控制局域網(wǎng)CAN(ControllerAreaNetwork)是德國(guó)Bosch公司為解決現(xiàn)代汽車中眾多的控制與測(cè)試儀器之間的數(shù)據(jù)交換而應(yīng)用開(kāi)發(fā)的一種通信協(xié)議。在國(guó)外，尤其是歐洲，CAN網(wǎng)絡(luò)已被廣泛地應(yīng)用在汽車上，如BENZ、BMW、PORSCHE、ROLLSROYCE、JAGUAR等車。

現(xiàn)代汽車典型的控制單元有電控燃油噴射系統(tǒng)、電控傳動(dòng)系統(tǒng)、防抱死制動(dòng)系統(tǒng)(ABS)、防滑控制系統(tǒng)(ASR)、廢氣再循環(huán)控制、巡航系統(tǒng)和空調(diào)系統(tǒng)。

在一個(gè)完善的汽車電子控制系統(tǒng)中，許多動(dòng)態(tài)信息必須與車速同步。為了滿足各子系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求，有必要對(duì)汽車公共數(shù)據(jù)實(shí)行共享，如發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、車輪轉(zhuǎn)速、油門(mén)踏板位置等。但每個(gè)控制單元對(duì)實(shí)時(shí)性的要求是因數(shù)據(jù)的更新速率和控制周期不同而不同的。例如，一個(gè)8缸柴油機(jī)運(yùn)行在2400r/min，則電控單元控制兩次噴射的時(shí)間間隔為6.25ms。其中，噴射持續(xù)時(shí)間為30°的曲軸轉(zhuǎn)角(2ms)，在剩余的4ms內(nèi)需完成轉(zhuǎn)速測(cè)量、油量測(cè)量、A/D轉(zhuǎn)換、工況計(jì)算、執(zhí)行器的控制等一系列過(guò)程。這就意味著數(shù)據(jù)發(fā)送與接收必須在1ms內(nèi)完成，才能達(dá)到柴油機(jī)電控的實(shí)時(shí)性要求。這就要求其數(shù)據(jù)交換網(wǎng)是基于優(yōu)先權(quán)競(jìng)爭(zhēng)的模式，且本身具有極高的通信速率，CAN現(xiàn)場(chǎng)總線正是為滿足這些要求而設(shè)計(jì)的。不同參數(shù)應(yīng)具有不同的通信優(yōu)先權(quán)。

典型參數(shù)允許響應(yīng)時(shí)間

發(fā)動(dòng)機(jī)噴油量10ms

發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速300ms

車輪轉(zhuǎn)速1s~100s

進(jìn)氣溫度20s

冷卻液溫度1min

燃油溫度≈10min

3CAN總線的特點(diǎn)及通信協(xié)議

3.1CAN總線的特點(diǎn)

CAN作為一種多主總線，支持分布式實(shí)時(shí)控制的通信網(wǎng)絡(luò)。其通信介質(zhì)可以是雙絞線、同軸電纜或光纖。在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)控制部件、傳感器、抗滑系統(tǒng)等應(yīng)用中，總線的位速率最大可達(dá)1Mbit/s。CAN光線具有以下主要特性：

a.無(wú)破壞性的基于優(yōu)先權(quán)競(jìng)爭(zhēng)的總線仲裁。

b.可借助接收濾波的多地址幀傳送。

c.具有錯(cuò)誤檢測(cè)與出錯(cuò)幀自動(dòng)重發(fā)送功能。

d.數(shù)據(jù)傳送方式可分?jǐn)?shù)據(jù)廣播式和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)請(qǐng)求式。

3.2CAN總線幀格式

CAN和OSI七層參考模式，按照IEEE802.2和IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)，其通信接口集成了CAN協(xié)議的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層功能，可完成對(duì)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(yàn)及優(yōu)先級(jí)別等項(xiàng)工作。在系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)按照攜帶的信息類型可分為四種幀格式：

a.數(shù)據(jù)幀。

用于節(jié)點(diǎn)間傳遞數(shù)據(jù)，是網(wǎng)絡(luò)信息的主體。一個(gè)數(shù)據(jù)幀由7個(gè)不同位場(chǎng)構(gòu)成：幀起始、仲裁場(chǎng)、控制場(chǎng)、數(shù)據(jù)場(chǎng)、CRC場(chǎng)、ACK場(chǎng)和幀結(jié)束。其中數(shù)據(jù)段長(zhǎng)度可編程0～8個(gè)字節(jié)。
數(shù)據(jù)幀格式

b.遠(yuǎn)程幀。由在線單元發(fā)送，用于請(qǐng)求發(fā)送具有相同標(biāo)識(shí)符的數(shù)據(jù)幀，其幀格式與數(shù)據(jù)幀基本相同，但沒(méi)有數(shù)據(jù)場(chǎng)。

c.出錯(cuò)幀。出錯(cuò)幀是檢測(cè)總線出錯(cuò)的一個(gè)信號(hào)標(biāo)志，由兩個(gè)不同場(chǎng)構(gòu)成。第一場(chǎng)由來(lái)自不同節(jié)點(diǎn)的錯(cuò)誤標(biāo)志疊加，第二個(gè)場(chǎng)為錯(cuò)誤界定符。CAN協(xié)議采用CRC檢驗(yàn)并可提供相應(yīng)的錯(cuò)誤處理功能，保證數(shù)據(jù)通信的可靠性。

d.超載幀。由超載標(biāo)識(shí)和超載界定符組成，表明邏輯鏈路控制層要求的內(nèi)部超載狀態(tài)，并將由媒體訪問(wèn)控制層的一些出錯(cuò)條件而被啟動(dòng)發(fā)送。用于擴(kuò)展幀序列的延遲時(shí)間。

3.3CAN數(shù)據(jù)鏈路控制

系統(tǒng)中，CAN總線以報(bào)文為單位進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，節(jié)點(diǎn)對(duì)總線的訪問(wèn)采取位仲裁方式。報(bào)文起始發(fā)送節(jié)點(diǎn)標(biāo)識(shí)符分為功能標(biāo)識(shí)符(如轉(zhuǎn)速信號(hào))和地址標(biāo)識(shí)符(如控制單元節(jié)點(diǎn)地址)。CAN協(xié)議的最大特點(diǎn)是打破了傳統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)地址編碼方式，而擴(kuò)展了對(duì)通信數(shù)據(jù)塊進(jìn)行編碼方式。采用數(shù)據(jù)塊的標(biāo)識(shí)符可用11位或29位二進(jìn)制表示，即可定義211或229個(gè)不同的數(shù)據(jù)類型。即使對(duì)未來(lái)更復(fù)雜的汽車控制網(wǎng)絡(luò)其容量也足夠了。標(biāo)識(shí)符的值越小，幀數(shù)據(jù)的優(yōu)先級(jí)越高。通過(guò)數(shù)據(jù)鏈路控制，每個(gè)接收器完成幀接收濾波確定此幀數(shù)據(jù)是否有效，實(shí)際汽車應(yīng)用中一般采用不冗余的通信線路，而CAN協(xié)議提供強(qiáng)大的出錯(cuò)診斷機(jī)制，在保證數(shù)據(jù)通信的可靠性方面起了重要作用。