作用在于保證傳輸數(shù)據(jù)的正確性。01CAN總線報文格式解析（1）循環(huán)校驗段（2）循環(huán)校驗位的作用4.CAN總線循環(huán)校驗段CAN總線報文信號發(fā)送02發(fā)送事件報文：通?；谡埱笾?，車輛上的各個ECU向CAN總線發(fā)送報文。發(fā)送周期報文：基于事件型的總線通訊，一般也支持周期性發(fā)送。車輛上的各個ECU周期性的向CAN總線發(fā)送報文，周期型觸發(fā)通常用于發(fā)送狀態(tài)，發(fā)送周期通常為20ms、50ms、100ms、200ms等。1.總線事件報文與周期報文CAN總線報文信號發(fā)送022.CAN總線傳輸報文內容發(fā)送端：我們需要對發(fā)送端進行設定，明確我們發(fā)送的是汽車哪一個ECU。消息標識符：寫出消息標識符的ID，以便能夠進行通信與仲裁機制的進行。跟其他總線一樣.CAN總線的通信也是通過一種類似于“會議”的機制實現(xiàn)的，只不過會議的過程并不是由一方(節(jié)點)主導，而是，每一個會議參加人員都可以自由的提出會議議題(多主通信模式)，二者對應關系如下表。會議局域網(wǎng)參會人員節(jié)點會議人員身份ID會議議題報文會議人員發(fā)言順序裁定仲裁CAN總線報文信號發(fā)送022.CAN總線傳輸報文內容接上，工作原理對比如下圖所示：02CAN總線報文信號發(fā)送2.CAN總線傳輸報文內容信號名稱：一個報文能夠攜帶多種信號，例如安全氣囊控制器狀態(tài)反饋監(jiān)測信號、剩余油量低報警信號、車速信號、安全帶信號等。編輯信號的名稱，以便系統(tǒng)對信號進行辨別。報文還包含其他必要信息：需要我們對報文中的內容進行了解與設定。主要包含信息如表所示：發(fā)送端IPK（汽車儀表）消息標識符0X26D固定周期100ms信號名稱IPK-SpeedIPK-OilIPK-SafetyBeltIPK-Conditioner信號長度（bit）3454信號描述車輛車速顯示車輛油量顯示安全帶信號顯示空調設備顯示Intel與Motorola編碼格式03在進行CAN總線通信設計或者測試過程中,經(jīng)?？吹紺AN總線信號的編碼格式有兩種格式：Intel格式與Motorola格式。在編碼優(yōu)缺點上，Motorola格式與Intel格式并沒有優(yōu)劣之分，只不過根據(jù)設計者的習慣，由用戶自主選擇罷了。但是，對于使用者來講，在進行解析之前，就必須要知道編碼的格式是哪一種.否則，就不能保證正確地解析信號的含義。CAN總線報文的發(fā)送順序為首先發(fā)送sb，最后發(fā)送ms的方式為前提，介紹Intel格式與Motorola格式這兩種編碼方式的不同之處。1.CAN總線通信編碼傳輸規(guī)則03Intel與Motorola編碼格式1.Intel編碼格式當一個信號的數(shù)據(jù)長度不