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1、引言随着现代汽车中所使用的电子控制系统和通讯系统越来越多，如发动机电控系统、自动变速器控制系统、防抱死制动系统（ABS）、自动巡航系统（ACC）和车载多媒体系统等，这些系统之间、系统与显示仪表之间、系统和汽车故障诊断系统之间均需要进行数据交换，如使用普通的线索完成这些数据之间的交换，线索总长可能超过1600m，实现起来是相当困难的。为解决这一问题，德国的博世（Bosch）公司及几个半导体生产商开发出一种新型的车用控制器-CAN。CAN简介CAN是控制器局域网络（Controller Area Network）的简称，是一种串行多主站控制器局域网总线。它具有很高的网络安全性、通讯可靠性和实时性，
2、而且简单实用，网络成本低。特别适用于汽车计算机控制系统和环境温度恶劣、电磁辐射强和振动大的工业环境。CAN总线是一个多路传输系统，当某一单元出现故障时不会影响其他单元的工作，CAN总线对不同数据的传输速率不一样，对发动机电控系统和ABS等实时控制用数据实施高速传输，速率为125K波特-1M波特，对车身调节系统(如空调)的数据实施低速传输，传输速率在10125K波特，其他如多媒体系统和诊断系统则为中速传输，速率在两者之间，这样的区分提高了总线的传输效率。CAN总线的特点CAN总线可有效支持分布式控制或实时控制。该总线的通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光纤，其主要特点如下： CAN总线为多主站总线
3、，各节点可在任意时刻向网络上的其他节点发送信息，且不分主从； CAN总线采用独特的非破坏性总线仲裁技术，高优先级节点优先传送数据，故实时性好； CAN总线具有点对点、一点对多点及全局广播传送数据的功能； CAN总线采用短帧结构，每帧有效字节数最多为8个，数据传输时间短，并有CRC及其它校验措施，数据出错率极低； CAN总线上某一节点出现严重错误时，可自动脱离总线，而总线上的其他操作不受影响； CAN总线系统扩充时，可直接将新节点挂在总线上，因而走线少，系统扩充容易，改型灵活； CAN总线的最大传输速率可达1Mb/s，直接通信距离最远可达到10km（速率在5kbps以下）； CAN总线上的节点数
4、取决于总线驱动电路。在标准帧（11位报文标识符）时可达到110个，而在扩展帧（29位报文标识符）时，个数不受限。CAN总线在车控制中的应用现代汽车典刑的控制单元有发动机控制模块、变速器控制模块、多媒体控制模块、气囊控制模块、空调控制模块、巡航控制模块、车身控制模块（包括照明指示和车窗、刮雨器等）、防抱死制动系统（ABS）防滑控制系统（ASR）等。完善的汽车CAN总线网络系统架构如图1所示。本系统中，CAN节点采用： ECU（AT89C51）CAN控制器（SJA1000）CAN收发器（PCA82C250）的电路结构。CAN总线控制器、总线驱动器和单片机连接基本方法如图2所示。车身控制模块中的CA
5、N应用层协议 协议原则 本协议遵循CAN2.0B规范，根据车身控制模块的特点，采用源目的方法，每个节点都有自己固定的标识地址，且节点数小于64，设计时可将中央控制模块设为主节点，而将车门、电动座椅子模块及自检子模块设置为从节点。本协议可完成以下功能： （1）特定信息的广播； （2）主从节点之间的连接； （3）主从节点之间的信息交换（包括故障信息）。 本协议采用帧优先原则分配标识符，每一帧标识符中的高四位表示帧类型，不同帧类型有不同的优先权，优先权决定了各种信息帧在同等情况下的发送顺序，协议中的29位标识符的分配如下： 帧类型（4位）目的地址（6位）源地址（6位）命令（或状态、报告）属性（13位
6、）或数据属性分段标志分段号（共13位）。 对所有的命令或状态、数据、报告属性、除定时采集发送的数据外，原则上均需应答（发送确认帧以保证通讯正常）。 帧格式仲裁场和控制场定义 仲裁场由29位标识符ID28ID0以及SRR、IDE和RTR组成，SJA1000中的寄存器1721用来存放扩展帧格式帧信息的标识符。发送时，SRR1，IDE1，RTR1/0（远程帧/数据帧）。标识符中的ID28ID25为车身控制模块交换报文的帧类型（共4位）。ID24ID19为车身控制模块中帧信息使用者的地址（或称为目的地址，共6位）。ID18ID13为车身控制模块中帧信息发送者的地址或称为源地址（共6位）。ID12ID5
7、为车身控制模块中交换的命令、状态、数据或报告属性（共8位），ID4位需附加命令或状态、数据、报告属性时的分段标志。ID3ID0为附加命令或状态、数据、报告属性的分段号（共4位）。当ID40时，ID3ID0控制场、数据寄存器07有效。对于远程帧，则可忽略ID4ID0以及控制场的值。SJA1000的寄存器16低四位DLC3DLC0可构成控制场，以决定数据帧的数据长度。 车身控制模块CAN2.0B通讯报文约定 按车身控制模块的节点要求，通讯的信息帧分为表1所列的6种，表1中的优先级按序号从高到低排列。其目的地址和源地址的分配见表2所列。 其工作方式如下： （1）开机后或唤醒时，从节点向主节点发送状态
8、信息，主节点发送广播信息远程帧（两次），广播信息为共用信息，包括车速信号，档位信号，点火开关位置信号等。（2）正常情况下，从节点内部巡查各端口状态，如有故障则向主节点发送故障代码3次，主节点收到三次故障报警后开始响应，从节点停止发送，一旦故障消失，再向主节点发送正常信息。在主节点中应有一故障表，以用于已诊断模块的通讯。（3）主结点分别发送自检信息后，如各从节点正常，则发送正常信息，状态和数据帧。如有故障，则通过分段数据帧发送故障报警帧。（4）从节点监测到正常输入信号的变化（包括开关量和模拟量采样级数的变化）后，便通过报告帧发送信息给主节点，主节点则发送命令帧以示响应。 通讯报文定义 表3所列是
9、中央控制模块与诊断模块的通讯报文定义。表中，aaaa为分段号，可在故障代码多于8个时设置，最多可达传送16×8个字节代码；bbbbbb为各传感器代号，其响应帧采用不分段的数据帧，cccccccc为执行相应动作的代码，如车窗上升为00000001，下降为00000010，该响应最多可以执行256个动作。响应帧采用远程帧，请求帧为远程帧。 在系统正常工作时，各节点的通讯协议约定如表4所列。表中的dddd为分段起始命令中包含的总段数；eeee为广播信息的某一段号，控制场中的数据长度为该段内的数据长度，数据场中的数据广播的某段实际数据，按顺序定义数据有：数据寄存器1车速信息高8位； 数据寄存
10、器2车速信号低8位； 数据寄存器3发动机转速信号高8位； 数据寄存器4发动机转速信号低8位； 数据寄存器5点火开关位置，其中，0表示钥匙拔出；1表示钥匙位于OFF；2表示钥匙位于ACC；3表示钥匙位于RUN；4表示钥匙位于START； 数据寄存器6档位信号，0表示空档；1表示驱动档；2表示驱动档；3表示倒档；4表示驻车档； 数据寄存器7遥控信号，0表示遥控解锁主驾车门；1表示遥控锁定主驾车门；2表示遥控解锁所有车门；3表示遥控锁定所有车门；4表示遥控解锁行礼箱； 数据寄存器8用于防盗模式；0表示进入防盗模式，1表示解除防盗模式； 数据寄存器916：保留。结束语CAN总线以其高性能，高可靠性及独特的设计，受到工业控制领域和汽车领域的广泛重视，已被公认为最有前途的现场总线之一。我们深信不久的将来，国产的CAN总线汽车必将诞生。