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CAN总线入门如此简单
时间:2018-03-15作者:华清远见

很难找到一篇能够适合初学者CAN总线原理的文章,因此小编本着通俗易懂的原则编写此文!

can总线

什么是CAN总线?

CAN总线应用于汽车,实现电子控制器和传感器之间的通信

Ø 高可靠性、低成本的通信协议。

Ø 最初由Robert Bosch于1986年开发。

Ø 主要应用于汽车、卡车、拖拉机、工业机器人。

想象一下,一辆汽车就像一个人:

Ø CAN总线是神经系统,使身体各部分之间的通信得以实现。

Ø ECU通过CAN总线连接,该总线相当于一个中央网络系统。

什么是ECU?

Ø 在汽车CAN总线系统中,ECUs可以是发动机控制单元、安全气囊或音频系统。

Ø 一辆现代汽车最多可以有70辆ECUs。

CAN总线5大特性

can总线原理

Ø 低成本:ECUs通过单个CAN接口进行通信,布线成本低。

Ø 高集成:CAN总线系统允许在所有ECUs上进行集中错误诊断和配置。

Ø 可靠性:该系统对子系统的故障和电磁干扰具有很强的鲁棒性,是汽车控制系统的理想选择。

Ø 高效率:可以通过id对消息进行优先级排序,以便最高优先级的id不被中断。

Ø 灵活性:每个ECU包含一个用于CAN总线收发芯片,随意添加CAN总线节点。

CAN总线发展史

can总线原理

Ø 未出现前:汽车ECUs依靠越来越复杂的点对点布线。

Ø 1986年:Bosch公司开发了CAN总线协议作为汽车电子解决方案,并在SAE大会上发布。

Ø 1991年:Bosch公司发布了CAN2.0,包涵CAN 2.0A (11 位) 和CAN 2.0B (29 位)。

Ø 1993年:CAN总线列入国际标准(ISO 11898)。

Ø 2012年:Bosch公司发布了CAN FD 1.0

Ø 今天:几乎每一辆汽车都有CAN总线系统,它广泛应用于卡车、公共汽车、工业车辆、船舶、飞机和工业自动化。

CAN总线的未来

展望未来,CAN总线将继续前行——而且更有可能是随着云计算、物联网和自动驾驶汽车的兴起。这些趋势还将增加可以使用WiFi /蜂窝网络连接的CAN总线的需求——允许无线传输的CAN总线数据,例如云服务器。

can总线原理

为了实现这一目标,CAN FD将是一个关键的组成部分。基本上,今天的CAN总线系统面临一个主要的障碍:1 Mbit/s的速度限制随着数据速度的复杂性和需求的增加(更多的ECUs,数据),这是一个越来越大的挑战。

Ø CAN FD提供两个关键的指标:

n 数据传输速率达到8Mbit/s——远远超出常规的1Mbit/s。

n 64字节的数据包——而不是8字节。

CAN总线物理结构与特性

CAN总线网络

can总线原理

CAN总线网络主要挂在CAN_H和CAN_L,各个节点通过这两条线实现信号的串行差分传输,为了避免信号的反射和干扰,还需要在CAN_H和CAN_L之间接上120欧姆的终端电阻,但是为什么是120欧姆呢?那是因为电缆的特性阻抗为120欧。

CAN收发器

CAN收发器的作用是负责逻辑电平和信号电平之间的转换。

can总线原理

即从CAN控制芯片输出逻辑电平到CAN收发器,然后经过CAN收发器内部转换将逻辑电平转换为差分信号输出到CAN总线上,CAN总线上的节点都可以决定自己是否需要总线上的数据。具体的管教定义如下:

can总线原理

CAN信号表示

CAN总线采用不归零码位填充技术,也就是说CAN总线上的信号有两种不同的信号状态,分别是显性的(Dominant)逻辑0和隐形的(recessive)逻辑1,信号每一次传输完后不需要返回到逻辑0(显性)的电平。

can总线原理

CAN收发器有TXD,RXD是与CAN控制器连接的。发送器接到网络的是CL和CH。CL与CH是差分电路。CAN网络上是用CL于CH的电压差来表示逻辑“0”和逻辑“1”。所以CAN网络中只能单向传输。

CAN仲裁

只要总线空闲,总线上任何节点都可以发送报文,如果有两个或两个以上的节点开始传送报文,那么就会存在总线访问冲突的可能。但是CAN使用了标识符的逐位仲裁方法可以解决这个问题。

can总线原理

在仲裁期间,每一个发送器都对发送的电平与被监控的总线电平进行比较。如果电平相同,则这个单元可以继续发送。如果发送的是一"隐性"电平而监视到的是一"显性"电平,那么这个节点失去了仲裁,必须退出发送状态。如果出现不匹配的位不是在仲裁期间则产生错误事件。

帧ID越小,优先级越高。由于数据帧的RTR位为显性电平,远程帧为隐性电平,所以帧格式和帧ID相同的情况下,数据帧优先于远程帧;由于标准帧的IDE位为显性电平,扩展帧的IDE位为隐形电平,对于前11位ID相同的标准帧和扩展帧,标准帧优先级比扩展帧高。

CAN总线通信协议

协议格式

can总线原理

 

序号 名称 描述
1 SOF 1 起始位,逻辑0使能,告诉其他ECU,消息即将到达。
2 CAN-ID 29 消息标识符,值越低优先级越高
3 RTR 1 远程传输请求标志位,允许ECUs“请求”来自其他ECUs的消息。
4 Control 6 数据包长度
5 Data 0-64 数据内容
6 CRC 16 16位循环冗余校验用于保证数据的完整性
7 ACK 2 应答标志,CRC是否校验正确
8 EOF 7 结束标识符

如何解析

下面是使用CANLoggerX000的汽车的一个示例日志文件:

# Logger type: CANLogger2000

# HW rev: 6.xx

# FW rev: 5.51

# Logger ID: ID0001

# Session No.: 9

# Split No.: 3

# Time: 20170508T064128

# Value separator: ";"

# Time format: 4

# Time separator: ""

# Time separator ms: ""

# Date separator: ""

# Time and date separator: "T"

# Bit-rate: 500000

# Silent mode: false

# Cyclic mode: false

Timestamp;Type;ID;Data

08T064254150;0;34d;1003fafa000d00ff

如果我们查看上面的原始CAN总线数据样本,可能会注意到:

原始的CAN总线数据没有意义!

这是因为我们需要将数据转换成按比例计算的工程值——也就是人类可读的形式。

要做到这一点,我们需要知道一些事情:

can总线原理

例如,在34d中的64位数据中,可能会有3个不同参数的数据,每个参数都有一个特定的起始点和位长。

针对这3个不同参数的数据,我们需要要知道如何解码:

每个参数都需要偏移量和刻度值

[数据值]=[偏移]+[刻度]x[原始数据值]


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