1、常用車載網絡系統(tǒng) 沈鴻星 Shen Hongxing襄陽職業(yè)技術學院 Xiangyang Vocational and Technical College 2014.9,車用網絡在汽車上的應用大致可以分為哪4個系統(tǒng)？,復習測試,車載網絡在汽車上的應用大致可以分為： 動力傳動系統(tǒng) 車身系統(tǒng) 安全系統(tǒng) 信息系統(tǒng)。,復習測試,CAN總線,1,VAN系統(tǒng),3,LIN總線,2,學 習 內 容,LAN系統(tǒng),4,車載藍牙系統(tǒng),6,MOST總線,5,2.1 CAN總線的工作原理,CAN是ControllerAreaNetwork（控制器局域網）的縮寫，是國際標準化的串行通信協(xié)議。目前，CAN總線是汽車網絡系統(tǒng)

2、中應用最多、也最為普遍的一種總線技術。,1.CAN總線的特點, 多主通信，控制單元間的數(shù)據(jù)交換都在同一平臺上進行。這個平臺稱為協(xié)議，CAN總線起到數(shù)據(jù)交換“高速公路”的作用。,圖2-19 控制單元間的數(shù)據(jù)交換都在同一平臺上進行,圖2-20 CAN總線相當于數(shù)據(jù)交換的“高速公路”, 可以很方便地實現(xiàn)用控制單元來對系統(tǒng)進行控制，如發(fā)動機控制、變速器控制、ESP控制等。, 可以很方便地加裝選裝裝置，為技術進步創(chuàng)造了條件，為新裝備的使用埋下了伏筆。,CAN總線是一個開放系統(tǒng)，可以與各種傳輸介質進行適配，如銅線和光導纖維（光纖）。, 對控制單元的診斷可通過K線來進行，車內的診斷有時通過CAN總線來完成（

3、如安全氣囊和車門控制單元），稱為“虛擬K線”。隨著技術的進步，今后有逐步取消K線的趨勢。, 可同時通過多個控制單元進行系統(tǒng)診斷。,2. CAN總線的結構特點,可靠性高； 使用方便； 數(shù)據(jù)密度大； 數(shù)據(jù)傳輸快； 采用雙線傳輸，抗干擾能力強，數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃愿摺?3.CAN總線的傳輸速率,目前，CAN總線系統(tǒng)中的信號是采用數(shù)字方式經銅導線傳輸?shù)?，其最大穩(wěn)定傳輸速率可達1000Kbit/s （1Mbit/s）。,大眾和奧迪公司將最大標準傳輸速率規(guī)定為500Kbit/s，并將CAN總線系統(tǒng)分為三個專門的系統(tǒng)：, 驅動CAN總線（高速），亦稱動力CAN總線，其標準傳輸速率為500Kbit/s，可基本滿足

4、實時要求，主要用于發(fā)動機、變速器、ABS、轉向助力等汽車動力系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸。, 舒適CAN總線（低速），其標準傳輸速率為100 Kbit/s，主要用于空調系統(tǒng)、中央門鎖（車門）系統(tǒng)、座椅調節(jié)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸。, 信息CAN總線（低速），其標準傳輸速率為100Kbit/s，主要用于對時間要求不高的領域，如導航系統(tǒng)、組合音響系統(tǒng)、CD轉換控制等。,4.CAN總線的自診斷功能,控制單元具有自診斷功能，通過自診斷功能還可識別出與CAN總線相關的故障。,用診斷儀讀出CAN總線故障記錄之后，即可按這些提示信息按圖索驥、順藤摸瓜，快速、準確地查尋并排除故障。,控制單元內的故障記錄用于初步確定故障，還可用于讀出

5、排除故障后的無故障說明，即確認故障已經被排除。如果想要更新故障顯示內容，必須重新起動發(fā)動機。,CAN總線正常工作的前提條件是車輛在任何工況均不應有CAN總線故障記錄。,2.2.2 CAN總線的組成,1.CAN總線的基本系統(tǒng),CAN總線的基本系統(tǒng)由多個控制單元和兩條數(shù)據(jù)線組成，這些控制單元通過所謂收發(fā)器（發(fā)射-接收放大器）并聯(lián)在總線導線上。,圖2-21 CAN總線的數(shù)據(jù)傳輸與公交車載運乘客相似,CAN總線系統(tǒng)采用雙絞線進行數(shù)據(jù)傳輸。這兩根導線中，一根稱為CAN-High導線，另一根導線稱為CAN-Low導線。,在雙絞線上，信號是按相反相位傳輸?shù)?，這樣可有效抑制外部干擾。,圖2-22 CAN總線的

6、雙絞線,2.信息的發(fā)送與接收,CAN數(shù)據(jù)總線在發(fā)送信息時，每個控制單元均可接收其他控制單元發(fā)送出的信息。在通信技術領域，也把該原理稱為廣播。,圖2-26 單線CAN總線數(shù)據(jù)傳輸示意圖,圖2-27 CAN總線上的信息交換（廣播原理）,3. CAN數(shù)據(jù)總線傳輸?shù)臄?shù)據(jù)類型,CAN數(shù)據(jù)總線所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)有4種類型：,數(shù)據(jù)幀、遠程幀、錯誤幀和過載幀,3. 1 CAN總線的數(shù)據(jù)幀,數(shù)據(jù)幀的每條完整信息由7個域構成，信息最大長度為108 bit。在兩條CAN導線上，所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)內容是相同的，但是兩條導線的電壓狀態(tài)相反。, 開始域。開始域（長度為1bit）標志數(shù)據(jù)開始，CAN-High導線的電壓大約為5V（具體

7、數(shù)值視系統(tǒng)而定），CAN-Low導線的電壓大約為0 V。, 仲裁域。仲裁域（長度為11bit）用于確定所傳數(shù)據(jù)的優(yōu)先級。如果在同一時刻有兩個控制單元都想發(fā)送數(shù)據(jù)，則優(yōu)先級高的數(shù)據(jù)先行發(fā)出。, 控制域?？刂朴颍ㄩL度為6bit）用于顯示數(shù)據(jù)區(qū)中的數(shù)據(jù)數(shù)量，以便讓接收器（接收數(shù)據(jù)的控制單元）檢驗自己接收到的、來自發(fā)送器（發(fā)送數(shù)據(jù)的控制單元）的數(shù)據(jù)是否完整。, 數(shù)據(jù)域。數(shù)據(jù)與（長度不確定，視具體情況而定，最大長度為64bit）是信息的實質內容。,安全域。安全域（長度為16bit）用于檢驗數(shù)據(jù)在傳輸中是否出現(xiàn)錯誤。, 應答域。應答域（長度為2bit）是數(shù)據(jù)接收器發(fā)給數(shù)據(jù)發(fā)送器的確認信號，表示接收器已經正

8、確、完整地收到了發(fā)送器發(fā)送的數(shù)據(jù)。如果檢測到在數(shù)據(jù)傳輸中出現(xiàn)錯誤，則接收器會迅速通知發(fā)送器，以便發(fā)送器重新發(fā)送該數(shù)據(jù)。, 結束域。結束域（長度為7bit）標志著數(shù)據(jù)的結束。,3.2 遠程幀,遠程幀的功能是將數(shù)據(jù)請求從發(fā)送器傳到接收器。通過發(fā)送遠程幀，作為某數(shù)據(jù)接收器的控制單元會對不同的數(shù)據(jù)傳送進行初始化設置。 遠程幀由開始域、仲裁域、控制域、安全域、應答域和結束域6個不同的域組成,2.3 錯誤幀,錯誤幀的功能是對所發(fā)送的數(shù)據(jù)進行錯誤檢測、錯誤標定及錯誤自檢。錯誤幀由兩個不同的域組成，第1個域為不同控制單元提供錯誤標志的疊加，第2個域是錯誤界定符。 錯誤標志包括主動錯誤標志和被動錯誤標志兩種形式

9、。,接收器在電路尚未準備好或在間歇域期間檢測到一個“顯性”位時，會發(fā)送過載幀，以延遲數(shù)據(jù)的傳送。過載幀包括過載標志和過載界定符兩個域。,2.4 過載幀,數(shù)據(jù)幀或遠程幀與其前面幀的隔離是通過幀間空間實現(xiàn)的，無論其前面的幀為何類型。所不同的是過載幀與錯誤幀之前沒有幀間空間，多個過載幀之間也不是由幀間空間隔離的。幀間空間包括間歇域和總線空閑的域。如果“錯誤被動”的控制單元已作為前一數(shù)據(jù)的發(fā)送器時，則其幀間空間除了間歇域、總線空閑域外，還包括掛起傳送域。間歇域包括3個“隱性”位，間歇期間所有的控制單元均不允許傳送數(shù)據(jù)幀或遠程幀，唯一要做的是標志一個過載條件,2.4 幀間空間,4 CAN總線系統(tǒng)元件的功

10、能,CAN總線系統(tǒng)元件主要由K-線、控制單元、CAN構件、收發(fā)器等組成。,1.K-線,K-線用于在CAN總線系統(tǒng)自診斷時連接汽車故障檢測儀（如VAS5051），屬于診斷用的通訊線。,2.控制單元,控制單元接收來自傳感器的信號，將其處理后再發(fā)送到執(zhí)行元件上。,圖2-29 CAN總線系統(tǒng)元件,3.CAN構件,CAN構件用于數(shù)據(jù)交換，為兩個區(qū)，一個是接收區(qū)，一個是發(fā)送區(qū)。CAN構件通過接收郵箱或發(fā)送郵箱與控制單元相連。,圖2-30 郵局收發(fā)郵件,4.收發(fā)器,收發(fā)器就是一個發(fā)送-接收放大器，在接收數(shù)據(jù)時，收發(fā)器把CAN構件連續(xù)的比特流（亦稱邏輯電平）轉換成電壓值（線路傳輸電平）；當發(fā)送數(shù)據(jù)時，收發(fā)器把

11、電壓值（線路傳輸電平）轉換成連續(xù)的比特流。線路傳輸電平非常適合在銅質導線上進行數(shù)據(jù)傳輸。,收發(fā)器通過TX-線（發(fā)送導線）或RX-線（接收導線）與CAN構件相連。RX-線通過一個放大器直接與CAN總線相連，并總是在監(jiān)聽總線信號。,1）收發(fā)器的特點,表2-2 收發(fā)器內晶體三極管的狀態(tài)與總線電平之間的對應關系,圖2-31 收發(fā)器的TX-線與總線的耦合,2）多個收發(fā)器與總線導線的耦合,當有多個收發(fā)器與總線導線耦合時，總線的電平狀態(tài)將取決于各個收發(fā)器開關狀態(tài)的邏輯組合。,表2-3 收發(fā)器開關的狀態(tài)與總線電平的邏輯關系,圖2-32 3個收發(fā)器接到一根總線導線上,2.2.4 CAN總線的數(shù)據(jù)傳輸過程,1.信

12、息格式的轉換,首先是發(fā)動機控制單元的傳感器接收到發(fā)動機轉速信息（轉速值）。該值以固定的周期（循環(huán)往復地）到達微控制器的輸入存儲器內。,發(fā)動機轉速值按協(xié)議被轉換成標準的CAN信息格式。,狀態(tài)區(qū)（標識符）=發(fā)動機_1，數(shù)據(jù)區(qū)（信息內容）=發(fā)動機轉速（即發(fā)動機轉速為xxx r/min）。當然，CAN總線上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)也可以是其他信息（如節(jié)氣門開度、冷卻液溫度、發(fā)動機轉矩等），具體內容取決于系統(tǒng)軟件的設定。,圖2-33 發(fā)動機轉速值按協(xié)議被轉換成標準的CAN信息格式,2.請求發(fā)送信息總線狀態(tài)查詢,如果發(fā)送郵箱內有一個發(fā)動機轉速實時值，那么該值會由發(fā)送特征位（舉起的小旗）顯示出來請求發(fā)送信息。,只有總線處

13、于空閑狀態(tài)時，控制單元才能向總線上發(fā)送信息。CAN構件通過RX-線來檢查總線是否有源（是否正在交換其他信息），必要時會等待，直至總線空閑下來為止。,如果在某一時間段內，總線電平一直為1（總線一直處于無源狀態(tài)），則說明總線處于空閑狀態(tài)。,圖2-34 總線狀態(tài)查詢,3.發(fā)送信息,如果總線空閑下來，發(fā)動機信息就會被發(fā)送出去。,圖2-35 信息發(fā)送過程,4.接收過程,連接在CAN總線上的所有控制單元都接收發(fā)動機控制單元發(fā)送的信息，該信息通過RX-線到達CAN構件各自的接收區(qū)。,接收過程分兩步，首先檢查信息是否正確（在監(jiān)控層），然后檢查信息是否可用（在接收層）。,1）檢查信息是否正確（在監(jiān)控層）,接收器

14、接收發(fā)動機的所有信息，并且在相應的監(jiān)控層檢查這些信息是否正確。這樣就可以識別出在某種情況下某一控制單元上出現(xiàn)的局部故障。,數(shù)據(jù)傳輸是否正確，可以通過監(jiān)控層內的CRC校驗和數(shù)來進行校驗。CRC校驗即為循環(huán)冗余碼校驗（Cycling Redundancy Check，略作CRC）。,如圖2-38所示，經監(jiān)控層監(jiān)控、確認無誤后，已接收到的正確信息會到達相關CAN構件的接收區(qū)。,圖2-37 確認信息已經妥收,圖2-38 監(jiān)控層對信息進行監(jiān)控,2）檢查信息是否可用（在接收層）,CAN構件的接收層判斷該信息是否可用。如果該信息對本控制單元來說是有用的，則舉起接收旗，予以放行，該信息就會進入相應的接收郵箱；

15、如果該信息對本控制單元來說是無用的，則可以拒絕接收。,5.沖突仲裁,如果多個控制單元同時發(fā)送信息，那么數(shù)據(jù)總線上就必然會發(fā)生數(shù)據(jù)沖突。為了避免發(fā)生這種情況，CAN總線具有沖突仲裁機制。,按照信息的重要程度分配優(yōu)先權，確保優(yōu)先權高的信息能夠優(yōu)先發(fā)送。,（1）每個控制單元在發(fā)送信息時通過發(fā)送標識符來標識信息類別，信息優(yōu)先權包含在標識符中。,（2）所有控制單元都通過各自的RX-線來跟蹤總線上的一舉一動并獲知總線狀態(tài)。,（3）每個控制單元的發(fā)射器都將TX-線和RX-線的狀態(tài)一位一位地進行比較（它們可以不一致）。,圖2-40 避免數(shù)據(jù)沖突的仲裁過程,小 結,1. CAN是ControllerAreaNe

16、twork（ ）的縮寫，是國際標準化的串行通信協(xié)議。,小 結,1. CAN是ControllerAreaNetwork（控制器局域網）的縮寫，是國際標準化的串行通信協(xié)議。,小 結,2. CAN總線的特點：主從通信、多主通信 ？,小 結,2. CAN總線的特點：多主通信。,小 結,3.CAN總線的基本系統(tǒng)由多個控制單元和 組成。,小 結,3.CAN總線的基本系統(tǒng)由多個控制單元和兩條數(shù)據(jù)線組成。,小 結,4.CAN總線系統(tǒng)采用雙絞線進行數(shù)據(jù)傳輸。這兩根導線中，一根稱為CAN- 導線，另一根導線稱為CAN- 導線。,小 結,4.CAN總線系統(tǒng)采用雙絞線進行數(shù)據(jù)傳輸。這兩根導線中，一根稱為CAN-High導線，另一根導線稱為CAN-Low導線。,小 結,4.數(shù)據(jù)幀的每條完整信息由 個域構成，信息最大長度為108