CAN总线技术在汽车上的应用

一种简单而可靠的通讯协议，在车用电控单元和仪表上有很好的应用前景。本文介绍的CAN接口电路与通讯软件结构对其他微处理器系统来说，加以适当的修改也是适用的。由于在实际的车用电气环境中，需要考虑温度、电磁干扰、电源等因素，设计时应考虑软、硬件的抗干扰能力。 参考文献

[1] 史久根 张培仁 陈真勇，CAN现场总线系统设计技术，北京：国防工业出版社，2004 杨国田 白焰，摩托罗拉68HC12系列微控制器原理、应用与开发技术，北京：中国电力出版社，2003

李刚炎 宋叶琼 金海松，CAN及其在轿车中央控制系统中的应用，武汉汽车工业大学学报，2000年2月

汽车总线技术走向成熟 发展车载电子乃务实之策

【打印本稿】 【进入论坛】 【推荐朋友】 【关闭窗口】 2004年11月13日 08:35

唐晓泉

随着电子技术在汽车中的拓展，特别是在20世纪80年代以后，MCU/MPU在汽车中得到了广泛应用，出现了基于数据通讯的车载网络，这为提高汽车性能和减少线束数量提供了有效的解决途径。在各种数据通信方式中最常见的是UART，因此最早的车载网络是在UART的基础上建立的。UART在汽车中的成功应用，标志着汽车电子开始走向成熟，并逐步迈向网络化。

TTCAN改善CAN实时性

由于汽车对电子部件在可靠性、工作温度、成本等方面的特殊要求，通用MCU/MPU集成的UART逐渐不能适应汽车发展的新要求。于是在20世纪80年代初，各大汽车公司开始研制适用汽车内部信息交互的专用通信方式。博世公司推出的CAN(控制区域网络)总线具有突出的可靠性、实时性和灵活性，因而得到了业界的广泛认同，并在1993年正式成为国际标准和行业标准。以CAN为代表的总线技术在汽车的应用不但减少了车身线束，也提高了汽车的可靠性。据Strategy Analytics公司统计，2001年用在汽车上的CAN节点数目超过1亿个。

为了调查汽车总线在中国的实际应用情况，笔者曾在2003年12月到北京车市现场统计了当时售价在8万元～20万元之间的轿车采用总线技术的情况(表1)。尽管统计不完全，但表1所列出的车型已超过了 2002年到2003年两年新下线、价格在8万元～20万元之间车型的40%以上。从表1可看出，汽车总线在中国生产的普及型轿车中所占的比重如此之大，说明总线技术在轿车中已经很成熟，而不再是高档轿车的独享技术。而赛弗CC6450BY采用了CAN总线，进

一步说明汽车总线技术已开始融入中国自有品牌的轿车当中。同时表1还说明CAN总线已成为普及型轿车的主流总线技术。当然，CAN总线技术也在不断发展。

传统的CAN是基于事件触发的，信息传输时间的不确定性和优先级反转是它固有的缺点。为了满足汽车控制对实时性和传输消息密度不断增长的需要，改善CAN总线的实时性能非常必要。于是，传统CAN与时间触发机制相结合产生了TTCAN(Time-Triggered CAN)，ISO11898-4已包含了TTCAN。

TTCAN总线和传统CAN总线系统的区别是：总线上不同的信息定义了不同的时间槽(Timer Slot)。在同一时间槽内，总线上只能有一条信息传输，这样避免了总线仲裁，也保证了信息的实时性。TTCAN系统需要全局时间同步，但采用传统CAN控制器很难实现TTCAN，因此新推出的CAN控制器如Microchip的MCP2515就增加了与TTCAN相关的硬件资源，它们在软件配合下就能实现TTCAN。

LIN适应低成本需求

电子与信息技术在汽车中的持续渗透，车用电器的电子化使CAN及UART都不能满足汽车制造业对成本的苛刻要求。从1998年开始，由宝马、奥迪、戴姆勒-克莱斯勒、摩托罗拉和VCT等7家汽车和IC公司共同开发能满足车身电子要求的低成本串行总线技术，该技术在2000年2月完成开发，它就是LIN(Local Interconnect Net-work)。实际上，LIN是基于UART的，它采用了主从单线方式传输，最高波特率为20Kb/s。LIN的最大优势是低成本，它对总线上各节点的时基要求很低。LIN虽然基于UART，它与UART的最大区别在于对各节点波特率误差的容忍度：UART要求进行数据传输两个节点波特率的误差不大于±4%；LIN总线只要求进行数据传输两个节点波特率的误差不大于±15%。±15%的波特率误差容忍度决定了节点上的MCU可以不用精度高、价格也相对较高的石英晶体，而采用稳定度稍差但价格十分低廉的RC电路来提供时钟。

LIN价格低廉，因此它可将MCU嵌入到车身零部件中，使其成为具备网络功能的智能零部件，从而进一步减少车身线束，降低成本。

车载媒体总线技术实现信息共享

如今与现代人们生活密切相关的IT技术也不断地与汽车融合。世界著名的汽车制造商BWM的一位高层人士曾说过：将来汽车的平台，就是IT的平台。

作为将来的IT平台，汽车必须实现车内IT装置之间的信息共享。以BWM为首的欧洲汽车制造商制定了车内媒体之间的互连标准MOST，以实现车内CD、GPS(全球定位系统)和TV等媒体装置之间的信息共享。到2003年底，BWM和VW已有21个车型采用了MOST。

与欧洲汽车制造商MOST阵营相对应的是IDB-1394(见表2)。尽管IDB-1394标准的细节正在制定之中，但由于它能够兼容IE EE1394，因而吸引了大量汽车厂商，尤其是日本汽车厂商。预计日本车到2005年、欧洲车到2006年将陆续采用该标准。在IDB-1394标准下，车内预留了连接汽车总线与IEEE1394规格的家电产品的 CCP(Consumer Convenience Port)接口。数码摄像机等通用的媒体装置就可通过IEEE1394连接器与CCP相连，实现通过车载显示器来观看数码摄像机所拍摄的图像。

随着蓝牙技术的发展，其相对低廉的成本和简便的使用方法得到汽车业界的认同。移动电话与车内媒体之间的信息交互成为蓝牙技术进入汽车的突破点。在戴姆勒-克莱斯勒推出的Uconnect蓝牙免提电话系统中，蓝牙成为移动电话与车内媒体之间进行信息交互的手段，驾驶员通过安装在挡风玻璃上的麦克风和车内音响系统的扬声器与他人通话，将驾驶员的双手从操作移动电话中解脱出来，从而保证了行车安全。

专家视点

发展车身电子及车载媒体网络是务实之策

为汽车服务的汽车电子除了动力、制动、车身外，还包括车载多媒体。究竟哪里才是中国汽车电子OEM真正的切入点呢？

在汽车电子中，动力和制动部分的电子控制是非常复杂的系统工程，是汽车中的核心技术。发展这些技术需长期积累，并且目前已被全球顶级汽车制造商和汽车部件供应商所垄断。因此，中国的汽车电子OEM应该根据自身的特点，在汽车市场中寻求突破点。

除了动力和制动部分外，车身和车载多媒体仍然在汽车电子中占有很大的比重。从市场角度来看，它处于发展阶段；从技术角度上分析，与安全和环保等涉及汽车核心技术的关系不大，但它涉及面很广，不可能被少数集团垄断。根据中国汽车电子的现状，作为企业发展车身电子及车载多媒体，是一项务实的决策。汽车电子涉及的是一些相对简单的控制，如汽车电动座椅、电动门窗等，但它的核心是汽车总线技术。最近一汽与北京一家公司开发的基于LIN的车身控制系统已开始进入试验阶段。将零部件与总线融为一体，使系统成本最低，这将给中国汽车电子和汽车零部件企业带来机遇和挑战。

汽车逐渐进入百姓之家，车载多媒体的不断发展，也将为中国的汽车电子、IT和家电制造商带来机遇。在汽车中，将己成功应用的家电网络技术移植到汽车媒体，并且实现家庭、汽车和办公媒体三位一体，这在技术上可行，而且与车载媒体的发展目标一致。 备注：作者为中科院电工研究所汽车电子应用研究组副研究员

CAN总线技术及其在汽车仪表中的应用

来源：中国论文下载中心 [ 08-05-06 11:48:00 ] 作者：李伟 洪运富 盛翊智 编辑：studa0714

摘 要 本文首先介绍了CAN总线技术，然后给出了CAN总线技术在以摩托罗拉16位单片机MC9S12为中央控制器的某汽车仪表系统中的应用，并对该系统总体结构及其中CAN通信模块的软硬件设计作了详细说明。

关键词 CAN总线，MC9S12，汽车，仪表 0 引言

控制局域网CAN (controllerareanetwork)是国际上应用最广泛的现场总线之一，是德国Bosch公司为解决现

代汽车中众多的控制与测试仪器之间的数据交换而开发的一种通讯协议，它作为汽车环境中的微控制器通

讯，在车载各电子控制装置ECU之间交换信息，形成汽车电子控制网络。比如：发动机管理系统、变速箱控制器、仪表装备、电子主干系统中，均嵌入CAN控制装置。CAN是一种多主方式的串行通讯总线，基本设计规范要求有高的位速率，高抗电磁干扰性，而且能够检测出产生的任何错误。当信号传输距离达到10Km时，CAN仍可提供高达50 kbit/s的数据传输速率。它是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通讯网络。CAN的应用范围遍及从高速网络到低成本的多线路网络。在自动化电子领域的汽车发动机控制部件、传感器、抗滑系统等应用中，CAN的位速率可高达1 Mbps。CAN网络具有反映快,可靠度高的特性，应用于要求实时处理的场合，例如汽车刹车防锁死系统安全气囊等。今天此项通信协议已得到广泛应用，成为现代汽车设计中必须采用的装置，奔驰、宝马、大众、沃尔沃及雷诺汽车都将CAN作为控制器联网的手段。

1 CAN总线的特点及通讯协议 1.1 CAN总线的特点

CAN总线是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络。其通讯介质可以是双绞线、同轴电缆或光纤。在汽车发动机控制部件、传感器等应用中，总线的位速率最大可达1Mbit/s。CAN总线具有以下主要特性：

a． 无破坏性的基于优先权竞争的总线仲裁 b． 可借助接收滤波的多地址帧传送 c． 具有错误检测与出错帧自动重发功能

d． 数据传送方式可分为数据广播式和远程数据请求式 1.2 CAN总线帧格式[1]

CAN总线通信协议包括CAN2.0A和CAN2.0B两种，它们的帧格式如下： （1）CAN2.0A通信协议规定了4种不同的帧格式：

数据帧 用于节点间传递数据，是网络信息的主体，其帧格式依次包括： 帧起始、仲裁场、控制场、数据场、CRC场、ACK场和帧结束。其中数据段长度可编程0～8个字节。

远程帧 由在线单元发送，用于请求发送具有相同标识符的数据帧，其帧格式与数据帧基本相同，但没有数据场。]

出错帧 出错帧是检测总线出错的一个信号标志，由两个不同的场构成。第一个场由来自不同节点的错误标志叠加，第二个场为错误界定符。CAN协议采用CRC检验并可提供相应的错误处理功能，保证数据通讯的可靠性。

超载帧 由超载标识和超载界定符组成，表明逻辑链路控制层要求的内部超载状态，并将由媒体访问控制层的一些出错条件而被启动发送。用于扩展帧序列的延迟时间。 （2）CAN2.0B通信协议分为两种帧格式： ① 标准帧

标准帧信息为11个字节，包括两部分：信息和数据部分。前3个字节为信息部分。

<1>字节1为帧信息。第7位（FF）表示帧格式，在标准帧中，FF＝0；第6位（RTR） 表示帧的类型，RTR=0表示为数据帧，RTR=1表示为远程帧；DLC表示在数据帧时实际的数据长度。 <2>字节2、3为报文识别码，11位有效。

<3>字节4～11为数据帧的实际数据，远程帧时无效。 ② 扩展帧

<1>扩展帧信息为13个字节，包括两部分，信息和数据部分。前5个字节为信息部分。字节1为帧信息。第7位（FF）表示帧格式，在扩展帧中，FF ＝ 1；第6位（RTR）表示帧的类型，RTR=0表示为数据帧，RTR=1表示为远程帧；DLC表示在数据帧时实际的数据长度。