汽车单片机与车载网络-4CAN控制器局域网

朱明工作室[e-mail]授人以鱼不如授人以渔主讲：朱明高级技师、经济师、工程师高级技能专业教师汽车维修工高级考评员第4章CAN控制器局域网朱明工作室[e-mail]授人以鱼不如授人以渔第4章控制器局域网第一节概述第二节CAN协议第三节CAN的基本组成和数据传输原理第四节CAN主要部件的结构原理第五节CAN设计基础朱明工作室[e-mail]授人以鱼不如授人以渔通信协议通信协议——即所谓的交通规则和交通标志的制定方法。在CAN中决定哪种信号具有优先读取权，哪种信号需要传递的速度快等。朱明工作室[e-mail]授人以鱼不如授人以渔图6-1奥迪轿车载网络拓扑图朱明工作室[e-mail]授人以鱼不如授人以渔朱明工作室[e-mail]授人以鱼不如授人以渔朱明工作室[e-mail]授人以鱼不如授人以渔(1) CAN数据总线。(2) LIN数据总线。(3) MOST数据总线。(4) BluetoothTM数据总线。(5)诊断总线。为使条理清晰，本章以大众、奥迪车系为例进行阐述，奥迪轿车车载网络拓扑如图6-1所示。典型数据总线朱明工作室[e-mail]授人以鱼不如授人以渔第一节概述由于使用的电子部件越来越多，各个控制单元之间的数据传递就要求采用新的传送通道。因此20世纪90年代中期，在奥迪车上引入了CAN数据总线这一重要概念。但是CAN数据总线系统的缺点是，在信息传输方面的传输速率有限。解决该问题的办法只能是采用能满足各种需要的传输系统，本章详细阐述以下几种典型数据总线的原理、结构和工作过程：朱明工作室[e-mail]授人以鱼不如授人以渔了解CAN-BUSLAN(LocalAreaNetwork)是微机网络中的一种类型，CAN只是LAN中的高速网络协议之一。朱明工作室[e-mail]授人以鱼不如授人以渔进入CAN-BUS朱明工作室[e-mail]授人以鱼不如授人以渔汽车控制局域网的分类中中低成本40m40m（典型）40m总线最大长度1Mb/s（250kb/s）10~1250kb/s20kb/s位速率双绞线双绞线单根线介质控制、诊断控制、诊断智能传感器用途C类B类A类类别朱明工作室[e-mail]授人以鱼不如授人以渔B类网络系统与C类网络系统朱明工作室[e-mail]授人以鱼不如授人以渔CAN-BUS各级别(C)举例电子器件及项目位启用频率（Hz）等级源于何种系统信号类型传输速率（bps）碰撞传感器16200C汽车安全系统传感型12800车速控制信号16200C巡航控制系统监控型12800轮速传感器16200C汽车安全系统传感型12800火花塞输出正时信号16200C动力控制模块监控型12800防抱死制动ABS的泵速度控制16200C汽车安全系统监控型12800曲轴位置传感器16200C点火控制模块传感型12800加速踏板位置信号传感器16200C牵引力控制系统传感型12800液压转向助力16200C电控液压助力系统传感型12800ABS的泵速度控制16200C汽车安全系统传感型12800朱明工作室[e-mail]授人以鱼不如授人以渔CAN-BUS各级别(B)举例电子器件及项目位启用频率（Hz）等级源于何种系统信号类型传输速率（bps）气缸识别传感器1650B动力控制模块传感型3200点火诊断监测器1650B点火控制模块监控型3200手动控制感位置1650B动力控制模块传感型3200废气加热氧传感器1650B动力控制模块传感型3200空气流量传感器1650B动力控制模块传感型3200节气门位置传感器1650B动力控制模块传感型3200发动机转速1650B动力控制模块传感型3200蓄电池电压1610B点火控制模块传感型640空调压缩机离合器1610B动力控制模块传感型640朱明工作室[e-mail]授人以鱼不如授人以渔CAN-BUS各级别(A)举例电子器件及项目位启用频率（Hz）等级源于何种系统信号类型传输速率（bps）悬架状态161A空气悬架监控型64车外温度161A空调控制系统传感型64风扇速度控制161A空调控制系统监控型64设定/加速/复速161A巡航控制系统传感型64点火开关位置161A仪表板显示系统传感型64电动座椅161A汽车安全系统传感型64燃油油平面高度传感器161A点火控制模块传感型64辛烷值调节塞161A动力控制模块传感型64EGR真空调节器161A动力控制模块监控型64朱明工作室[e-mail]授人以鱼不如授人以渔如此多的信息，CAN-BUS是如何解决的？朱明工作室[e-mail]授人以鱼不如授人以渔CAN-BUS局域网工作过程朱明工作室[e-mail]授人以鱼不如授人以渔CAN-BUS局域网的基本系统控制单元A控制单元B控制单元C朱明工作室[e-mail]授人以鱼不如授人以渔信息如何交换控制单元A控制单元B控制单元C发动机转速00010101发动机转速00010101发动机转速00010101并行信息连续的比特流朱明工作室[e-mail]授人以鱼不如授人以渔第一节概述一、CAN总线的特性二、CAN总线的位数值表示与通信距离朱明工作室[e-mail]授人以鱼不如授人以渔一、CAN数据总线概述CAN数据总线工作起来是非常可靠的，因此很少出现CAN故障。只有掌握了CAN数据总线的基本原理，才能充分运用测量方法来查寻故障。为了在必要时仔细检查CAN数据总线，VAS5051(大众、奥迪原厂诊断仪是德国大众公司为其特约维修站指定的必备汽车诊断仪器)会提供各种信息，比如“MotorsteuergeraetkeinSignal/Kommunikation”(发动机控制单元无信号/通信(偶然故障))或“Datenbus-Antriebdefekt”(CAN驱动总线有故障)。故障源的其他说明由“网关”测量数据块提供，CAN总线上所有控制单元的通信状态都存储在这些数据块内。朱明工作室[e-mail]授人以鱼不如授人以渔一、CAN总线的特性1.CAN的特点2.CAN数据传输系统的优点3.传输线颜色特点朱明工作室[e-mail]授人以鱼不如授人以渔1.CAN的特点1)CAN支持从几千到1Mbit／s的传输速率。2)使用廉价的物理传输媒介。3)数据帧短，实时性好，降低了有效数据传输的速度。4)错误检测校正能力强，系统可靠性高。5)多站同时发送信息，模块可以优先获取数据。6)能判断暂时错误和永久错误的节点，具有故障节点自动脱离功能。7)大部分CAN在丢失仲裁或出错时，具有信息自动重发功能。朱明工作室[e-mail]授人以鱼不如授人以渔2.CAN数据传输系统的优点1)将传感器信号线减至最少，更多的传感器信号进行高速数据传输。2)组网自由，功能扩展能力强。3)总线利用率高，数据传输距离长，可达10km；数据传输速率高，可达1Mbit／s。4)CAN总线符合国际标准，便于一辆车上不同生产厂家的电控单元间进行数据交换。5)电控单元实时监测。6)电控单元和电控单元插接器端子最小化应用，节省电控单元的有限空间。7)节省大量有色金属，成本相对较低。朱明工作室[e-mail]授人以鱼不如授人以渔3.传输线颜色特点CAN总线基本颜色为橙色；CAN-L(低位)均为棕色；CAN-H(高位)中的驱动系统传输线为黑色，舒适系统传输线为绿色，信息系统传输线为紫色。朱明工作室[e-mail]授人以鱼不如授人以渔二、CAN总线的位数值表示与通信距离图3-1总线位的数值表示朱明工作室[e-mail]授人以鱼不如授人以渔二、CAN总线的位数值表示与通信距离表3-1CAN总线任意两节点之间的最大传输距离位速率/（Kbit/s）10005002501251005020105最大距离/m4013027053062013003300670010000朱明工作室[e-mail]授人以鱼不如授人以渔第二节CAN协议一、概述二、CAN的分层结构三、不同版本通信协议与互联朱明工作室[e-mail]授人以鱼不如授人以渔一、概述CAN技术的应用推广，要求通信协议标准化。1991年9月，Bosch公司制定并发布了CAN技术规范(Version2.0)，该技术规范包括A和B两部分。朱明工作室[e-mail]授人以鱼不如授人以渔表3-2CAN协议与相关标准名称位速率/（Kbit／s）规格使用范围SAEJ1939—11250双线制，屏蔽式双绞线载货汽车，大型客车SAEJ1939—12250双线制，屏蔽式双绞线，供给电压12V农业机械SAEJ2284500双线制，双绞线（无屏蔽）汽车（高速：动力传动系统）SAEJ241133．3，83．3单线制汽车（低速：车身系统）NMEA⁃200062．5，125，250，500，1000双线制，屏蔽式双绞线，供给电源，供给电压24V船舶DeviceNet125，250，500双线制，屏蔽式双绞线，供给电源，供给电压24V工业设备CANopen10，20，50，125，250，500，800，1000双线制，双绞线，选用（屏蔽，电源）工业设备SDS50，125，500，1000双线制，屏蔽式双绞线选用（电源）工业设备一、概述朱明工作室[e-mail]授人以鱼不如授人以渔表3-3通信协议按速度分类电通信光通信等级通信速率/（Kbit／s）用途协议A0～10（车身系统）照明装置、电动车窗、电动座椅、中央门锁等低速CAN（0～125Kbit／s），LINB10～125（状态信息系统）组合仪表、驱动信息、自动空调、故障诊断J1850，VANC125～1000（实时控制系统）发动机、自动变速器、ABS、电子悬架等高速CAN（125～10000Kbit／s）D50000（多媒体）—D2B光纤通信，MOST，IEEE1394一、概述朱明工作室[e-mail]授人以鱼不如授人以渔二、CAN的分层结构1.数据链路层2.物理层朱明工作室[e-mail]授人以鱼不如授人以渔二、CAN的分层结构图3-2数据链路层和物理层功能框图朱明工作室[e-mail]授人以鱼不如授人以渔1.数据链路层(1)逻辑链路控制(LLC)(2)媒体访问控制朱明工作室[e-mail]授人以鱼不如授人以渔1)功能。①接收滤波。在LLC层上开始的帧跃变是独立的，其自身操作与先前的帧跃变无关。②超载通知。若接收器内部条件要求延迟下一个LLC数据帧或LLC远程帧，则通过LLC子层开始发送超载帧。2)LLC帧结构。①LLC数据帧。由3个位场，即标识符场、数据字长度码(DLC)场和数据场组成，如图3-3所示。②LLC远程帧。由标识符场和DLC场组成，如图3-4所示。(1)逻辑链路控制(LLC)朱明工作室[e-mail]授人以鱼不如授人以渔(1)逻辑链路控制(LLC)朱明工作室[e-mail]授人以鱼不如授人以渔(1)逻辑链路控制(LLC)表3-4由DLC表示的数据字节数编码数据字节数DLCDLC3DLC2DLC1DLC0000001000120010300114010050101601107011181000朱明工作室[e-mail]授人以鱼不如授人以渔1)功能模型①发送部分功能。②接收部分功能。2）MAC帧结构①数据帧。②MAC远程帧③出错帧。④超载帧。⑤帧间空间。(2)媒体访问控制朱明工作室[e-mail]授人以鱼不如授人以渔1)功能模型图3-5媒体访问控制功能朱明工作室[e-mail]授人