CAN-BUS基础培训教材.ppt

简介简介基本构造基本构造功能功能驱动系统驱动系统传送安全性和故障处理传送安全性和故障处理数据传输数据传输舒适系统舒适系统CanbusCanbus的由来的由来由于现代汽车的技术水平大幅提高，要求能对更多的汽车运行参数进行控制，因而由于现代汽车的技术水平大幅提高，要求能对更多的汽车运行参数进行控制，因而汽车控制器的数量在不断的上升，从开始的几个发展到几十个以至于上百个控制单汽车控制器的数量在不断的上升，从开始的几个发展到几十个以至于上百个控制单元。控制单元数量的增加，使得它们互相之间的信息交换也越来越密集。为此德国元。控制单元数量的增加，使得它们互相之间的信息交换也越来越密集。为此德国BOSCHBOSCH公司开发了一种设计先进的解决方案公司开发了一种设计先进的解决方案CANCAN数据总线，提供一种特殊的局数据总线，提供一种特殊的局域网来为汽车的控制器之间进行数据交换。域网来为汽车的控制器之间进行数据交换。CanbusCanbus的发展历史的发展历史大众公司首次在大众公司首次在9797年年PASSATPASSAT的舒适系统的舒适系统上采用了传送速率为上采用了传送速率为62.562.5Kbit/mKbit/m的的CanbusCanbus。9898年在年在PASSATPASSAT和和GOLFGOLF的驱动系统的驱动系统上增加了上增加了CanbusCanbus，传送速率为传送速率为500500Kbit/mKbit/m。20002000年，大众公司在年，大众公司在PASSATPASSAT和和GOLFGOLF采用了带有网关的第二代采用了带有网关的第二代CanbusCanbus。20012001年，大众公司提高了年，大众公司提高了CanbusCanbus的设计标的设计标准，将舒适系统准，将舒适系统CanbusCanbus提高到提高到100100Kbit/m,Kbit/m,驱动系统提高到驱动系统提高到500500Kbit/mKbit/m。20022002年，大众集团在新年，大众集团在新PQ24PQ24平台上使用平台上使用带有车载网络控制单元的第三代带有车载网络控制单元的第三代CanbusCanbus。20032003年，大众集团在新年，大众集团在新PQ35PQ35平台上使用五平台上使用五重结构的重结构的CanbusCanbus系统，并且出现了单线的系统，并且出现了单线的LIN-BUSLIN-BUS。C CAN-BusAN-Bus是是Controller Area NetworkController Area Network的缩写，称为控制单元的局域的缩写，称为控制单元的局域网，它是车用控制单元传输信息的一种传送形式。网，它是车用控制单元传输信息的一种传送形式。车上的布线空间有限，车上的布线空间有限，CAN-BusCAN-Bus系统的控制单元连接方式采用铜系统的控制单元连接方式采用铜缆串行方式。由于控制器采用串行合用方式，因此不同控制器之间的缆串行方式。由于控制器采用串行合用方式，因此不同控制器之间的信息传送方式是广播式传输。也就是说每个控制单元不指定接收者，信息传送方式是广播式传输。也就是说每个控制单元不指定接收者，把所有的信息都往外发送；由接收控制器自主选择是否需要接收这些把所有的信息都往外发送；由接收控制器自主选择是否需要接收这些信息。信息。广播原理：一家发送，大家接收广播原理：一家发送，大家接收CAN-BUSCAN-BUS系统组成：系统组成：CAN CAN收发器收发器:安装在控制器内部，同时兼具接受和发送的功能，将控制安装在控制器内部，同时兼具接受和发送的功能，将控制器传来的数据化为电信号并将其送入数据传输线。器传来的数据化为电信号并将其送入数据传输线。数据传输终端：是一个电阻，防止数据在线端被反射，以回声的形式返数据传输终端：是一个电阻，防止数据在线端被反射，以回声的形式返回，影响数据的传输。回，影响数据的传输。数据传输线：双向数据线，由高低双绞线组成。数据传输线：双向数据线，由高低双绞线组成。数据传输数据传输线线数据传输终数据传输终端端数据传输终数据传输终端端CANCAN收发器收发器CANCAN收发器收发器CanbusCanbus采用双绞线自身校验的结构，既可采用双绞线自身校验的结构，既可以防止电磁干扰对传输信息的影响，也可以以防止电磁干扰对传输信息的影响，也可以防止本身对外界的干扰。系统中采用高低电防止本身对外界的干扰。系统中采用高低电平两根数据线，控制器输出的信号同时向两平两根数据线，控制器输出的信号同时向两根通讯线发送，高低电平互为镜像。并且每根通讯线发送，高低电平互为镜像。并且每一个控制器都增加了终端电阻，已减少数据一个控制器都增加了终端电阻，已减少数据传送时的过调效应。传送时的过调效应。CanbusCanbus双绞线的基本颜色：双绞线的基本颜色：CanCan总线的基本颜色：总线的基本颜色：橙色；橙色；Can-LowCan-Low总是棕色；总是棕色；Can-High:Can-High:驱动系统驱动系统(黑色黑色)；舒适系统（绿；舒适系统（绿色色)；信息系统信息系统(紫色）；紫色）；+1V-1V外界的干扰同时作用于两根导线外界的干扰同时作用于两根导线产生的电磁波辐射相互抵消产生的电磁波辐射相互抵消0 VCAN CAN 仪表仪表CAN CAN 驱动驱动CAN CAN 信息信息CAN CAN 舒适舒适 CAN CAN 诊断诊断由于汽车不同控制器对由于汽车不同控制器对CANCAN总线的性能要求不同，总线的性能要求不同，因此最新版本的因此最新版本的CANCAN总线系统人为设定为总线系统人为设定为5 5个不同的个不同的区域，分别为驱动系统、舒适系统、信息系统、多区域，分别为驱动系统、舒适系统、信息系统、多功能仪表、诊断总线等功能仪表、诊断总线等5 5个局域网。其速率分别为个局域网。其速率分别为(Kbit/s)Kbit/s)：驱动系统（由驱动系统（由1515号线激活）：号线激活）：500;500;舒适系统（由舒适系统（由3030号线激活）：号线激活）：100100信息系统（由信息系统（由3030号线激活）：号线激活）：100100；诊断系统（由诊断系统（由3030号线激活）：号线激活）：500 500仪表系统（由仪表系统（由1515号线激活）：号线激活）：100100；Lin:20Lin:20最大承载：最大承载：10001000诊断接口诊断接口CAN-CAN-区域图区域图网关网关J519空调空调J255舒适系舒适系统统J393左前门左前门J386右前门右前门J387左后门左后门J388右后门右后门J389转向柱转向柱J527电动转电动转向向J500G85安全气安全气囊囊J234ABSJ104变速箱变速箱发动机发动机ESP传传感器感器收音机收音机车载电车载电话话雨括器雨括器 L雨括器雨括器 R J53J53J53J533 33 3网关网关由于不同区域由于不同区域CanbusCanbus总线的速率和识别代号不同，因此一个信号要从总线的速率和识别代号不同，因此一个信号要从一个总线进入到另一个总线区域，必须把它的识别信号和速率进行改变，一个总线进入到另一个总线区域，必须把它的识别信号和速率进行改变，能够让另一个系统接受，这个任务由网关能够让另一个系统接受，这个任务由网关(Gateway)Gateway)来完成。另外，网来完成。另外，网关还具有改变信息优先级的功能。如车辆发生相撞事故，气囊控制单元关还具有改变信息优先级的功能。如车辆发生相撞事故，气囊控制单元会发出负加速度传感器的信号，这个信号的优先级在驱动系统是非常高，会发出负加速度传感器的信号，这个信号的优先级在驱动系统是非常高，但转到舒适系统后，网关调低了它的优先级，因为它在舒适系统功能只但转到舒适系统后，网关调低了它的优先级，因为它在舒适系统功能只是打开门和灯。是打开门和灯。LinbusLinbusLinbusLinbus是内部网络的缩写。所谓汽车中的内部网络是指所有的控制单元都是内部网络的缩写。所谓汽车中的内部网络是指所有的控制单元都在一个总成内（如空调等），并且有主控制器和子控制器之分，整个总成在一个总成内（如空调等），并且有主控制器和子控制器之分，整个总成内（主控制器和子控制器，子控制器和子控制器）信息都由内（主控制器和子控制器，子控制器和子控制器）信息都由LinbusLinbus相连，相连，然后由主控制器通过然后由主控制器通过CanbusCanbus与外界相连。与外界相连。LinbusLinbus是是CANBUSCANBUS的子网的子网,但它但它只有一根数据线，线截面积为只有一根数据线，线截面积为0.350.35mmmm2 2,并且没有屏蔽措施。并且没有屏蔽措施。LinbusLinbus系统规系统规定一个主控制单元最多可以连接定一个主控制单元最多可以连接1616个子控制单元。个子控制单元。诊断总线诊断总线网关网关仪表总线仪表总线驱动总线驱动总线舒适总线舒适总线信息总线信息总线诊断总线诊断总线诊断总线是用于诊断仪器和相应控制单元诊断总线是用于诊断仪器和相应控制单元之间的信息交换，它被用来代替原来的之间的信息交换，它被用来代替原来的K K线或者线或者L L线的功能（废气处理控制器除外）线的功能（废气处理控制器除外）。诊断总线目前只能在诊断总线目前只能在VAS5051VAS5051和和VAS5052 VAS5052 下工作，而不能适用于原来的下工作，而不能适用于原来的诊断工具，如诊断工具，如15521552等。诊断总线通过网等。诊断总线通过网关转接到相应的关转接到相应的CANBUSCANBUS上，然后再连接上，然后再连接相应的控制器进行数据交换。相应的控制器进行数据交换。随着诊断总线的使用，大众集团将逐步淘随着诊断总线的使用，大众集团将逐步淘汰控制器上的汰控制器上的K K线存储器，而采用线存储器，而采用CANCAN线线作为诊断仪器和控制器之间的信息连接线，作为诊断仪器和控制器之间的信息连接线，我们称之为虚拟我们称之为虚拟K K线。线。针脚号针脚号 对应的线束对应的线束 1 1 1515号线号线 4 4 接地接地 5 5 接地接地 6 6 CANBUS(CANBUS(高）高）7 7 k k线线 14 14 CANBUS(CANBUS(低）低）15 15 L L线线 16 16 3030号线号线注：未标明的针脚号暂未使用。注：未标明的针脚号暂未使用。当车辆使用诊断当车辆使用诊断CANBUSCANBUS总线结构后，解码器总线结构后，解码器必须使用相对应的新型诊断接头必须使用相对应的新型诊断接头,否则无法读否则无法读出相应的诊断信息。另外，车上的诊断接口也出相应的诊断信息。另外，车上的诊断接口也作出了相应的改动，具体信息看如下图表：作出了相应的改动，具体信息看如下图表：CanbusCanbus上的信息上的信息CanbusCanbus上的信息是以二进制形式出现的。上的信息是以二进制形式出现的。也就是说控制单元将信息转换成二进制，也就是说控制单元将信息转换成二进制，CanbusCanbus用电平来模拟二进制，接受控制用电平来模拟二进制，接受控制单元将电平转换成二进制数据，再将二进单元将电平转换成二进制数据，再将二进制数据转换成正常数据。制数据转换成正常数据。例如：例如：控制单元控制单元B B将发动机转速值信号先转换成将发动机转速值信号先转换成二进制信号二进制信号(00010101),(00010101),然后由发送器转然后由发送器转换成一串电平信号兵发送出去。换成一串电平信号兵发送出去。控制单元控制单元A A的接收器先读取电平信号，转的接收器先读取电平信号，转换成二进制信号换成二进制信号(00010101)(00010101)，然后再解，然后再解码成发动机转速值。码成发动机转速值。逻辑信号和差分放大器log.0“log:1“差分放大器对应于逻辑电平差分放大器对应于逻辑电平Canbus的收发器Canbus上的控制器中发送信息的线路通过一个开路集电极和总线相连。CanbusCanbus的收发器如图所示，使用一个电路进行控制，这样也就是说控制单的收发器如图所示，使用一个电路进行控制，这样也就是说控制单元在某一时间段只能进行发送或接受一项功能。元在某一时间段只能进行发送或接受一项功能。逻辑逻辑“1 1”：所有控制器的开关断开；总线电平为：所有控制器的开关断开；总线电平为5 5Vor3.5VVor3.5V；CanbusCanbus未通未通讯。讯。逻辑逻辑“0 0”：某一控制器闭合；总线电平为：某一控制器闭合；总线电平为0 0伏；伏；CanbusCanbus进行通讯。进行通讯。典型收发器线路图（TJA 1050）：2 2个以上控制器所组成的个以上控制器所组成的CanbusCanbus系统系统当用当用2 2个以上的控制器连接在个以上的控制器连接在CanbusCanbus总线上（如图所示），用逻辑总线上（如图所示），用逻辑1 1来表示来表示断开和用逻辑断开和用逻辑0 0表示闭合。不考虑其他表示闭合。不考虑其他总线规则情况下，总线会出现下图的情总线规则情况下，总线会出现下图的情况：况：1.1.任何开关闭合，总线上的电压为任何开关闭合，总线上的电压为0 0伏伏2.2.所有开关断开，总线上的电压为所有开关断开，总线上的电压为5 5伏伏因此：因此：1.1.只要任何一个控制器激活，则总线激只要任何一个控制器激活，则总线激活活2.2.所有控制器关闭，总线处于未激活状所有控制器关闭，总线处于未激活状态态激活的总线称为显性电平；激活的总线称为显性电平；未激活的总线电平称为隐形电平未激活的总线电平称为隐形电平Canbus Canbus 的数据结构的数据结构当控制器发送信息时，并不仅仅是数据本身，它同时还带有属性数据打成数据包一起传当控制器发送信息时，并不仅仅是数据本身，它同时还带有属性数据打成数据包一起传送。该数据包共有送。该数据包共有7 7个数据段，分别储存有开始区（个数据段，分别储存有开始区（1 1位）位），有限级别区（有限级别区（1111位），检验位），检验区（区（6 6位）数据区（位）数据区（6464位），安全区（位），安全区（1616位），确认区（位），确认区（2 2位）和结束区（位）和结束区（7 7位）。位）。开始区开始区优先级别区优先级别区未使用未使用数据区数据区确认区确认区检验区数据量检验区数据量16位冗余校验位冗余校验码码结束区结束区优先级确认优先级确认因为因为CanbusCanbus采用串行数据传递（单根数据线采用串行数据传递（单根数据线)方式，方式，如果有多个控制器同时需要发出信号，那么在总线如果有多个控制器同时需要发出信号，那么在总线上一定会发生数据冲突。所有每一个数据列都有它上一定会发生数据冲突。所有每一个数据列都有它的优先级。当有多个控制器试图发送信息时，它们的优先级。当有多个控制器试图发送信息时，它们自己的接收器为信息优先级进行仲裁，当其他控制自己的接收器为信息优先级进行仲裁，当其他控制器发送的信息优先级高于自己控制器发送信息时，器发送的信息优先级高于自己控制器发送信息时，通知自己发送器停止发送，整个控制器进入接收状通知自己发送器停止发送，整个控制器进入接收状态。态。在信息数据列中有在信息数据列中有1111位的状态区，这位的状态区，这1111位二进制中位二进制中前前7 7位既是发送信息的控制器标识符，同时又表示位既是发送信息的控制器标识符，同时又表示了它的优先级，即从前往后数，前面零越多，优先了它的优先级，即从前往后数，前面零越多，优先级越高。而后级越高。而后4 4位则是这个控制器发送不同信息的位则是这个控制器发送不同信息的编号，如发动机控制单元既要发送转速信号，又要编号，如发动机控制单元既要发送转速信号，又要发送水温等信号，则后发送水温等信号，则后4 4位就有所不同。位就有所不同。Canbus系统的难题-发送和接受的同步同步解决方案一：边沿对齐为了保证发送和接受能够同步，为了保证发送和接受能够同步，CanbusCanbus规定了边沿对齐规则。也就是说接收器发现规定了边沿对齐规则。也就是说接收器发现每一次电平反向的节拍不对时，必须调整边沿，以求得同步。这个规则在电平变化频每一次电平反向的节拍不对时，必须调整边沿，以求得同步。这个规则在电平变化频繁时能有效的保证了接收的正确性繁时能有效的保证了接收的正确性数据的位填充为了保证发送和接受能够同步，为了保证发送和接受能够同步，CanbusCanbus规定了位填充规则。也就是说最多规定了位填充规则。也就是说最多5 5位出现位出现一样的电平信号，第六位必须有一个反向电平。这个规则能有效的保证了接收的正确一样的电平信号，第六位必须有一个反向电平。这个规则能有效的保证了接收的正确性。性。出错帧（出错帧（Error Frame):Error Frame):当控制器在接收其他控制器或自己发送器的信息时，发现信息有错误，可当控制器在接收其他控制器或自己发送器的信息时，发现信息有错误，可以发送出错帧，出错帧至少有以发送出错帧，出错帧至少有6 6个显性电平和个显性电平和8 8个隐性电平，至多个隐性电平，至多1212个显性个显性电平和电平和8 8个隐性电平构成。个隐性电平构成。错误发错误发送控制送控制单元单元接收控接收控制单元制单元接收控接收控制单元制单元CanbuCanbus s系统系统驱动系统驱动系统CanbusCanbus驱动系统由驱动系统由1515号激活号激活,速率是所有速率是所有CanbusCanbus中最高达到中最高达到500 kBit/s500 kBit/s，采用终端电阻结构，其中心采用终端电阻结构，其中心电阻为电阻为6666欧姆（发动机电阻）；并且高低欧姆（发动机电阻）；并且高低CanbusCanbus线线为环状结构，即任一根为环状结构，即任一根CanbusCanbus线断路，则线断路，则CanbusCanbus无法工作。无法工作。驱动系统电路简图驱动系统的驱动系统的CanbusCanbus信号和逻辑信号：信号和逻辑信号：Can-HighCan-High的高电平为：的高电平为：3.53.5伏伏Can-HighCan-High的低电平为：的低电平为：2.52.5伏伏Can-Low Can-Low 的高电平为的高电平为:2.5:2.5伏伏Can-low Can-low 的低电平为：的低电平为：1.51.5伏伏逻辑逻辑“1 1”：Can-high(3.5)Can-high(3.5)Can-low=(1.5)Can-low=(1.5)逻辑逻辑“0 0”：Can-high(2.5)Can-high(2.5)Can-low(2.5)Can-low(2.5)驱动系统的信号图驱动系统的信号图舒适系统舒适系统CanbusCanbus舒适系统由舒适系统由3030号激活号激活,速率达到速率达到1 100 kBit/s00 kBit/s，没有终端电阻，且高低没有终端电阻，且高低CanbusCanbus线分离，即任一线分离，即任一根根CanbusCanbus线断路，线断路，CanbusCanbus工作不受影响。工作不受影响。舒适系统电路简图舒适系统电路简图测舒适系统高低线的电阻为无穷测舒适系统高低线的电阻为无穷大！大！1010usus舒适系统的舒适系统的CanbusCanbus信号和驱动系信号和驱动系统有很大区别：统有很大区别：Can-HighCan-High的高电平为：的高电平为：3.63.6伏伏Can-HighCan-High的低电平为：的低电平为：0 0伏伏Can-Low Can-Low 的高电平为的高电平为:5:5伏伏Can-low Can-low 的低电平为：的低电平为：1.41.4伏伏逻辑逻辑“1 1”：Can-high(3.6)Can-high(3.6)Can-low=(1.4)Can-low=(1.4)逻辑逻辑“0 0”：Can-high(0)Can-high(0)Can-low(5)Can-low(5)舒适系统的信号图内部故障管理内部故障管理控制单元内部有错误计数器。一次发送失败计数加控制单元内部有错误计数器。一次发送失败计数加8 8，一次接收错误计数加，一次接收错误计数加1 1。当累计超过当累计超过127127时，控制器不再允许发送信息，当累计超过时，控制器不再允许发送信息，当累计超过255255时，控制器自时，控制器自动与总线脱离动与总线脱离.但是，控制器发送信息时，没有受到答复信号，控制器将重复但是，控制器发送信息时，没有受到答复信号，控制器将重复发送，而错误计数不计数。发送，而错误计数不计数。典型故障典型故障1 1：Can-Low Can-Low 断路断路示波仪判断示波仪判断典型故障典型故障2 2：Can-high Can-high 断路断路示波仪判断示波仪判断典型故障典型故障3 3：Can-Low Can-Low 与电瓶短接与电瓶短接示波仪判断示波仪判断典型故障典型故障4 4：Can-Low Can-Low 与地短接与地短接示波仪判断示波仪判断典型故障典型故障5 5：Can-LowCan-Low与与Can-highCan-high短接短接示波仪判断示波仪判断典型故障典型故障6 6：Can-LowCan-Low与与Can-highCan-high交叉连接交叉连接