1、总线工作原理总线工作原理及信息传输及信息传输四四 总线系统总体构成总线系统总体构成二二 总线系统总线系统网络拓扑结构网络拓扑结构三三为什么采用总线为什么采用总线一一总线信号波形总线信号波形五五2一一.为什么要采用总线技术？为什么要采用总线技术？总线总线：通过分时复用的方式，将信息以一个或多个源部件传：通过分时复用的方式，将信息以一个或多个源部件传送到一个或多个目的部件的装置系统。送到一个或多个目的部件的装置系统。车载车载总线：是用于车用设备或车用仪表互联的通信网络，是总线：是用于车用设备或车用仪表互联的通信网络，是车用网络与车载设备控制系统的集成。车用网络与车载设备控制系统的集成。3Contr
2、oller：控制器 Area：区域Network：网络CAN总线总线19831983年年 Robert BoschRobert Bosch公司开始开发汽车总线系统公司开始开发汽车总线系统,德国的德国的 Wolfhard LawrenzWolfhard Lawrenz教授教授给这种新总线命名为给这种新总线命名为 Controller Area NetworkController Area Network。45 轿车线束不同年份增长图轿车线束不同年份增长图6采用总线技术优点减轻整车重量（经济）减轻整车重量（经济）减少减少线束，节省空间线束，节省空间，单个线束所承载的功能增加，单个线束所承载的功能增
3、加节约成本、节约成本、质量可靠质量可靠插头、插头、线束减少，传感器共享，可以实现控制器和执行器的就近原则线束减少，传感器共享，可以实现控制器和执行器的就近原则新的新的可能性可能性集中操作集中操作和显示装置，语音控制，操作指南简单化，远程和显示装置，语音控制，操作指南简单化，远程故障诊断故障诊断增大开发增大开发余地余地更多通过软件进行技术更改，各控制器可以把整车功能相对随意地分担更多通过软件进行技术更改，各控制器可以把整车功能相对随意地分担789车用总线类型车用总线类型A A类：面向传感器、执行器控制的低速网络，数据传输位速率通常只有类：面向传感器、执行器控制的低速网络，数据传输位速率通常只有1
4、-10kb/s1-10kb/s。主要应用于电动门窗、座椅调节、灯光照明等控制。主要应用于电动门窗、座椅调节、灯光照明等控制。B B类：面向独立模块间数据共享的中速网络，位速率一般为类：面向独立模块间数据共享的中速网络，位速率一般为10-125kb/s10-125kb/s。主要应用于电子车辆信息中心、故障诊断、仪表显示、安全气囊等系统，以减少冗主要应用于电子车辆信息中心、故障诊断、仪表显示、安全气囊等系统，以减少冗 余余的传感器和其他电子部件。的传感器和其他电子部件。C C类：面向高速、实时闭环控制的多路传输网，最高位速率可达类：面向高速、实时闭环控制的多路传输网，最高位速率可达1Mb/s1Mb
5、/s。主要应用于悬架控制、主要应用于悬架控制、牵引牵引力力控制控制、发动机控制、发动机控制、ABSABS等系统，以简化分布控制等系统，以简化分布控制，进一步减少车身进一步减少车身线束。线束。D D类：面向多媒体设备、高速数据流传输的高性能网络，位速率一般在类：面向多媒体设备、高速数据流传输的高性能网络，位速率一般在2Mb/s2Mb/s以上。以上。主要用于主要用于CDCD、VCDVCD、DVDDVD播放机和液晶显示等设备播放机和液晶显示等设备。1011传输介质传输介质1 1、双绞线、双绞线2 2、同轴电缆、同轴电缆3 3、光纤、光纤 光纤光纤以其抗电磁干扰能力强、信号传输速度快和音频响应好等优点
6、，将逐渐取代传统以其抗电磁干扰能力强、信号传输速度快和音频响应好等优点，将逐渐取代传统的的 同轴电缆同轴电缆和双绞线。和双绞线。4 4、无线电、无线电11控制单元控制单元终端电阻终端电阻数据总线数据总线 网网 关关二二.总线系统总体构成总线系统总体构成总线系统主要由控制单元、数据总线、网络架构、通信协议、总线系统主要由控制单元、数据总线、网络架构、通信协议、网关、终端电阻等组成。网关、终端电阻等组成。12控制单元控制单元数据总线数据总线数据总线数据总线(BUS)(BUS)是模块间数据传递的通道，即所谓的信息是模块间数据传递的通道，即所谓的信息“高速公高速公路路”。如果一个模块可以通过总线发送数
7、据，又可以从总线接收数。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。汽车上的数据总线据，则这样的数据总线就称之为双向数据总线。汽车上的数据总线实际是一条或两条导线。实际是一条或两条导线。数据总线数据总线的速度通常的速度通常用比特率用比特率来表示来表示，比特率，比特率是每秒传输是每秒传输的二进制的二进制位数位数（bitbits s）。）。13网络架构网络架构 信息高速公路的配置，其输入和输出端规定了什么信息能进信息高速公路的配置，其输入和输出端规定了什么信息能进和什么信息能出。如果指挥交通需要和什么信息能出。如果指挥交通需要“警察警察”（一种特殊
8、功能的（一种特殊功能的芯片）的话，那么就要有芯片）的话，那么就要有“警局警局”，即模块的输入输出端。架，即模块的输入输出端。架构通常包括构通常包括1 12 2条线路，采用双线时数据的传输是基于两条线的条线路，采用双线时数据的传输是基于两条线的电压差。当其中的电压差。当其中的1 1条线传输数据时，它对地有个参考电压。条线传输数据时，它对地有个参考电压。数据总线及网络架构的其它重要特征包括：能一起工作的模块数据总线及网络架构的其它重要特征包括：能一起工作的模块数量；可扩展性，无需大的改动就可增加新的模块；互交信息的数量；可扩展性，无需大的改动就可增加新的模块；互交信息的种类；数据传输速度；可靠性或
9、容错性（抗故障性）及数据交换种类；数据传输速度；可靠性或容错性（抗故障性）及数据交换的稳定与准确性；成本的高、低（最主要的方面）；架构的特定的稳定与准确性；成本的高、低（最主要的方面）；架构的特定通信协议。通信协议。14通信协议通信协议 通信协议犹如交通规则，包括通信协议犹如交通规则，包括“交通标志交通标志”的制定方法。通的制定方法。通信协议的标准蕴含唤醒访问和握手。唤醒访问就是一个给模块的信协议的标准蕴含唤醒访问和握手。唤醒访问就是一个给模块的信号，这个模块为了省电而处于休眠状态。握手就是模块间的相信号，这个模块为了省电而处于休眠状态。握手就是模块间的相互确认兼容并处在工作状态。互确认兼容并
10、处在工作状态。网关网关 由于不同区域车载网络的速率和识别代号不同，因此，一个由于不同区域车载网络的速率和识别代号不同，因此，一个信号要从一个车载网络进入到另一个车载网络区域，必须把它的信号要从一个车载网络进入到另一个车载网络区域，必须把它的识别信号和速率进行改变，能够让另一个数据总线系统接受，这识别信号和速率进行改变，能够让另一个数据总线系统接受，这个任务由网关个任务由网关(Gateway)(Gateway)来完成。来完成。15网关作用：网关作用：1.网关可作为诊断接口网关可作为诊断接口2.识别和改变不同总线网络的信号和速率识别和改变不同总线网络的信号和速率3.改变信息优先级改变信息优先级16
11、1766 2.6 k 2.6 k 发动机控制单元发动机控制单元ABS安全气囊安全气囊高高低低终端电阻终端电阻终端电阻是为了消除在通信电缆中的信号反射。终端电阻是为了消除在通信电缆中的信号反射。三三.总线系统网络拓扑结构总线系统网络拓扑结构u拓扑结构拓扑结构(Topology Structure)(Topology Structure)：网络中各个站点相互连：网络中各个站点相互连接的形式。是建设计算机网络的第一步，是实现各种网络协接的形式。是建设计算机网络的第一步，是实现各种网络协议的基础，它对网络的性能、系统的可靠性与通信费用都有议的基础，它对网络的性能、系统的可靠性与通信费用都有重大影响。重
12、大影响。u一般分为一般分为星形网络拓扑星形网络拓扑、环形网络拓扑环形网络拓扑、总线型网络拓扑总线型网络拓扑结构。结构。18星形网络拓扑星形网络拓扑19环型网络拓扑环型网络拓扑20总线型网络拓扑总线型网络拓扑21四四.总线工作原理及信息传输总线工作原理及信息传输22总线类型总线类型电源供电线电源供电线传输速率（传输速率（Kb/sKb/s）动力系统总线动力系统总线1515500500舒适系统总线舒适系统总线3030100100信息系统总线信息系统总线3030100100诊断系统总线诊断系统总线3030500500仪表系统总线仪表系统总线1515500500总线系统的传输速率总线系统的传输速率24C
13、ANCAN的工作原理及特点的工作原理及特点1 1CAN的的工作原理工作原理 当当CAN CAN 总线上的一个节点总线上的一个节点(站站)发送数据时，它以发送数据时，它以报文形式广播报文形式广播给网络中所给网络中所有节点。有节点。每每组报文开头的组报文开头的1111位字符为位字符为标识符标识符，定义了报文的定义了报文的优先级优先级。当当一个节点要向其它节点发送数据时，该节点的一个节点要向其它节点发送数据时，该节点的CPUCPU将要将要发送的数据和自己发送的数据和自己的标识符传送给本节点的的标识符传送给本节点的CANCAN芯片，并处于准备状态；当芯片，并处于准备状态；当它收到总线分配时，转它收到总
14、线分配时，转为发送报文状态为发送报文状态。CAN CAN 芯片将数据根据协议组织成一定的报文格式发出，这时，网上的其它芯片将数据根据协议组织成一定的报文格式发出，这时，网上的其它节点处于接收状态。节点处于接收状态。每个处于接收状态的节点对接收到的报文进行检测，判断这些报文是否是每个处于接收状态的节点对接收到的报文进行检测，判断这些报文是否是发给自己的，以确定是否接收它。发给自己的，以确定是否接收它。252.CAN2.CAN总线特点总线特点 （1 1）多主机多主机方式工作，网络上任意一个节点均可以在任意时刻主动地向网络上方式工作，网络上任意一个节点均可以在任意时刻主动地向网络上的其他节点发送信息
15、，而不分主从，通信方式灵活。的其他节点发送信息，而不分主从，通信方式灵活。（2 2）网络上的节点（信息）可分成）网络上的节点（信息）可分成不同的优先级不同的优先级，可以满足不同的实时要，可以满足不同的实时要求。求。（3 3）采用）采用非破坏性位仲裁总线结构机制非破坏性位仲裁总线结构机制，当两个节点同时向网络上传送信息时，当两个节点同时向网络上传送信息时，优先级低的节点主动停止数据发送，而优先级高的节点可不受影响地继续传输优先级低的节点主动停止数据发送，而优先级高的节点可不受影响地继续传输数据数据。（4 4）可以）可以点对点点对点、一点对多点一点对多点（成组）及（成组）及全局广播全局广播几种传送
16、方式传输数据。几种传送方式传输数据。（5 5）通信速率最高可达）通信速率最高可达1MB/s1MB/s（此时距离最长（此时距离最长30m30m）。）。（6 6）节点数实际可达）节点数实际可达110110个。个。（7 7）节点在错误严重的情况下，具有）节点在错误严重的情况下，具有自动关闭总线自动关闭总线的功能，切断它与总线的联的功能，切断它与总线的联系，以使总线上的其他操作不受影响。系，以使总线上的其他操作不受影响。CAN-BUSCAN-BUS数据总线传递数据的格式数据总线传递数据的格式26开始域开始域（起始帧）（起始帧）：标志数据开始。带有大标志数据开始。带有大约约5V5V电压（由系统决定）电压
17、（由系统决定）的的1 1位，被送入高位位，被送入高位CANCAN线；带有大约线；带有大约0V0V电压的电压的1 1位被送入低位位被送入低位CANCAN线线。状态状态域域：判定数据中的：判定数据中的优先权。如果两个控制优先权。如果两个控制单元都要同时发送各自单元都要同时发送各自的数据，那么，具有较的数据，那么，具有较高优先权的控制单元，高优先权的控制单元，优先发送。优先发送。27检查域检查域：用于显示在数据：用于显示在数据域中所包含的信息项目数，域中所包含的信息项目数，由由6 6位构成。在本部分允位构成。在本部分允许任何接收器检查是否已许任何接收器检查是否已经接收到所传递过来的所经接收到所传递过
18、来的所有信息。有信息。数据域数据域：传给其他电控单：传给其他电控单元的信息，最大由元的信息，最大由6464位构位构成。成。安全域安全域：检测传递数据中：检测传递数据中的错误检测传递数据中的的错误检测传递数据中的错误，由错误，由1616位位构成。构成。确认域确认域：在此，接收器信号通知发送器，接收器已经正：在此，接收器信号通知发送器，接收器已经正确收到数据。若检查到错误，接收器立即通知发送器，确收到数据。若检查到错误，接收器立即通知发送器，发送器然后再发送一次数据。发送器然后再发送一次数据。28结束域：标志数据报告结束。在此是显示错误并重复发送数据的最后一次机会。结束域：标志数据报告结束。在此是
19、显示错误并重复发送数据的最后一次机会。2930CAN总线位仲裁技术总线位仲裁技术只要总线空闲，任何单元都可以开始发送报文。只要总线空闲，任何单元都可以开始发送报文。如果如果2 2个或个或2 2个以上的单元同时开始传送报文，那么就会有个以上的单元同时开始传送报文，那么就会有总线访问冲突。通过使用总线访问冲突。通过使用识别符的位形式仲裁识别符的位形式仲裁可以解决这可以解决这个冲突。个冲突。CANCAN总线以报文为单位进行数据传送，报文的优先级结合在总线以报文为单位进行数据传送，报文的优先级结合在1111位标识符中，具有最低二进制数的标识符有最高的优先位标识符中，具有最低二进制数的标识符有最高的优先
20、级。用标识符中位于前部的级。用标识符中位于前部的“O”O”的个数代表信息的重要程的个数代表信息的重要程度，度，“0”0”的位数越多越优先，从而保证按重要程度的顺序的位数越多越优先，从而保证按重要程度的顺序来发送信息。越早出现来发送信息。越早出现“1”1”的控制单元，越早退出发送状的控制单元，越早退出发送状态而转为接收状态。基于安全考虑，涉及安全系统的数据态而转为接收状态。基于安全考虑，涉及安全系统的数据优先发送。优先发送。在状态域中，由在状态域中，由1111位组成的编码，其数据的组合形式决位组成的编码，其数据的组合形式决定了数据的优先权。定了数据的优先权。下面是下面是3 3组不同数据报告的优先
21、权组不同数据报告的优先权优先权优先权数据报告数据报告状态域形式状态域形式1 1Brake1(Brake1(制动制动1 1）001 1010 0000001 1010 00002 2Engine1Engine1（发动机（发动机1 1）010 1000 0000010 1000 00003 3Gearbox1Gearbox1（变速器（变速器1 1）100 0100 0000100 0100 0000位位2ABS/EDLABS/EDL控制单元发送了控制单元发送了1 1个个0 0MOTRONICMOTRONIC控制单元发送了控制单元发送了1 1个个1 1并检测到并检测到1 1个个0 0，那么，它也失去
22、优先权，那么，它也失去优先权，而转为接收器而转为接收器ABS/EDLABS/EDL控制单元拥有最高优先权并接收分配的数据，该优先权保证控制单元拥有最高优先权并接收分配的数据，该优先权保证其其持续持续发送数据直至发送终了发送数据直至发送终了ABS/EDLABS/EDL控制单元结束发送数据后，其他控制单元再发送各自的数据控制单元结束发送数据后，其他控制单元再发送各自的数据位位332位位1ABS/EDLABS/EDL控制单元发送了控制单元发送了1 1个个0 0MOTRONICMOTRONIC控制单元也发送了控制单元也发送了1 1个个0 0自动变速器控制单元发送了自动变速器控制单元发送了1 1个个1
23、1而检测到而检测到1 1个个0 0，那么它将失去优先权而转为接，那么它将失去优先权而转为接收器收器五五.总线信号波形总线信号波形控制单元控制单元CAN控制器控制器收发器收发器TXRX33 用于用于交换的数据称为信息，每个控制单元均可发送和接收交换的数据称为信息，每个控制单元均可发送和接收信息。信息。信息信息是以二进制值系列（是以二进制值系列（0 0和和1 1）来表示，其中包含着要传）来表示，其中包含着要传递的物理量，例如，发动机转速为递的物理量，例如，发动机转速为l800r/minl800r/min可表示成可表示成0001100000011000，二进制数据流也称为比特流。二进制数据流也称为比特流。34CAN总线信号波形总线信号波形35363738 动力动力CANCAN数据总线差动信号放大器内的干扰过滤数据总线差动信号放大器内的干扰过滤39 CAN CAN总线防干扰原理总线防干扰原理1.1.抗干扰抗干扰402.2.不干扰外界不干扰外界41
