1、汽车CAN总线控制12.1 汽车单片机局域网基础 12.1.1 汽车电子控制基础汽车电子控制基础典型自动控制系统的组成汽车电子控制单元 汽车电子控制单元(ECU)是一种电子控制装置，其基本构成如下图所示。12.1.2 汽车电控单元的连接方式 1主从式多机通信结构主从式多机通信结构组合开关T XD89C0512 主机T XD89C0511 号从机T XD89C0512 号从机T XD89C0513 号从机T XD89C0514 号从机2总线传辅式多机通信结构总线传辅式多机通信结构 汽车中的总线传输式多机通信结构 12.1.3 汽车单片机局域网的基本概念汽车单片机局域网的基本概念多路传输：在同一通
2、道或线路上同时传输多条信息。模块：一种电子装置，在这里可以理解成电子控制单元ECU。数据总线(BUS)：模块间运行数据的通道，即所谓的信息“高速公路”。如果一个模块可以通过总线发送数据，又可以从总线接收数据，则这样的数据总线就称之为双向数据总线。网络：为了实现信息共享而把多条数据总线或者把数据总线和模块当作一个系统连在一起。通信协议：指通信双方控制信息交换规则的标准、约定的集合。总线速度：数据总线的速度不是以英里表示的，通常用比特率表示数据总线的速度。12.1.4 汽车网络参考模型 1.OSI参考模型参考模型 表12-1 OSI开放式互联模型7应用层最高层。用户、软件、网络终端等之间用来进行信
3、息交换。6表示层将两个应用不同数据格式的系统信息化转化为能共同理解的格式。5会话层依靠低层的通信功能来进行数据的有效传递。4传输层两通信节点之间数据传输控制，操作如：数据重发，数据错误修复。3网络层规定了网络连接的建立、维持和拆除的协议，如：路由和寻址。2数据链路层规定了在介质上传输的数据位的排列和组织，如：数据校验和帧结构1物理层规定通信介质的物理特性，如：电气特性和信号交换的解释。2汽车网络参考模型汽车网络参考模型 图12-8汽车局域网的参考模型应用层数据链路层物理层应用层数据链路层物理层物理介质发送端接收端图12-8汽车局域网的参考模型应用层数据链路层物理层应用层数据链路层物理层物理介质
4、发送端接收端图12-8汽车局域网的参考模型应用层数据链路层物理层应用层数据链路层物理层物理介质发送端接收端汽车局域网的参考模型应用层数据链路层物理层应用层数据链路层物理层物理介质发送端接收端12.2 汽车局域网中的现场总线汽车局域网中的现场总线12.2.1 现场总线的基本概念现场总线的基本概念 现场总线是应用在生产最底层的一种总线型拓扑网络，进现场总线是应用在生产最底层的一种总线型拓扑网络，进一步讲，这种总线是用作现场控制系统的，直接与所有受一步讲，这种总线是用作现场控制系统的，直接与所有受控控(设备设备)节点进行相连的通信网络。节点进行相连的通信网络。现场总线控制系统既是一个开放通信网络，又
5、是一种全分现场总线控制系统既是一个开放通信网络，又是一种全分布控制系统。它作为智能设备的联系纽带，把挂接在总线布控制系统。它作为智能设备的联系纽带，把挂接在总线上、作为网络节点的智能设备连接为网络系统，并进一步上、作为网络节点的智能设备连接为网络系统，并进一步构成自动化控制系统，使系统成为具有测量、控制、执行构成自动化控制系统，使系统成为具有测量、控制、执行和过程诊断等综合能力的网络。和过程诊断等综合能力的网络。自20世纪80年代末以来，几种现场总线技术已经逐渐发展成熟，并在一些特定的应用领域显示出其影响和优势，如：可寻址远程变换器数据链路HART、控制器局域网CAN(Controller A
6、rea Network)、局域网互联LIN(LocalInter Connect Network)、过程现场总线PROFIBUS(Process Field bus)和基金会现场总线FP(Foundation Field bus)。这些现场总线各具特色，对于现场总线技术的发展必将继续发挥各自的重要作用。CAN全称为“Controller Area Network”即控制器局域网。CAN是国际上应用最广泛的现场总线之一。CAN最初出现在20世纪80年代末的汽车工业中，由德国BOSCH公司最先提出。1991年9月PHIHPS Sem-iconductors制定并发布了CAN技术规范(2.0版)。1
7、993年11月国际标准化组织ISO颁布了道路交通运输工具数据信息交换高速通信局域网(CAN)IS011898，为控制器局域网的标准化和规范化铺平了道路。美国汽车工程学会(SAE)2000年提出的J1939，成为货车和客车中控制器局域网的通用标准。12.2.2 CAN总线的特点及组成 CAN总线的特点总线的特点可归纳为：(1)CAN是到目前为止惟一具有国际标准且成本较低的现场总线。(2)CAN为多主方式工作。(3)在报文标识符上，CAN上的节点分成不同的优先级，可满足不同的实时要求，优先级高的数据最多可在134s内得到传输。(4)CAN采用非破坏总线仲裁技术。(5)CAN节点只需通过报文的标识符
8、滤波即可实现点对点、一点对多点及全局广播等几种方式传送接收数据。(6)CAN的直接通信距离最远可达10km(速率5kbs以下)；通信速率最高可达1Mbs（此时通信距离最长为40m)。(7)CAN上的节点数主要取决于总线驱动电路，目前可达110个。(8)报文采用短帧结构，传输时间短，受干扰概率低，使数据的出错率降低。(9)CAN的每帧信息都有CRC校验及其他检错措施，具有极好的检错效果。(10)CAN的通信介质可选择双绞线、同轴电缆或光纤。选择十分灵活。CAN数据总线由一个控制器、一个收发器、两个数据传输终端以及两条数据传输线组成。除数据传输线外，其他元件都置于控制单元内部。控制单元功能不变，如
9、下图所示。12.2.3 CAN数据总线的传输原理与过程 电动汽车总线原理框图 数据的具体传输过程 连接在CAN总线上的ECU的工作状态很大程度上决定了CAN总线的使用情况，并且ECU工作状态之间的切换涉及到信息列表中各信息的优先级设置、总线的唤醒策略和故障排除与自修复等问题。该系统中ECU的工作状态分为上电诊断状态、正常工作状态、休眠状态、总线关闭状态、掉电状态、调试及编程状态等六类。12.2.4 汽车网络可用的传输介质 1.双绞线双绞线图1214双绞线）结构示意图；）非屏蔽双绞线）屏蔽双绞线2.光纤光纤光纤）单芯光缆结构式意图）光纤12.2.5 CAN双线式总线系统的检测方法 CAN双线式数
10、据总线系统是个由两条线组成的总线系统，通过这两条数据总线，数据便可按顺序传到与系统相连的控制单元。这些控制单元就是通过CAN总线彼此相通的(即通过CAN总线传递数据)。两个控制单元组成的双线式数据总线系统的检测：两个控制单元组成的双线式数据总线系统的检测：检测时，关闭点火开关，断开两个控制单元，检查数据总线是否断路、短路或对正极搭铁短路。如果数据总线无故障，拆下较易更换(或较便宜)的一个控制单元试一下；如果数据总线系统仍不能正常工作，则更换另一个控制单元。三个以上控制单元组成的双线式数据总线系统的检测三个以上控制单元组成的双线式数据总线系统的检测：图12-18 三个控制单元组成的双线式总线系统
