汽車底盤及車身電控系統(tǒng)維修

1、汽車底盤及車身電控系統(tǒng)維修第第10章章 車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 10.1 概述概述 車載網(wǎng)絡(luò)是指汽車上多個處理器之間相互連接、協(xié)調(diào)工作并共享信息所構(gòu)成的汽車車載計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。 10.1.1 車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)簡介車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)簡介 1.車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展背景 自上世紀50年代汽車技術(shù)與電子技術(shù)開始融合以來，電子技術(shù)在汽車上的應(yīng)用范圍越來越大，特別是隨著集成電路、大規(guī)模集成電路和超大規(guī)模集成電路的發(fā)展，為汽車提供功能大、速度快、性能可靠的汽車電控系統(tǒng)稱為現(xiàn)實。電控系統(tǒng)提高了汽車的動力性、燃油經(jīng)濟性、安全性和舒適性。但隨著電子技術(shù)的應(yīng)用，汽車控制單元的數(shù)量不斷增多，造成相應(yīng)的傳感器、執(zhí)行器的數(shù)目不斷增

2、加，使汽車電路越來越復(fù)雜。汽車電路數(shù)量的增加，會造成汽車的布線十分復(fù)雜，一方面占用汽車空間，使得在有限的汽車空間內(nèi)布線越來越 困難，另一方面也限制了功能的擴展。復(fù)雜電路也降低了汽車的可靠性，一旦汽車線束中出了問題，查找故障也很麻煩，增加了維修的難度。據(jù)統(tǒng)計，導(dǎo)線質(zhì)量在汽車上可占整車質(zhì)量的4%，導(dǎo)線質(zhì)量每增加50kg，汽車油耗每百公里會增加0.2L。 為解決上述問題，現(xiàn)代汽車廣泛采用車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將過去一線一用的專線制改為一線多用制。車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在一條數(shù)據(jù)線上傳遞的信號，可以被多個系統(tǒng)共享，從而最大限度地提高系統(tǒng)的整體效率，充分利用有限的資源，減少汽車上電線的數(shù)目，縮小線束的直徑，車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將

3、計算機技術(shù)融入整個汽車系統(tǒng)之中，加速汽車智能化的發(fā)展。 汽車傳統(tǒng)的信息傳遞方式是每項信息需獨立的數(shù)據(jù)線完成，有幾個信號就要有幾條信號傳輸線。例如寶來汽車發(fā)動機電控單元J220與自動變速器電控單元J217之間就需要5條信號傳輸線，如圖10-1所示。圖10-1 傳統(tǒng)信號傳遞方式 如果需要傳遞的信號多，就需要更多的信號傳輸線，而采用車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，只需要1根或2根傳輸線即可，如圖10-2所示。圖10-2 數(shù)字總線信號傳遞方式 2.國內(nèi)外車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展簡史 20世紀80年代末，BOSCH公司和英特爾公司研制了專門用于汽車電氣系統(tǒng)的總線控制器局域網(wǎng)（Controller Area Network）規(guī)范

4、，簡稱CAN。 20世紀90年代，由于集成電路技術(shù)和電子器件制造技術(shù)的迅速發(fā)展，用單片機作為總線的接口端，采用總線技術(shù)的價格逐步降低，總線技術(shù)進入了實用化階段。 隨著汽車電子技術(shù)的發(fā)展，歐洲提出了控制系統(tǒng)的新協(xié)議TTP（Time Triggered Protocol）。 隨著汽車信息系統(tǒng)對網(wǎng)絡(luò)傳輸信息量要求的不斷提高，多媒體系統(tǒng)總線協(xié)議標準（如D2B協(xié)議和MOST協(xié)議）應(yīng)運而生。 車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已運用到奔馳、寶馬、大眾、通用、豐田、本田等公司生產(chǎn)的汽車上，同時相關(guān)單位也對車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)傳輸制訂了如表10-1所示的標準。車載網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容速度（b/s）研發(fā)組織CAN（Controller Area Net

5、work）車身/動力傳動系統(tǒng)控制用LAN協(xié)議，可能成為世界標準1 MRobert Bosch公司、ISOVAN（Vehicle Area Network）車身系統(tǒng)控制用LAN協(xié)議，以法國為中心1MISOJ1850車身系統(tǒng)控制用LAN協(xié)議，以美國為中心41.6KFord Motor公司LIN（Local Interconnect Network）車身系統(tǒng)控制用LAN協(xié)議，低端子系統(tǒng)專用20KLIN協(xié)會TTP/C（Time TriggeredProtocol by CAN）重視安全，按用途分類的控制用LAN協(xié)議，通用時分多路復(fù)用2-25MTIT公司表10-1 主要車載網(wǎng)絡(luò)的基本情況 10.1.2

6、車載網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識車載網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識 1.局域網(wǎng) 局域網(wǎng)是在一個有限區(qū)域內(nèi)連接的計算機網(wǎng)絡(luò)，通過該網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)的資源共享和信息通信。連接到網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點可以是計算機、基于微處理器的應(yīng)用系統(tǒng)或控制裝置。車載網(wǎng)絡(luò)作為一種局域網(wǎng)，其數(shù)據(jù)傳輸速度一般在105 Kb/s范圍內(nèi)，傳輸距離在250m范圍內(nèi)。 2.數(shù)據(jù)總線 數(shù)據(jù)總線是指模塊間運行數(shù)據(jù)的通道，即所謂的信息高速公路，如圖10-3所示。如果模塊可以發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，則這樣的數(shù)據(jù)總線就稱為雙向數(shù)據(jù)總線，汽車上的信息高速公路實際上是一條或兩條導(dǎo)線。圖10-3 數(shù)據(jù)總線 為了對抗電子干擾，雙線制數(shù)據(jù)總線的兩條線是絞在一起的，如圖10-4所示。各汽車制造商一直在

7、設(shè)計各自的數(shù)據(jù)總線，如果不兼容，就稱為專用數(shù)據(jù)總線；如果是按照某種國際標準設(shè)計的，就是非專用的，但基本上都是專用的數(shù)據(jù)總線。圖10-4 雙絞線 3.模塊/節(jié)點 模塊/節(jié)點是一種電子裝置，如溫度、壓力傳感器。傳感器是一個模塊裝置，根據(jù)溫度和壓力的不同將產(chǎn)生不同的電壓信號，這些電壓信號在數(shù)字裝置的輸入接口被轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號，在計算機多路傳輸系統(tǒng)中的控制單元模塊被稱為節(jié)點。 4.局域網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu) 所謂拓撲結(jié)構(gòu)，就是網(wǎng)絡(luò)的物理連接方式。局域網(wǎng)的常用拓撲結(jié)構(gòu)有三種：星型、環(huán)型、總線型。局域網(wǎng)多用總線型方式，總線型網(wǎng)絡(luò)即所有入網(wǎng)計算機通過分接頭接入到一條載波傳輸線上，信道利用率較高，但同一時刻只能有兩處網(wǎng)絡(luò)

8、節(jié)點在相互通信，網(wǎng)絡(luò)延伸距離有限，網(wǎng)絡(luò)容納節(jié)點數(shù)有限，適用于傳輸距離較短、地域有限的組網(wǎng)環(huán)境，如圖10-5所示。 圖10-5 總線型網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu) 5.鏈路 鏈路指網(wǎng)絡(luò)信息傳輸?shù)拿襟w，分為有線和無線兩種類型，目前汽車上使用的大多數(shù)鏈路都是有線網(wǎng)絡(luò)。通常用于局域網(wǎng)的傳輸媒體有：雙絞線、同軸電纜和光纖。 雙絞線是局域網(wǎng)中最普通的傳輸媒體，一般用于低速傳輸，最大傳輸速率可達幾Mb/s；雙絞線成本較低，傳輸距離較近，是汽車網(wǎng)絡(luò)使用最多的傳輸媒體。 同軸電纜可以滿足較高性能的傳輸要求，連接的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點較多，跨越的距離較大。 光纖在電磁兼容性等方面有獨特的優(yōu)點，數(shù)據(jù)傳輸速度高，傳輸距離遠。在車載網(wǎng)絡(luò)上，特別在

9、一些要求傳輸速度高的車載網(wǎng)絡(luò)（如車上信息與多媒體網(wǎng)絡(luò)）上，光纖都有很好的應(yīng)用前景。 6.數(shù)據(jù)幀 為了可靠地傳輸數(shù)據(jù)，通常將原始數(shù)據(jù)分割成一定長度的數(shù)據(jù)單元，數(shù)據(jù)單元即稱為數(shù)據(jù)幀。一幀數(shù)據(jù)內(nèi)應(yīng)包括同步信號、錯誤控制、流量控制、控制信息、數(shù)據(jù)信息、尋址信息等。 7.傳輸協(xié)議 （1）協(xié)議的三要素 通信信息幀的格式； 通信信息幀的數(shù)據(jù)和控制信息； 確定事件傳輸?shù)捻樞蛞约八俣绕ヅ洹?（2）協(xié)議的功能 差錯監(jiān)測和糾正。面向通信傳輸?shù)膮f(xié)議常使用“應(yīng)答-重發(fā)”和通信校驗進行差錯的檢測和糾正工作，一般來說，協(xié)議中對異常情況的處理說明要占很大的比重。 分塊和重裝。為符合協(xié)議的格式要求，需要對數(shù)據(jù)進行加工處理。分塊

10、是將大的數(shù)據(jù)劃分成若干小塊，如將報文劃分成幾個子報文組。重裝是將劃分的小塊數(shù)據(jù)重新組合復(fù)原，如將幾個子報文組還原成報文。 排序。對發(fā)送的數(shù)據(jù)進行編號以標識它們的順序，通過排序，可以達到按序傳遞、信息流控制和差錯控制等目的。 流量控制。通過限制發(fā)送的數(shù)據(jù)量或速率，以防止在信道中出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象。 8.傳輸仲裁 當出現(xiàn)數(shù)個使用者同時申請利用總線發(fā)送信息時，傳輸仲裁是用于避免發(fā)生數(shù)據(jù)沖突的機構(gòu)。仲裁可保證信息按其重要程度來發(fā)送。 9.車載網(wǎng)絡(luò)分類和協(xié)議標準 （1）A類總線協(xié)議標準 A類的網(wǎng)絡(luò)通信大部分采用UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter）標

11、準，A類目前首選的標準是LIN。LIN是用于汽車分布式電控系統(tǒng)的一種新型低成本串行通信系統(tǒng)，它是一種基于UART的數(shù)據(jù)格式、主從結(jié)構(gòu)的單線12V的總線通信系統(tǒng)，主要用于智能傳感器和執(zhí)行器的串行通信，LIN采用低成本的單線連接，傳輸速度最高可達20Kb/s。 （2）B類總線協(xié)議標準 B類中的國際標準是CAN總線，它是一種多主總線，通信介質(zhì)可以是雙絞線、同軸電纜或光導(dǎo)纖維，通信速率可達1Mb/s。CAN總線通信接口中集成了CAN協(xié)議的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層功能，可完成對通信數(shù)據(jù)的成幀處理，CAN協(xié)議采用CRC檢驗并可提供相應(yīng)的錯誤處理功能，保證了數(shù)據(jù)通信的可靠性。 （3）高速總線系統(tǒng)協(xié)議標準 C類總線

12、協(xié)議標準。在C類標準中，歐洲的汽車制造商基本上采用的都是高速通信的CAN總線標準IS011898。而標準J1939在貨車及其拖車、大客車、建筑設(shè)備以及農(nóng)業(yè)設(shè)備上的使用，是用來支持分布在車輛各個不同位置的電控單元之間實現(xiàn)實時閉環(huán)控制功能的高速通信標準，其數(shù)據(jù)傳輸速率為250Kb/s。通用公司已開始在所有的車型上使用其專屬的GM LAN總線標準，它是一種基于CAN的傳輸速率為500Kb/s的通信標準。 安全總線和標準。安全總線主要用于安全氣囊系統(tǒng)，以連接加速度計、安全傳感器等裝置，為被動安全提供保障。如Delphi公司的Safety Bus和BMW公司的Byteflight。 X-by-Wire總

13、線協(xié)議標準。X-by-Wire稱為電傳控制，在飛機控制中得到廣泛應(yīng)用。由于目前提高汽車容錯能力和通信系統(tǒng)的高可靠性的需求日益增長，X-by-Wire開始應(yīng)用于汽車電子控制領(lǐng)域。這一類總線標準主要有TTP、Byteflight和FlexRay。 （4）診斷系統(tǒng)總線標準、協(xié)議 故障診斷是為了滿足OBD（ON Board Diagnose）、OBD或E-OBD（European-On Board Diagnose）標準。目前，許多汽車生產(chǎn)廠商都采用ISO14230（Keyword Protocol 2000）作為診斷系統(tǒng)的通信標準，它滿足OBD和OBD的要求。 （5）多媒體系統(tǒng)總線協(xié)議標準 汽車多媒

14、體網(wǎng)絡(luò)和協(xié)議分為三種類型，分別是低速、高速和無線。對應(yīng)SAE的分類相應(yīng)為：IDB-C（Intelligent Data BUS-CAN）、IDB-M（Multimedia）和IDB-Wireless，其傳輸速率為250Kb/s-100Mb/s。低速用于遠程通信、診斷及通用信息傳送，IDB-C按CAN總線的格式以250Kb/s的位速率進行信息傳送。高速主要用于實時的音頻和視頻通信，如MP3、DVD和CD等的播放，所使用的傳輸媒體是光纖，這一類主要有D2B、MOST和IEEE 1394。D2B是用于汽車多媒體和通信的分布式網(wǎng)絡(luò)，通常使用光纖作為傳輸媒體，可連接CD播放器、語音控制單元、電話和因特網(wǎng)

15、。在無線通信方面采用BluetoothTM規(guī)范，主要面向汽車的聲音系統(tǒng)、信息通信等應(yīng)用系統(tǒng)。 10. 車載網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)幕驹?（1）數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕驹?車載網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)傳輸總線的數(shù)據(jù)傳遞像一個電話會議，一個電話用戶（控制單元）將數(shù)據(jù)“講”入網(wǎng)絡(luò)中，其它用戶通過網(wǎng)絡(luò)“接聽”這個數(shù)據(jù)，對這個數(shù)據(jù)感興趣的用戶就會利用數(shù)據(jù)，而其它用戶則選擇忽略，如圖10-6所示。圖10-6 數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕驹韴D 數(shù)據(jù)傳輸總線是車內(nèi)電子裝置中的一個獨立系統(tǒng)，用于在連接的控制單元之間進行信息交換。如果數(shù)據(jù)傳輸總線系統(tǒng)出現(xiàn)故障，故障就會存入相應(yīng)的控制單元故障存儲器內(nèi)，可以用診斷儀讀出這些故障?？刂茊卧獡碛凶栽\斷功能，通過自

16、診斷功能，還可識別出與數(shù)據(jù)傳輸總線相關(guān)的故障。用診斷儀讀出數(shù)據(jù)傳輸總線故障記錄后，可按這些信息準確地查尋故障?？刂茊卧獌?nèi)的故障記錄用于初步確定故障，還可用于讀出排除故障后的無故障說明。 車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)由多個控制單元組成，這些控制單元通過所謂的收發(fā)器（發(fā)射/接收放大器）并聯(lián)在總線導(dǎo)線上，所有控制單元的地位均相同，沒有哪個控制單元有特權(quán)。在這個意義上也稱之為多主機結(jié)構(gòu)，如圖10-7所示。信息交換是按順序連續(xù)完成的。 數(shù)據(jù)傳輸總線原則上用一條導(dǎo)線就足以滿足功能要求了，但通?？偩€系統(tǒng)上還是配備了第二條導(dǎo)線，信號在第二條導(dǎo)線上按相反順序傳送的，可有效抑制外部干擾。圖10-7 基本車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的總線連接示意

17、圖 （2）網(wǎng)關(guān)的基本原理 車載網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)具備從一個網(wǎng)絡(luò)協(xié)議到另一個網(wǎng)絡(luò)協(xié)議轉(zhuǎn)換信息的能力，由于電壓電平和電阻配置不同，因此在不同類型的數(shù)據(jù)總線之間無法進行直接耦合連接。另外，各種數(shù)據(jù)總線的傳輸速率是不同的，決定了它們無法使用相同的信號。這時需要在這兩個系統(tǒng)之間完成一個轉(zhuǎn)換，這個轉(zhuǎn)換過程是通過所謂的網(wǎng)關(guān)來實現(xiàn)的?？梢杂没疖囌咀鳛槔觼砬宄卣f明網(wǎng)關(guān)的原理，如圖10-8所示。圖10-8 網(wǎng)關(guān)的原理示意圖 在站臺A（站臺即網(wǎng)關(guān)）到達一列快車（CAN驅(qū)動數(shù)據(jù)總線，500Kb/s），車上有數(shù)百名旅客。在站臺B已經(jīng)有一輛火車（CAN舒適/信息數(shù)據(jù)總線，100Kb/s）在等待，有一些乘客就換到這輛火車上，還

18、有一些乘客要換乘快車繼續(xù)旅行。車站/站臺的這種功能，即讓旅客換車以便通過不同速度的交通工具到達各自目的地的功能，與CAN驅(qū)動數(shù)據(jù)總線和CAN舒適/信息數(shù)據(jù)總線兩個系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)功能是相同的。網(wǎng)關(guān)的主要任務(wù)是使兩個速度不同的系統(tǒng)之間能進行信息交換。 根據(jù)車輛的不同，網(wǎng)關(guān)可能安裝在組合儀表內(nèi)、車上供電控制單元內(nèi)或在自己的網(wǎng)關(guān)控制單元內(nèi)。由于通過各種數(shù)據(jù)傳輸總線的所有信息都供網(wǎng)關(guān)使用，因此網(wǎng)關(guān)也用作診斷接口。過去，通過K線來查詢診斷信息；現(xiàn)在，很多車型是通過數(shù)據(jù)傳輸總線和診斷線來完成診斷查詢工作的。 1.CAN工作原理 當CAN 總線上的一個節(jié)點（站）發(fā)送數(shù)據(jù)時，它以報文形式廣播給網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點。對

19、每個節(jié)點來說，無論數(shù)據(jù)是否是發(fā)給自己的，都對其進行接收。每組報文開頭的11位字符為標識符（CAN2.0A），定義了報文的優(yōu)先級，這種報文格式稱為面向內(nèi)容的編址方案。在同一系統(tǒng)中標識符是唯一的，不可能有兩個節(jié)點發(fā)送具有相同標識符的報文。當一個節(jié)點要向其它節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)時，該節(jié)點的CPU 將要發(fā)送的數(shù)據(jù)和自己的標識符傳送給本節(jié)點的CAN芯片，并處于準備狀態(tài)；當它收到總線分配時，轉(zhuǎn)為發(fā)送報文狀態(tài)。 CAN芯片將數(shù)據(jù)根據(jù)協(xié)議組織成一定的報文格式發(fā)出，這時網(wǎng)上的其它節(jié)點處于接收狀態(tài)。每個處于接收狀態(tài)的節(jié)點對接收到的報文進行檢測，判斷這些報文是否是發(fā)給自己的，以確定是否接收它。 由于CAN總線是一種面向內(nèi)容

20、的編址方案，因此很容易建立高水準的控制系統(tǒng)并靈活地進行配置，可以很容易地在CAN 總線中加進一些新節(jié)點而無需在硬件或軟件上進行修改。當所提供的新節(jié)點是純數(shù)據(jù)接收設(shè)備時，數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議不要求獨立的部分有物理目的地址。它允許分布過程同步化，即總線上控制器需要測量數(shù)據(jù)時，可由網(wǎng)上獲得，而無須每個控制器都有自己獨立的傳感器。 2.CAN總線特點 CAN總線是一種串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議，最大通訊距離可達10km，最大通信速率可達1Mbps。CAN總線通信接口中集成了CAN協(xié)議的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層功能，可完成對通信數(shù)據(jù)的成幀處理，包括位填充、數(shù)據(jù)塊編碼、循環(huán)冗余檢驗、優(yōu)先級判別等項工作。 CAN 控制器工作于多主

21、方式，網(wǎng)絡(luò)中的各節(jié)點都可根據(jù)總線訪問優(yōu)先權(quán)（取決于報文標識符）采用無損結(jié)構(gòu)的逐位仲裁的方式競爭向總線發(fā)送數(shù)據(jù)，且CAN 協(xié)議廢除了節(jié)點地址編碼，而代之以對通信數(shù)據(jù)進行編碼，這可使不同的節(jié)點同時接收到相同的數(shù)據(jù)，這些特點使得CAN 總線構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點之間的數(shù)據(jù)通信實時性強，并且容易構(gòu)成冗余結(jié)構(gòu)，提高系統(tǒng)的可靠性和系統(tǒng)的靈活性。 10.2.2 CAN協(xié)議與標準 1. CAN協(xié)議規(guī)范 CAN規(guī)范中的對應(yīng)ISO/OSI參考模型的網(wǎng)絡(luò)層。CAN為串行通訊協(xié)議，能有效地支持具有很高安全等級的分布實時控制。為了達到設(shè)計透明度以及實現(xiàn)靈活性，根據(jù)ISO/OSI參考模型，CAN 2.0規(guī)范細分為數(shù)據(jù)鏈路層和物

22、理層。 數(shù)據(jù)鏈路層的LLC子層和MAC子層的服務(wù)及功能分別被解釋為“對象層”和“傳輸層”， 邏輯鏈路控制子層（LLC）的作用主要為遠程數(shù)據(jù)請求以及數(shù)據(jù)傳輸提供服務(wù)，確定由實際要使用的LLC子層接收哪一個報文，為恢復(fù)管理和過載通知提供手段。 MAC子層的作用主要是傳送規(guī)則，也就是控制幀結(jié)構(gòu)、執(zhí)行仲裁、錯誤檢測、出錯標定、故障界定?？偩€上什么時候開始發(fā)送新報文及什么時候開始接收報文，均在MAC子層里確定。位定時的一些普通功能也可以看作是MAC子層的一部分。理所當然，MAC子層的修改是受到限制的。 物理層的作用是在不同節(jié)點之間根據(jù)所有的電氣屬性進行位的實際傳輸，同一網(wǎng)絡(luò)的物理層對于所有的節(jié)點當然是相

23、同的。 2.CAN基本概念 CAN總線一處于空閑，就自動將破壞的報文重新傳輸，將節(jié)點的暫時性錯誤和永久性錯誤區(qū)分開來，并且可以自動關(guān)閉錯誤節(jié)點。 3. CAN標準 （1）報文 總線上的報文以不同的固定報文格式發(fā)送，但長度受限。當總線空閑時任何連接的單元都可以開始發(fā)送新的報文。 （2）信息路由 在CAN 系統(tǒng)里，CAN 的節(jié)點不使用任何關(guān)于系統(tǒng)配置的報文（比如，節(jié)點地址）。這樣不用依賴應(yīng)用層以及任何節(jié)點軟件和硬件的改變，就可以在CAN 網(wǎng)絡(luò)中直接添加節(jié)點。提高系統(tǒng)靈活性。報文的內(nèi)容由識別符命名。識別符不指出報文的目的地，但解釋數(shù)據(jù)的含義。因此，網(wǎng)絡(luò)上所有的節(jié)點可以通過報文濾波確定是否應(yīng)對該數(shù)據(jù)做

24、出反應(yīng)。由于引入了報文濾波的概念，任何節(jié)點都可以接收報文，并與此同時對此報文做出反應(yīng)。為確保報文在CAN 網(wǎng)絡(luò)里同時被所有的節(jié)點接收（或同時不被接收）。因此，系統(tǒng)的數(shù)據(jù)連貫性是通過多播和錯誤處理的原理實現(xiàn)的。 （3）位速率 不同的系統(tǒng)，CAN 的速度不同。在一個給定的系統(tǒng)里，位速率是唯一的，并且是固定的。 （4）優(yōu)先權(quán) 在總線訪問期間，識別符定義一個靜態(tài)的報文優(yōu)先權(quán)。 （5）遠程數(shù)據(jù)請求 通過發(fā)送遠程幀，需要數(shù)據(jù)的節(jié)點可以請求另一節(jié)點發(fā)送相應(yīng)的數(shù)據(jù)幀。數(shù)據(jù)幀和相應(yīng)的遠程幀是由相同的識別符命名的。 （6）仲裁 只要總線空閑，任何單元都可以開始發(fā)送報文。具有較高優(yōu)先權(quán)報文的單元可以獲得總線訪問權(quán)。

25、如果2個或2個以上的單元同時開始傳送報文，那么就會有總線訪問沖突。仲裁的機制確保了報文和時間均不損失。當具有相同識別符的數(shù)據(jù)幀和遠程幀同時初始化時，數(shù)據(jù)幀優(yōu)先于遠程幀。仲裁期間，每一個發(fā)送器都對發(fā)送位的電平與被監(jiān)控的總線電平進行比較。如果電平相同，則這個單元可以繼續(xù)發(fā)送。如果發(fā)送的是一“隱性”電平而監(jiān)視的是一“顯性”電平，那么單元就失去了仲裁，必須退出發(fā)送狀態(tài)。 （7）錯誤檢測 為了獲得最安全的數(shù)據(jù)發(fā)送，CAN 的每一個節(jié)點均采取了強有力的措施以便于錯誤檢測、錯誤標定及錯誤自檢。要進行檢測錯誤，必須采取監(jiān)視（發(fā)送器對發(fā)送位的電平與被監(jiān)控的總線電平進行比較）、 循環(huán)冗余檢查、位填充、報文格式檢查

26、、錯誤檢測的執(zhí)行等措施。錯誤檢測的 機制要具有檢測到所有的全局錯誤、檢測到發(fā)送器所有的局部錯誤、可以檢測到報文里多達5個任意分布的錯誤、檢測到報文里長度低于15（位）的突發(fā)性錯誤、 檢測到報文里任一奇數(shù)個的錯誤等屬性。任何檢測到錯誤的節(jié)點會標志出損壞的報文。此報文會失效并將自動地開始重新傳送。如果不再出現(xiàn)錯誤的話，從檢測到錯誤的節(jié)點會標志出損壞的報文。此報文會失效并將自動地開始重新傳送。如果不再出現(xiàn)錯誤的話，從檢測到錯誤到下一報文的傳送開始為止，恢復(fù)時間最多為31個位的時間。 （8）故障界定 CAN 節(jié)點能夠把永久故障和短暫擾動區(qū)別開來，故障的節(jié)點會被關(guān)閉。 （9）總線值 總線有二個互補的邏輯

27、值：“顯性”或“隱性”。“顯性”位和“隱性”位同時傳送時，總線的結(jié)果值為“顯性”。比如，在總線的“寫與”執(zhí)行時，邏輯0代表“顯性”等級，邏輯1代表“隱性”等級。 （10）應(yīng)答 所有的接收器檢查報文的連貫性。對于連貫的報文，接收器應(yīng)答，對于不連貫的報文，接收器做出標志。 4. CAN的報文及結(jié)構(gòu) 在總線上的任意節(jié)點均可以作為發(fā)送器或接收器，那么我們就將發(fā)出報文的節(jié)點叫發(fā)送器，該節(jié)點在總線空閑或丟失仲裁前始終為發(fā)送器。如果一個節(jié)點不是發(fā)送器，且總線不是處于空閑狀態(tài)，則該節(jié)點就叫接收器。報文由一個發(fā)送器發(fā)出，再由一個或多個接收器接收。報文傳輸由4個不同類型的幀表示和控制，分別為數(shù)據(jù)幀，遠程幀，錯誤幀

28、，過載幀。 （1）數(shù)據(jù)幀 數(shù)據(jù)幀攜帶數(shù)據(jù)從發(fā)送器至接收器。數(shù)據(jù)幀由7個不同的位場組成：幀起始（Stsrt of Frame）、仲裁場（Arbitration Frame）、控制場（Control Frame）、數(shù)據(jù)場（DataFrame）、CRC 場（CRC Frame）、應(yīng)答場（ACK Frame）、幀結(jié)尾（End of Frame）。數(shù)據(jù)場的長度可以為0。CAN 2.0A數(shù)據(jù)幀的組成如圖10-9所示。圖10-9 數(shù)據(jù)幀的組成 幀起始。幀起始（SOF）標志數(shù)據(jù)幀和遠程幀的起始，僅由一個“顯性”位組成。只在總線空閑時才允許站開始發(fā)送。所有站必須同步于首先開始發(fā)送報文的站的幀起始前沿。 仲裁場。

29、仲裁場包括識別符和遠程發(fā)送請求位（RTR ）。如圖10-10所示的仲裁場結(jié)構(gòu)。圖10-10 仲裁場結(jié)構(gòu)示意圖 標準格式識別符的長度為11位，相當于擴展格式的基本ID（Base ID）。這些位按ID-28到ID-18的順序發(fā)送。最低位是ID-18。7個最高位（ID-28-ID-22）必須不能全是“隱性”。 擴展格式識別符和標準格式形成對比，如圖10-11所示的標準格式數(shù)據(jù)幀與擴展格式數(shù)據(jù)幀的仲裁場比較，擴展格式由29位組成。其格式包含兩個部分：11位基本ID、18位擴展ID。基本ID包括11位，它按ID-28到ID-18的順序發(fā)送。它相當于標準識別符的格式?；綢D定義擴展幀的基本優(yōu)先權(quán)。擴展I

30、D：擴展ID包括18位。它按ID-17到ID-0順序發(fā)送。圖10-11 標準格式數(shù)據(jù)幀與擴展格式數(shù)據(jù)幀的仲裁場 標準幀里，識別符其后是RTR位。 RTR的全稱為“遠程發(fā)送請求位（Remote Transmission Request BIT）”。SRR是一隱性位。它在擴展格式的標準幀RTR位位置，因此代替標準幀的RTR位。 標準幀與擴展幀的沖突是通過標準幀優(yōu)先于擴展幀這一途徑得以解決的，擴展幀的基本ID如同標準幀的識別符。 IDE的全稱是“識別符擴展位（Identifier Extension Bit）”標準格式里的IDE位為“顯性”，而擴展格式里的IDE位為“隱性”。 控制場?？刂茍鲇?個位

31、組成，如圖10-12所示。圖10-12 控制場示意圖 標準格式里的幀包括數(shù)據(jù)長度代碼、IDE位（為顯性位）、及保留位r0。擴展格式里的幀包括數(shù)據(jù)長度代碼和兩個保留位：r1和r0。 保留位：必須發(fā)送為顯性，但是接收器認可“顯性”和“隱性”位的組合。 數(shù)據(jù)長度代碼：數(shù)據(jù)長度代碼指示了數(shù)據(jù)場里的字節(jié)數(shù)量。數(shù)據(jù)長度代碼為4個位，它在控制場里發(fā)送。數(shù)據(jù)長度代碼中數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)的編碼：d“顯性”；r“隱性” 。 數(shù)據(jù)場。數(shù)據(jù)場由數(shù)據(jù)幀里的發(fā)送數(shù)據(jù)組成。它可以為08個字節(jié)，每字節(jié)包含了8個位，首先發(fā)送MSB。 CRC場。CRC場包括CRC序列（CRC SEQUENCE），和CRC界定符（CRC DELIMITE

32、R），如圖10-13所示。 CRC序列是由循環(huán)冗余碼求得的幀檢查序列組成，最適用于位數(shù)低于127位BCH碼的幀。為進行CRC計算，被除的多項式系數(shù)由無填充位流給定，組成這些位流的成分是：幀起始、仲裁場、控制場、數(shù)據(jù)場（假如有），而15個最低位的系數(shù)是0。CRC 序列之后是CRC 界定符，它包含一個單獨的“隱性”位。圖10-13 CRC場示意圖 應(yīng)答場。應(yīng)答場長度為2個位，包含應(yīng)答間隙（ACK SLOT）和應(yīng)答界定符（ACK DELIMITER），如圖10-14所示。 圖10-14 應(yīng)答場示意圖在應(yīng)答場里，發(fā)送站發(fā)送兩個“隱性”位。當接收器正確地接收到有效的報文，接收器就會在應(yīng)答間隙（ACK S

33、LOT）期間（發(fā)送ACK信號）向發(fā)送器發(fā)送一“顯性”位以示應(yīng)答。 所有接收到匹配CRC 序列（CRC SEQUENCE）的站會在應(yīng)答間隙（ACK SLOT）期間用一“顯性”的位寫入發(fā)送器的“隱性”位來作出回答。 應(yīng)答界定符是應(yīng)答場的第二個位，并且是一個必須為“隱性”的位。因此，應(yīng)答間隙（ACK SLOT）被兩個“隱性”的位所包圍，也就是CRC界定符（CRC DELIMITER）和應(yīng)答界定符（ACK DELIMITER）。 幀結(jié)尾。每一個數(shù)據(jù)幀和遠程幀均由一標志序列定界，這個標志序列由7個“隱性”的位組成。 （2）遠程幀 由總線單元發(fā)出，請求發(fā)送具有同一識別符的數(shù)據(jù)幀，數(shù)據(jù)幀（或遠程幀）通過幀間

34、空間與其他各幀分開。通過發(fā)送遠程幀，作為某數(shù)據(jù)接收器的站可以初始化通過其資源節(jié)點傳送不同的數(shù)據(jù)。 遠程幀也有標準格式和擴展格式，而且都由幀起始、仲裁場、控制場、CRC 場、應(yīng)答場、幀結(jié)尾等6個不同的位場組成（如圖10-15所示）。圖10-15 遠程幀的組成 與數(shù)據(jù)幀相反，遠程幀的RTR位是“隱性”的。它沒有數(shù)據(jù)場，數(shù)據(jù)長度代碼的數(shù)值是不受制約的（可以標注為容許范圍里0.8的任何數(shù)值）。此數(shù)值是相應(yīng)于數(shù)據(jù)幀的數(shù)據(jù)長度代碼。RTR位的極性表示了所發(fā)送的幀是一數(shù)據(jù)幀（RTR位“顯性”）還是一遠程幀（RTR“隱性”）。（3）錯誤幀 任何單元一但檢測到總線錯誤就發(fā)出錯誤幀。錯誤幀由兩個不同的場組成（如圖

35、10-16所示）：第一個場用是不同站提供的錯誤標志（ERROR FLAG）的疊加，第二個場是錯誤界定符。為了能正確地終止錯誤幀，“錯誤被動”的節(jié)點要求總線至少有長度為3個位時間的總線空閑（如果“錯誤被動”的接收器有局部錯誤的話），總線的載荷不應(yīng)為100%。 有兩種形式的錯誤標志：主動的錯誤標志和被動的錯誤標志。 主動的錯誤標志由6個連續(xù)的“顯性”位組成。 被動的錯誤標志由6個連續(xù)的“隱性”的位組成，除非 其他節(jié)點的“顯性”位重寫。 檢測到錯誤條件的“錯誤激活”的站通過發(fā)送主動錯誤標志指示錯誤。錯誤標志的形式破壞了從幀起始到CRC界定符的位填充的規(guī)則，或者破壞了ACK場或幀結(jié)尾場的固定形式。所有

36、其他的站由此檢測到錯誤條件并與此同時開始發(fā)送錯誤標志。因此，“顯性”位（此“顯性”位可以在總線上監(jiān)視）的序列導(dǎo)致一個結(jié)果，這個結(jié)果就是把個別站發(fā)送的不同的錯誤標志疊加在一起。這個序列的總長度最小為6個位，最大為12個位。圖10-16 錯誤幀的組成 檢測到錯誤條件的“錯誤被動”的站試圖通過發(fā)送被動錯誤標志指示錯誤。“錯誤被動”的站等待6個相同極性的連續(xù)位（這6個位處于被動錯誤標志的開始）。當這6個相同的位被檢測到時，被動錯誤標志的發(fā)送就完成了。 錯誤界定符包括8個“隱性”的位。 （4）過載幀 過載幀用以在先行的和后續(xù)的數(shù)據(jù)幀（或遠程幀）之間提供一附加的延時。過載幀包括兩個位場：過載標志和過載界定

37、符（如圖10-17所示）。 有三種過載的情況，這三種情況都會引發(fā)過載標志的傳送： 接收器的內(nèi)部情況（此接收器對于下一數(shù)據(jù)幀或遠程幀需要有一延時）； 在間歇的第一和第二字節(jié)檢測到一個“顯性”位； 如果CAN節(jié)點在錯誤界定符或過載界定符的第8位（最后一位）采樣到一個顯性位，節(jié)點會發(fā)送一個過載幀（不是錯誤幀）。錯誤計數(shù)器不會增加。 根據(jù)過載情況而引發(fā)的過載幀只允許起始于所期望的間歇的第一個位時間，而根據(jù)情況和情況引發(fā)的過載幀應(yīng)起始于所檢測到“顯性”位之后的位。通常為了延時下一個數(shù)據(jù)幀或遠程幀，兩種過載幀均可產(chǎn)生。 過載標志：過載標志由6個“顯性”的位組成。過載標志的所有形式和主動錯誤標志的一樣。過載

38、標志的形式破壞了間歇場的固定形式。因此，所有其他的站都檢測到過載條件并與此同時發(fā)出過載標志。如果有的節(jié)點在間歇的第3個位期間檢測到“顯性”位，則這個位將解釋為幀的起始。 過載界定符（Overload Delimeter）：過載界定符包括8個“隱性”的位。過載界定符的形式和錯誤界定符的形式一樣。過載標志被傳送后，站就一直監(jiān)視總線直到檢測到一個從“顯性”位到“隱性”位的跳變。此時，總線上的每一個站完成了過載標志的發(fā)送，并開始同時發(fā)送其余7個“隱性”位。圖10-17 過載幀的組成 幀間空間：幀間空間是用于隔離數(shù)據(jù)幀（或遠程幀）與先行幀（數(shù)據(jù)幀、遠程幀、錯誤幀、過載幀）的。而過載幀與錯誤幀之前沒有幀間

39、空間，多個過載幀之間也不用幀間空間隔離。幀間空間包括間歇場、總線空閑的位場。如果“錯誤被動”的站已作為前一報文的發(fā)送器時，則其幀空間除了間歇、總線空閑外，還包括稱作掛起傳送的位場。 10.2.3 CAN應(yīng)用系統(tǒng)應(yīng)用系統(tǒng) 寶來（Bora）轎車在動力傳動系統(tǒng)和舒適系統(tǒng)中就裝用了兩套CAN數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，其中CAN數(shù)據(jù)傳輸舒適系統(tǒng)如圖10-18所示。接發(fā)電機接發(fā)電機底盤網(wǎng)絡(luò)底盤網(wǎng)絡(luò) M MM M儀表單元儀表單元 M MM MM MM MM MM MM MM MM MM MM MM M前門前門單元單元車身中央車身中央控制單元控制單元 空調(diào)空調(diào)單元單元 前座前座單元單元 頂窗頂窗單元單元 前座前座單元單元

40、 左前門左前門單元單元 M MM MM M后門后門單元單元 后門后門單元單元 后座后座單元單元 M MM M后窗后窗單元單元 MCANCANMLINLIN電機電機加熱器加熱器燈具燈具控制面板控制面板圖例圖例：圖10-18 CAN數(shù)據(jù)傳輸舒適系統(tǒng) 圖10-18中粗線代表CAN總線，它連接了傳動裝置控制中央單元、燈控單元、門控單元、座椅控制單元、空調(diào)單元以及儀表盤控制單元等等。較細線代表LIN總線，由LIN總線構(gòu)成的LIN網(wǎng)絡(luò)作為CAN網(wǎng)絡(luò)的輔助網(wǎng)絡(luò)，連接了車窗控制單元、雨刷控制單元、天窗控制單元等低速設(shè)備。CAN數(shù)據(jù)傳輸舒適系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)與動力傳動系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通過網(wǎng)橋相互通信。 LIN網(wǎng)絡(luò)（Local I

41、nterconnect Network），由汽車廠商為汽車開發(fā)，作為CAN網(wǎng)絡(luò)的輔助網(wǎng)絡(luò)，目標應(yīng)用在低端系統(tǒng)，不需要CAN的性能、帶寬以及復(fù)雜性。LIN的工作方式是一主多從，單線雙向低速傳送數(shù)據(jù)（最高20K位/秒），與CAN相比具有更低的成本，且基于UART接口，無需硬件協(xié)議控制器，使系統(tǒng)成本更低。 1.典型CAN總線器件及應(yīng)用 （1）SJA1000 CAN控制器 SJA1000是一個獨立的CAN控制器，SJA1000在軟件和引腳上都是與它的前一款PCA82C200獨立控制器兼容的。在此基礎(chǔ)上它增加了很多新的功能，為了實現(xiàn)軟件兼容，SJA1000獨立的CAN控制器有BasicCAN模式和Pel

42、iCAN模式。 BasicCAN模式：和PCA82C200兼容，BasicCAN模式是上電后默認的操作模式，因此用PCA82C200開發(fā)的已有硬件和軟件，可以直接在SJA1000上使用而不用作任何修改。 PeliCAN模式：新的操作模式，它能夠處理所有CAN2.0B規(guī)范的幀類型。而且它還提供一些增強功能，使SJA1000能應(yīng)用于更寬的領(lǐng)域。 工作模式通過時鐘分頻寄存器中的CAN模式位來選擇，復(fù)位時默認模式是BasicCAN模式。 SJA1000控制器可以分為CAN核心模塊、接口管理邏輯、發(fā)送緩沖器、驗收濾波器、接收FIFO等五個功能模塊，SJA1000控制器結(jié)構(gòu)圖如圖10-19所示。由主控制器

43、進行管理控制、將欲收發(fā)的信息（報文），轉(zhuǎn)換為CAN規(guī)范的CAN幀，通過CAN收發(fā)器，在CAN BUS上交換信息。 （2）PCA82C250 CAN 收發(fā)器 PCA82C250是CAN協(xié)議控制器和物理總線的接口。此器件對總線提供差動發(fā)送能力，對CAN控制器提供差動接收能力。又稱為總線驅(qū)動器。主要特性有：完全符合ISO11898標準；高速率（最高達1Mbps）；具有抗汽車環(huán)境中的瞬間干擾，保護總線能力；斜率控制，降低射頻干擾（RFI）；差分接收器，抗寬范圍的共模干擾，抗電磁干擾（EMI）；熱保護；防止電池和地之間的發(fā)生短路；低電流待機模式；未上電的節(jié)點對總線無影響；可連接110個節(jié)點。 圖10-1

44、9 SJA1000 控制器結(jié)構(gòu)圖 （3）SJA1000和PCA82C250的基本應(yīng)用 SJA1000和PCA82C250收發(fā)器的典型應(yīng)用如圖10-20所示。CAN控制器通過串行數(shù)據(jù)輸出線（TX）和串行數(shù)據(jù)輸入線（RX）連接到PCA82C250收發(fā)器。圖10-20 CAN 收發(fā)器的應(yīng)用 收發(fā)器通過有差動發(fā)送和接收功能的兩個總線終端CANH和CANL連接到總線電纜，輸入Rs用于模式控制，參考電壓輸出VREF的輸出電壓是額定VCC的0.5倍，其中收發(fā)器的額定電源電壓是5V。 CAN協(xié)議控制器輸出一個串行的發(fā)送數(shù)據(jù)流到收發(fā)器的TxD引腳，內(nèi)部的上拉功能將TxD輸入設(shè)置成邏輯高電平，也就是說總線輸出驅(qū)動

45、器默認是被動的，在隱性狀態(tài)中，CANH和CANL輸入通過典型內(nèi)部阻抗是17k的接收器輸入網(wǎng)絡(luò)，偏置到2.5V的額定電壓，另外如果TxD是邏輯低電平，總線的輸出級將被激活，在總線電纜上產(chǎn)生一個顯性的信號電平，輸出驅(qū)動器由一個源輸出級和一個下拉輸出級組成，CANH連接到源輸出級，CANL連接到下拉輸出級，在顯性狀態(tài)中CAN_H的額定電壓是3.5V，CANL是1.5V。 如果沒有一個總線節(jié)點傳輸一個顯性位，總線處于隱性狀態(tài)，即網(wǎng)絡(luò)中所有TxD輸入是邏輯高電平。另外如果一個或更多的總線節(jié)點傳輸一個顯性位，即至少一個TxD輸入是邏輯低電平，則總線從隱性狀態(tài)進入顯性狀態(tài)（線與功能）。 接收器的比較器將差動

46、的總線信號轉(zhuǎn)換成邏輯信號電平，并在RxD輸出，接收到的串行數(shù)據(jù)流傳送到總線協(xié)議控制器譯碼。接收器的比較器總是活動的，也就是說當總線節(jié)點傳輸一個報文時，它同時也監(jiān)控總線，這就要求有諸如安全性和支持非破壞性逐位競爭等CAN策略，一些控制器提供一個模擬的接收接口。 （RX0，RX1）RX0一般需要連接到RxD輸出RX1需要偏置到一個相應(yīng)的電壓電平，這可以通過VREF輸出或一個電阻電壓分配器實現(xiàn)。 2. CAN BUS節(jié)點設(shè)計舉例 （1）網(wǎng)絡(luò)拓樸 CAN-bus采用總線網(wǎng)絡(luò)拓樸結(jié)構(gòu)，在一個網(wǎng)絡(luò)上至少需要有2個CAN-bus 節(jié)點存在。在總線的2個終端，各需要安裝1個120的終端電阻；如果節(jié)點數(shù)目大于2

47、個，中間節(jié)點就不要求安裝120終端電阻，網(wǎng)絡(luò)拓樸示意圖如圖10-21所示。 終端電 阻CAN-bus節(jié)點1CANHCANL節(jié)點2CANHCANL節(jié)點3CANHCANL節(jié)點4CANHCANL圖10-21 網(wǎng)絡(luò)拓樸示意圖 雖然每一個節(jié)點根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)的任務(wù)有各自控制功能，但完成CAN-bus信息交換的功能是相同的。CAN bus節(jié)點一般由微處理器、CAN控制器、CAN收發(fā)器三部分組成，CAN bus節(jié)點示意圖如圖10-22所示。微處理器CAN控制器CAN收發(fā)器RXTXCAN 總線 邊控制裝置、傳感器、變送器、人機接口等 CAN總線節(jié)點圖10-22 CAN 總線節(jié)點示意圖 （2）硬件設(shè)計 如圖10-2

48、3所示為CAN 總線系統(tǒng)節(jié)點硬件電路原理圖。從圖中可以看出，電路主要由三部分所構(gòu)成，單片機89C51、獨立CAN通信控制器SJA1000、CAN總線收發(fā)器82C250。單片機89C51負責(zé)SJA1000的初始化，通過控制SJA1000實現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送等通信任務(wù)。 SJA1000的AD0-AD7連接到89C51的P0口，/CS連接到89C51的P2.7，P2.7為0的CPU片外存貯器地址可選中SJA1000，CPU通過這些地址可對SJA1000執(zhí)行相應(yīng)的讀寫操作，SJA1000的/RD、/WR、ALE分別與89C51的對應(yīng)引腳相連，/INT接89C51的0INT，80C51也可通過中斷方式訪

49、問SJA1000。SJA1000的CLKOUT信號作為89C51的時鐘源，復(fù)位信號由外部復(fù)位電路產(chǎn)生。 圖10-23 CAN 總線系統(tǒng)節(jié)點硬件電路原理圖 電源。SJA1000有三對電源引腳，用于CAN控制器內(nèi)部不同的數(shù)字和模擬模塊。 VDD1/VSS1：內(nèi)部邏輯（數(shù)字）；VDD2/VSS2：輸入比較器（模擬）；VDD3/VSS3：輸出驅(qū)動器（模擬）。為了有更好的EME性能電源應(yīng)該分隔開來，例如為了抑制比較器的噪聲，VDD2可以用一個RC濾波器來抑制噪聲。 復(fù)位。為了使SJA1000正確復(fù)位，CAN控制器的XTAL1管腳必須連接一個穩(wěn)定的振蕩器時鐘，引腳17的外部復(fù)位信號要同步并被內(nèi)部延長到15

50、個tXTAL。這保證了SJA1000所有寄存器能夠正確復(fù)位。要注意的是必須要考慮上電后的振蕩器的起振時間。 振蕩器和時鐘方案。SJA1000能用片內(nèi)振蕩器或片外時鐘源工作。另外CLKOUT管腳可被使能，向主控制器輸出時鐘頻率。如果不需要CLKOUT信號，可以通過置位時鐘分頻寄存器（ClockOff=1）關(guān)斷。 CLKOUT信號的頻率可以通過時鐘分頻寄存器改變： fCLKOUT=fXTAL時鐘分頻因子（1、2、4、6、8、10、12、14）。上電或硬件復(fù)位后時，鐘分頻因子的默認值由所選的接口模式（引腳11）決定。如果使用16MHz的晶振，Intel模式下CLKOUT的頻率是8MHz，Motoro

51、la模式中復(fù)位后的時鐘分頻因子是12，這種情況CLKOUT會產(chǎn)生1.33MHz的頻率。 睡眠和喚醒。置位命令寄存器的進入睡眠位（BasicCAN模式）或模式寄存器（PeliCAN模式）的睡眠模式位后，如果沒有總線活動和中斷等待，SJA1000就會進入睡眠模式，振蕩器在15個CAN位時間內(nèi)保持運行狀態(tài)。此時，微型控制器用CLKOUT頻率來計時，進入自己的低功耗模式，如果出現(xiàn)三個喚醒條件之中的一個，振蕩器會再次啟動并產(chǎn)生一個喚醒中斷，振蕩器穩(wěn)定后，CLKOUT頻率被激活。 CPU接口。SJA1000支持直接連接到單片機89C51,通過SJA1000的MODE引腳可選擇接口模式：Intel模式：MO

52、DE=高；Motorola模式：MODE=低。 （3）通信軟件設(shè)計 CAN 總線節(jié)點的通信軟件設(shè)計主要包括三大部分：CAN 節(jié)點初始化程序；報文發(fā)送程序；報文接收程序。熟悉這三部分程序的設(shè)計，就能編寫出利用CAN 總線進行通信的一般應(yīng)用程序。 如果通信任務(wù)比較復(fù)雜，還要需詳細了解有關(guān)CAN 總線錯誤處理、總線脫離處理、接收濾波處理、波特率參數(shù)設(shè)置和自動檢測以及CAN 總線通信距離和節(jié)點數(shù)的計算等方面的內(nèi)容。 初始化子程序。SJA1000 的初始化只有在復(fù)位模式下才可以進行。初始化主要包括：工作方式的設(shè)置、接收濾波方式的設(shè)置、接收屏蔽寄存器AMR 和接收代碼寄存器ACR 的設(shè)置、波特率參數(shù)設(shè)置、

53、和中斷允許寄存器IER的設(shè)置等，在完成SJA1000 的初始化設(shè)置以后，JA1000 就可以回到工作狀態(tài)進行正常的通信任務(wù)。 發(fā)送子程序。發(fā)送子程序負責(zé)節(jié)點報文的發(fā)送。發(fā)送時用戶只需將待發(fā)送的數(shù)據(jù)按特定格式組合成一幀報文，送入SJA1000 發(fā)送緩存區(qū)中，然后啟動SJA1000 發(fā)送即可。在向SJA1000發(fā)送緩存區(qū)送報文之前，必須先作一些判斷。 10.2.4 LIN總線系統(tǒng) LIN是Local Interconnect Network的縮寫。Local Interconnect（局域互聯(lián)）表示所有的控制單元都裝在一個有限的空間內(nèi)（如車頂），它也被稱為“局域子系統(tǒng)”，LIN總線系統(tǒng)由Audi、

54、BMW、Daimler Chrysler、Motorola volcano communications technologies（VCT）、Volkswagen、Volvo等公司和部門（LIN聯(lián)合體）提出的一個汽車低層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，目的是在汽車網(wǎng)絡(luò)層次結(jié)構(gòu)中作為低端網(wǎng)絡(luò)的通用協(xié)議，并取代目前各種各樣的低端總線系統(tǒng)。LIN總線的標準與其相應(yīng)的開發(fā)、測試以及維護平臺的應(yīng)用，會降低車上電子系統(tǒng)的開發(fā)、生產(chǎn)、使用和維護的費用。從某種意義上講，LIN總線可認為是CAN的通信網(wǎng)絡(luò)，其示意圖如圖10-24 所示。 1.LIN總線的應(yīng)用 現(xiàn)代汽車電子系統(tǒng)已經(jīng)實現(xiàn)了多路傳輸，使汽車大量線路和內(nèi)部連接被取消，在這種

55、條件下，CAN網(wǎng)絡(luò)的電控單元間的連接雖然已是最優(yōu)結(jié)構(gòu)，但是一個電控單元和它的傳感器和執(zhí)行器之間的連接還不一定是多路傳輸?shù)?，如圖10-25所示。圖10- 24車門模塊示意圖圖10-25 沒有配備LIN總線的CAN網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖引入LIN總線，幾乎所有的電控單元和其傳感器、執(zhí)行器之間的連接，都已經(jīng)實現(xiàn)多路傳輸，車上各個LIN總線系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換是由控制單元通過CAN數(shù)據(jù)總線實現(xiàn)的，如圖10-26所示。 圖10-26 配備LIN總線的CAN網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖 2.LIN總線的結(jié)構(gòu) LIN總線是主/從結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)，主要用于控制車身附屬系統(tǒng)，如圖10-27 所示。圖10-27 LIN總線的結(jié)構(gòu)圖 （1）LIN主控單

56、元 LIN主控單元連接在CAN數(shù)據(jù)總線上，如圖10-28所示， LIN主控單元主要監(jiān)控數(shù)據(jù)傳遞和數(shù)據(jù)傳遞的速率，發(fā)送信息標題，主控單元的軟件內(nèi)已經(jīng)設(shè)定了決定何時將哪些信息發(fā)送到LIN數(shù)據(jù)總線上多少次的一個周期，主控單元在LIN數(shù)據(jù)總線與CAN總線之間起“翻譯”作用，它是LIN總線系統(tǒng)中唯一與CAN數(shù)據(jù)總線相連的控制單元，通過LIN主控單元進行LIN系統(tǒng)自診斷。圖10-28 LIN主控制單元 （2）LIN從控單元 LIN主控單元通過集成的傳感器來獲知執(zhí)行元件的實際狀態(tài)，然后就可以進行規(guī)定狀態(tài)和實際狀態(tài)的對比，如圖10-29所示。在LIN數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)內(nèi)，單個的控制單元或傳感器及執(zhí)行元件都可看作LI

57、N從控單元。傳感器內(nèi)集成有一個電子裝置，該裝置對測量值進行分析。測量值是作為數(shù)字信號通過LIN總線傳遞的。有些傳感器和執(zhí)行元件只使用LIN主控制單元插口上的一個針腳。LIN執(zhí)行元件都是智能型的電子或機電部件，這些部件通過LIN主控單元的LIN數(shù)字信號接受任務(wù)。圖10-29 LIN從控制單元 3.LIN的協(xié)議 （1）傳輸媒體 LIN網(wǎng)絡(luò)一般使用一根單獨的銅線作為介質(zhì)。 （2）節(jié)點 一個LIN電控單元擁有一個統(tǒng)一的接口，以便于與其它LIN電控單元處理數(shù)據(jù)，LIN節(jié)點的結(jié)構(gòu)如圖10-30所示，節(jié)點主要由2部分組成：協(xié)議控制器和線路接口，協(xié)議控制器集成在微控制器中的一個標準單位（URAT）上實現(xiàn)，微控

58、制器主要實現(xiàn)發(fā)送/接受8位字節(jié)、構(gòu)成請求、接受和發(fā)送；線路接口主要負責(zé)將LIN總線的信號翻譯成無干擾的信號進入LIN協(xié)議控制器，以及相反地將協(xié)議控制器的信號進行翻譯傳入LIN總線。 （3）傳輸速率 數(shù)據(jù)傳遞速率為120Kb/s，在LIN控制單元的軟件內(nèi)已經(jīng)設(shè)定完畢，該速率最大能達到舒適CAN數(shù)據(jù)傳遞速率的1/5。圖10-30 LIN總線的節(jié)點結(jié)構(gòu) （4）信號 隱性電平：如果無信息發(fā)送到LIN數(shù)據(jù)總線上或者發(fā)送到LIN數(shù)據(jù)總線上的是一個隱性比特，那么數(shù)據(jù)總線導(dǎo)線上的電壓就是蓄電池電壓。顯性電平：為了將顯性比特傳到LIN數(shù)據(jù)總線上，發(fā)送控制單元內(nèi)的收發(fā)報機將數(shù)據(jù)總線導(dǎo)線接地。注意：由于控制單元內(nèi)的

59、收發(fā)報機有不同的型號，因此表現(xiàn)出的顯性電平是不一樣的。 （5）傳遞安全性 在收發(fā)隱性電平和顯性電平時，通過預(yù)先設(shè)定公差值來保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性。為了在有干擾輻射的情況下仍能收到有效的信號，接收信號的允許電壓值要稍高一些。 （6）LIN幀結(jié)構(gòu) 一個LIN幀結(jié)構(gòu)由字節(jié)分隔開的一系列字節(jié)組成，LIN幀結(jié)構(gòu)如圖10-31 所示。LIN幀的開始是異步中斷域，它通過LIN網(wǎng)的主節(jié)點發(fā)出，并且支持所有的LIN節(jié)點自動適應(yīng)總線速度；異步域使得所有總線上的節(jié)點異步；標識域可表示64個節(jié)點，它指明數(shù)據(jù)的目的地或者所詢問的節(jié)點地址；數(shù)據(jù)域由1-8個8位字節(jié)構(gòu)成，包含了有用的命令或回應(yīng)信息；檢查域由一個8位字節(jié)構(gòu)成，

60、以保證LIN幀內(nèi)容的完整性。圖10-31 LIN幀結(jié)構(gòu) （7）信息的順序和回應(yīng)信息內(nèi)容 LIN主控單元已經(jīng)設(shè)定工作順序，LIN主控單元按順序?qū)⑿畔l(fā)送至LIN總線上（若是主信息，則發(fā)送的是回應(yīng)）。為了減少LIN主控單元部件的種類，主控單元將全部裝備控制單元的信息標題發(fā)送到LIN總線上。 對于帶有從控制單元回應(yīng)的信息，LIN從控制單元會根據(jù)識別碼給這個回應(yīng)提供信息， 對于主控制單元帶有數(shù)據(jù)請求的信息，根據(jù)識別碼的情況，相應(yīng)的LIN從控制單元會根據(jù)這些數(shù)據(jù)去執(zhí)行各種功能。 10.3 汽車網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用實例汽車網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用實例 10.3.1 寶來汽車的舒適寶來汽車的舒適/信息信息CAN網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò) 1.寶來汽車C