CAN總線技術詳解

　　起源

　　20世紀80年代，Robert Bosch 公司在 SAE（汽車工程協會）大會上介紹了一種新型的串行總線——CAN控制器局域網，那也是 CAN 誕生的時刻。今天，在歐洲幾乎每一輛新客車均裝配有 CAN 局域網。同樣，CAN也用于其他類型的交通工具，從火車到輪船或者用于工業控制。CAN 已經成為全球范圍內最重要的總線之一 —— 甚至領導著串行總線。

　　CAN總線的工作原理

　　CAN總線使用串行數據傳輸方式，可以1Mb/s的速率在40m的雙絞線上運行，也可以使用光纜連接，而且在這種總線上總線協議支持多主控制器。CAN與I2C總線的許多細節很類似，但也有一些明顯的區別。

　　當CAN總線上的一個節點（站）發送數據時，它以報文形式廣播給網絡中所有節點。對每個節點來說，無論數據是否是發給自己的，都對其進行接收。每組報文開頭的11位字符為標識符，定義了報文的優先級，這種報文格式稱為面向內容的編址方案。在同一系統中標識符是唯一的，不可能有兩個站發送具有相同標識符的報文。當幾個站同時競爭總線讀取時，這種配置十分重要。

　　當一個站要向其它站發送數據時，該站的CPU將要發送的數據和自己的標識符傳送給本站的CAN芯片，并處于準備狀態；當它收到總線分配時，轉為發送報文狀 態。CAN芯片將數據根據協議組織成一定的報文格式發出，這時網上的其它站處于接收狀態。每個處于接收狀態的站對接收到的報文進行檢測，判斷這些報文是否是發給自己的，以確定是否接收它。

　　由于CAN總線是一種面向內容的編址方案，因此很容易建立高水準的控制系統并靈活地進行配置。我們可以很容易地在CAN總線中加進一些新站而無需在硬件或 軟件上進行修改。當所提供的新站是純數據接收設備時，數據傳輸協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據時，可由網上獲得，而無須每個控制器都有自己獨立的傳感器。

　　CAN總線的特點

　　1、具有實時性強、傳輸距離較遠、抗電磁干擾能力強、成本低等優點；

　　2、采用雙線串行通信方式，檢錯能力強，可在高噪聲干擾環境中工作；

　　3、具有優先權和仲裁功能，多個控制模塊通過CAN 控制器掛到CAN-bus 上，形成多主機局部網絡；

　　4、可根據報文的ID決定接收或屏蔽該報文；

　　5、可靠的錯誤處理和檢錯機制；

　　6、發送的信息遭到破壞后，可自動重發；

　　7、節點在錯誤嚴重的情況下具有自動退出總線的功能；

　　8、報文不包含源地址或目標地址，僅用標志符來指示功能信息、優先級信息。

　　CAN總線的應用

　　CAN總線在組網和通信功能上的優點以及其高性價比據定了它在許多領域有廣闊的應用前景和發展潛力。這些應用有些共同之處：CAN實際就是在現場起一個總 線拓撲的計算機局域網的作用。不管在什么場合，它負擔的是任一節點之間的實時通信，但是它具備結構簡單、高速、抗干擾、可靠、價位低等優勢。CAN總線最 初是為汽車的電子控制系統而設計的，目前在歐洲生產的汽車中CAN的應用已非常普遍，不僅如此，這項技術已推廣到火車、輪船等交通工具中。

　　（1）CAN總線技術的應用：國外知名汽車基本都已經采用了CAN總線技術，例如沃爾沃、林肯、奧迪、寶馬等，而國內汽車品牌，例如奇瑞等公司也已經有幾款車型應用了總線技術。 CAN總線技術就是通過遍布車身的傳感器，將汽車的各種行駛數據發送到“總線”上，在這個信息共享平臺上，凡是需要這些數據的接收端都可以從“總線”上讀 取需要的信息，從而使汽車的各個系統協調運作、信息共享、保證車輛安全行駛、舒適和可靠。一般來說，越高檔的車配備的CAN_BUS數量越多，價格也越 高，如途安、帕薩特等車型當中都配備了多個CAN總線。

　　（2）汽車CAN總線節點ECU的硬件設計：汽車CAN總線研發的核心技術就是對帶有CAN接口的ECU進行設計，其中ECU的CAN總線模塊由CAN控制器和CAN收發器構成。CAN控制器執行完整的CAN協議，完成通訊功能，包括信息緩沖和接收濾波。CAN控制器與物理總線之間需CAN收發器作為接口，它實現CAN控制器與總線之間邏輯電平信 號的轉換。

　　（3）CAN總線在國內自主品牌汽車中的應用：由于受成本控制、技術實力等因素的限制，CAN_BUS總線技術一般都出現在國外高端汽車，在A級及以下級別車型當中，該項技術大多出現在合資品牌當中，如POLO、新寶來等。在自主品牌中，采用CAN總線技術的車型中很少，風云2則是其中的代表車型。風云2 CAN總線技術，可以實現發動機、變速箱、ABS、車身、儀表及其他控制器的通訊，做到全車信息及時共享。在風云2的組合儀表盤當中，階段里程、未關車門精確顯示、安全帶未系提醒等20多項信息全部可以顯示，比同級產品增加一倍，這樣增加了駕駛過程中的安全度。

　　（4）未來智能傳感器發展趨勢：CAN總線作為一種可靠的汽車計算機網絡總線已在許多先進汽車上得到應用，將CAN總線應用于智能傳感器中， 使傳感器獲得的信號能通過總線實時地、可靠地、高速而準確地進行傳輸，使得各汽車計算機控制單元能夠通過CAN總線共享所有信息和資源，達到簡化布線、減 少傳感器數量、避免控制功能重復、提高系統可靠性、降低成本、更好地匹配和協調各個控制系統的目的。同時，由于整個智能傳感器網絡采用全數字化的通信，因此，總線也具有很好的抗干擾能力，是未來智能化傳感器和智能化控制網絡的發展趨勢。

　　另外，在 CAN總線技術的幫助下，內部各種傳感器實現信息共享后，大大減少了車體內線束和控制器的接口數量，避免了過多線束存在的互相干涉、磨損等隱患，降低了汽車電氣系統的故障發生率。打開發動機艙蓋，看到的是清晰簡潔的艙內布局。維修方面，CAN總線技術的應用也使得故障排查得到最便利的保證。CAN總線智能 管家系統符合歐美OBDII標準法規，實現了在線診斷的功能。在車輛發生故障后，各個控制器通過CAN總線智能管家系統存儲故障代碼，由專業人員，通過診斷儀為車輛診斷出各種故障狀態，快速準確地查找到故障點，第一時間排除故障。利用CAN總線技術實現系統集成的信息傳輸，大大提高了各部件的響應速度，減少了配件磨損發生率，也相應的降低了維修成本；而且，先進集成技術的應用，也大幅提高了車輛自身的科技含量，增強了產品競爭力。

　　CAN總線的數據通信具有突出的可靠性、實時性和靈活性。由于其良好的性能及獨特的設計，CAN總線越來越受到人們的重視，它在汽車領域上的應用是最廣泛的。世界上一些著名的汽車制造廠商大都采用了CAN總線來實現汽車內部控制系統與各檢測和執行機構間的數據通信。同時，由于CAN總線本身的特點，其應用范圍目前已不再局限于汽車行業，而向自動控制、航空航天、航海、過程工業、機械工業、紡織機械、農用機械、機器人、數控機床、醫療器械及傳感器等領域發展。CAN已經形成國際標準，并已被公認為幾種最有前途的現場總線之一。