淺析汽車總線技術
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5) CAN采用NRZ編碼，直接通信距離最遠可達10km（速率5kbps）；通信速率最高可達1Mbps(此時通信距離最長為40m)。
6) CAN上的節(jié)點數(shù)主要取決于總線驅(qū)動電路，目前可達110個；標示符可達2032種（CAN2.0A）,而擴展標準(CAN2.0B)的標示符幾乎不受限制。
7) 采用短幀結(jié)構，傳輸時間短，受干擾概率低，具有極好的檢錯效果。
8) CAN的每幀信息都有CRC效驗及其他檢錯措施，保證數(shù)據(jù)出錯率極低。
9) CAN的通信介質(zhì)可為雙鉸線、同軸電纜或光纖，選擇靈活。
10) CAN節(jié)點在錯誤嚴重的情況下具有自動關閉輸出功能，以使總線上其他節(jié)點的操作不受影響。
2．CAN總線技術的優(yōu)點
國內(nèi)汽車品牌中已經(jīng)有幾款車型應用了總線技術，這些技術完全來自國外。目前應用總線的國產(chǎn)車中大多采用兩套獨立的CAN總線：一套是動力CAN數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，另一套是舒適CAN數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。
使用CAN總線后，對其優(yōu)點進行了總結(jié)，得出以下結(jié)論：
1) 如果數(shù)據(jù)擴展以增加新的信息，只需升級軟件即可。
2) 控制單元對所傳輸?shù)男畔⑦M行實時檢測，檢測到故障后存儲故障碼。
3) 使用小型控制單元及小型控制單元插孔可節(jié)省空間。
4) 使傳感器信號線減至最少，控制單元可做到高速數(shù)據(jù)傳輸。
5) CAN總線符合國際標準，因此可應用不同型號控制單元間的數(shù)據(jù)傳輸。
3．汽車CAN總線的節(jié)點設計
3．1 CAN節(jié)點ECU的設計（硬件）
汽車節(jié)點ECU的開發(fā)可以選擇帶有在片CAN的微控制器，也可以選擇其它微控制器和相應的片外CAN控制器、收發(fā)器。本文以后者為例說明ECU的開發(fā)。
帶有CAN接口的ECU設計是總線開發(fā)的核心與關鍵，其中ECU的CAN總線模塊有幾個功能單元構成——CAN控制器和CAN收發(fā)器。CAN控制器執(zhí)行完整的CAN協(xié)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要一個接口——CAN收發(fā)器，它實現(xiàn)CAN控制器與總線之間邏輯電平信號的轉(zhuǎn)換。CAN控制器和收發(fā)器完成CAN物理層和邏輯電路層的所有功能。應用層的功能則由軟件來實現(xiàn)。
各節(jié)點的ECU主要由MCU、DSP、CAN控制器SJA1000、CAN收發(fā)器PCA2C250和其它外圍器件構成。圖5給出一個由51單片機開發(fā)CAN節(jié)點的原理圖（圖中省略了SJA1000與PCA2C250之間的光耦等細節(jié)），完全可以說明帶CAN接口ECU設計的原理。
CAN設計的三層結(jié)構模型為：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應用層。物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的功能由CAN接口器件完成，包括硬件電路和通訊協(xié)議兩部分。CAN通訊協(xié)議規(guī)定了四種不同用處的網(wǎng)絡通訊幀，即數(shù)據(jù)幀、遠程幀、錯誤指示幀和超載幀。CAN通訊協(xié)議的實現(xiàn)，包括各種通訊幀的組織和發(fā)送，均是由集成在SJA1000通訊控制器中的電路實現(xiàn)的，因此系統(tǒng)的開發(fā)主要在應用層的設計上。應用層軟件的核心部分是CPU與SJA1000通訊控制器之間的數(shù)據(jù)接收和發(fā)送程序，即CPU把待發(fā)的數(shù)據(jù)發(fā)給SJA1000通訊控制器，再由SJA1000通訊控制器發(fā)到總線上；當SJA1000通訊控制器從總線接受到數(shù)據(jù)后，CPU再把數(shù)據(jù)取走。對于單片機而言，操作SJA1000就象訪問外部RAM一樣簡單。首先，應對SJA1000中的有關控制寄存器寫入控制字，進行初始化。之后，CPU即可通過SJA1000接收/發(fā)送緩沖區(qū)向物理總線接收和發(fā)送數(shù)據(jù)。
三、汽車總線的研究重點及關鍵技術
汽車總線系統(tǒng)的研究與發(fā)展可以分為三個階段：第一階段是研究汽車的基本控制系統(tǒng)（也稱舒適總線系統(tǒng)），如照明、電動車窗、中央集控鎖等。第二階段是研究汽車的主要控制系統(tǒng)（也稱動力總線系統(tǒng)），如電噴ECU控制系統(tǒng)、ABS系統(tǒng)、自動變速箱等。第三階段是研究汽車各電子控制系統(tǒng)之間的綜合、實時控制和信息反饋。
按照我國汽車電子技術發(fā)展規(guī)劃，進入21世紀后轎車電子技術可達國外90年代水平，為了縮短同國外轎車技術水平的差距，提高自身的競爭力，單純靠技術引進不利于發(fā)展，消化、吸收、研究和開發(fā)自己的汽車總線與網(wǎng)絡應用系統(tǒng)勢在比行。目前我國的汽車總線研究和應用尚處起步階段，而且汽車總線的應用趨勢明顯，現(xiàn)在介入該研究正是大好時機。
1．汽車總線的研究重點
由于我國的車型以歐美車型為主，且歐美車型又以CAN總線為主流，目前國內(nèi)使用總線技術的車型幾乎全部使用CAN總線，因此汽車總線的研發(fā)應該結(jié)合國內(nèi)外實際情況選用CAN總線。
CAN符合ISO/OSI的參考模型，但只規(guī)定了物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的協(xié)議，其應用層的協(xié)議需要用戶自己定義。支持CAN低層協(xié)議的芯片有許多，既有在片的MCU，也有片外的CAN控制器。用戶自己開發(fā)的應用層協(xié)議也有很多，如AB公司定義的DEVICENET協(xié)議就是CAN協(xié)議基礎上的應用層協(xié)議，Honeywell公司推出的SDS總線也是在CAN的基礎上定義了自己的應用層?？梢?，汽車CAN總線的研究重點是：針對具體的車型開發(fā)ECU的硬件和應用層的軟件，并構成車內(nèi)網(wǎng)絡。
2．關鍵技術
利用CAN總線構建一個車內(nèi)網(wǎng)絡，需要解決的關鍵技術問題有：
a) 總線傳輸信息的速率、容量、優(yōu)先等級、節(jié)點容量等技術問題；
b) 高電磁干擾環(huán)境下的可靠數(shù)據(jù)傳輸；
c) 確定最大傳輸時的延時大??；
d) 網(wǎng)絡的容錯技術；
e) 網(wǎng)絡的監(jiān)控和故障診斷功能；
四、結(jié)論
技術的先進性是總線在汽車上應用的最大動力，也是汽車生產(chǎn)商竟相應用總線的主要原因，汽車總線的普及和發(fā)展是大勢所趨，是提高汽車性能的一條很好途徑。
參考文獻
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