基于can總線在汽車控制和通信網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用

CAN是控制器局域網(wǎng)絡(luò)（Controller Area Network， CAN）的簡(jiǎn)稱，是由研發(fā)和生產(chǎn)汽車電子產(chǎn)品著稱的德國(guó)BOSCH公司開發(fā)了的，并最終成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)（ISO11898）。是國(guó)際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場(chǎng)總線之一。到目前為止，世界上已經(jīng)擁有20多家CAN總線控制器芯片生產(chǎn)商，110多種CAN總線協(xié)議控制器芯片和集成CAN總線協(xié)議控制器的微處理器芯片。在北美和西歐，CAN總線協(xié)議已經(jīng)成為汽車計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)和嵌入式工業(yè)控制局域網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)總線，并且擁有以CAN為底層協(xié)議專為大型貨車和重工機(jī)械車輛設(shè)計(jì)的J1939協(xié)議。近年來，其所具有的高可靠性和良好的錯(cuò)誤檢測(cè)能力受到重視，被廣泛應(yīng)用于汽車計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)和環(huán)境溫度惡劣、電磁輻射強(qiáng)和振動(dòng)大的工業(yè)環(huán)境。

近年來，隨著汽車電子技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)代汽車中所使用的電子控制系統(tǒng)和通訊系統(tǒng)越來越多，如發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)、 自動(dòng)變速器控制系統(tǒng)、防抱死制動(dòng)系統(tǒng)（ABS）、自動(dòng)巡航系統(tǒng)（ACC）和車載多媒體系統(tǒng)等，這些系統(tǒng)之間，系統(tǒng)和汽車的顯示儀表之間，系統(tǒng)和汽車故障診斷系統(tǒng)之間均需要進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，如此巨大的數(shù)據(jù)交換量，如仍然采用傳統(tǒng)數(shù)據(jù)交換的方法，即用導(dǎo)線進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的連接的傳輸方式將是難以想象的。CAN作為汽車環(huán)境中的微控制器通訊總線解決了這一問題，它在車載各電子控制裝置 ECU 之間交換信息，形成汽車電子控制網(wǎng)絡(luò)，作為一種多主方式的串行通訊總線，基本設(shè)計(jì)規(guī)范要求有高的位速率，高抗電磁干擾性，而且能夠檢測(cè)出產(chǎn)生的任何錯(cuò)誤。當(dāng)信號(hào)傳輸距離達(dá)到10Km時(shí)，CAN總線仍可提供高達(dá)5Kbps的數(shù)據(jù)傳輸速率。CAN用作汽車中的數(shù)據(jù)和控制通信的網(wǎng)絡(luò)，具有不可比擬的優(yōu)越性。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前CAN總線在汽車動(dòng)力總成中占了85%的市場(chǎng)份額，2008年全球主要汽車生產(chǎn)廠商生產(chǎn)歐Ⅲ/歐Ⅳ排放標(biāo)準(zhǔn)以上的汽車后，采用CAN總線的汽車將超過95%。

一直以來，富士通就在16位微控制器和32位微控制器中集成了CAN控制器。為了滿足各種應(yīng)用需求，提供了多通道類型的CAN：1-channel CAN（稱為單CAN）， 2-channel CAN （稱為雙CAN），3-channel CAN（稱為三CAN）。 以下列出了富士通的CAN MCU （Microcontroller Unit）產(chǎn)品系列：

所有這些微控制器都配有閃存，并且有各種容量閃存的控制器可提供。而且，這些微控制器允許對(duì)閃存進(jìn)行10，000次以上的重寫操作，以便滿足終端用戶對(duì)系統(tǒng)升級(jí)和數(shù)據(jù)變更的需要。配有閃存的微控制器和內(nèi)置的CAN macro允許在閃存內(nèi)通過CAN總線對(duì)閃存內(nèi)的程序進(jìn)行重寫。

以上數(shù)據(jù)顯示了CAN的特殊功能，它們作為車載控制器局域網(wǎng)絡(luò)受到了業(yè)內(nèi)的關(guān)注。

這些特殊功能包括：

快速訪問 盡管總線訪問取決于數(shù)據(jù)傳輸速率，CAN卻支持1 Mbps的數(shù)據(jù)傳輸速率。這對(duì)于控制局域網(wǎng)比較適度。

錯(cuò)誤檢測(cè)能力 CAN提升了錯(cuò)誤檢測(cè)能力：它可以在傳輸過程中檢測(cè)到2個(gè)錯(cuò)誤，在接收過程中可以檢測(cè)到3個(gè)錯(cuò)誤。

短消息 因?yàn)橄⒈容^短（從0到8個(gè)字節(jié)）， 重復(fù)傳輸?shù)臅r(shí)間也就相應(yīng)地縮短了。

多主配置 使用多主設(shè)備進(jìn)行的通信被用于數(shù)據(jù)傳輸。

設(shè)置總線訪問優(yōu)先級(jí) 在總線訪問中，給予最低ID No.的總線最高的優(yōu)先級(jí)。

CAN控制器的錯(cuò)誤檢測(cè)

1. 發(fā)送

位錯(cuò)誤（Bit Error）

單元在發(fā)送位的同時(shí)也對(duì)總線進(jìn)行監(jiān)視。如果所發(fā)送的位值與所監(jiān)視的位值不相符合，則在此位時(shí)間里檢測(cè)到一個(gè)位錯(cuò)誤。但是在仲裁場(chǎng)（ARBITRATION FIELD）的填充位流期間或應(yīng)答間隙（ACK SLOT）發(fā)送一“隱性”位的情況是例外的—— 此時(shí)，當(dāng)監(jiān)視到一“顯性”位時(shí)，不會(huì)發(fā)出位錯(cuò)誤。當(dāng)發(fā)送器發(fā)送一個(gè)被動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志但檢測(cè)到“顯性”位時(shí)，也不視為位錯(cuò)誤。

應(yīng)答錯(cuò)誤（Acknowledgment Error）

只要在應(yīng)答間隙（ACK SLOT）期間所監(jiān)視的位不為“顯性”，則發(fā)送器會(huì)檢測(cè)到一個(gè)應(yīng)答錯(cuò)誤。

2．接受

填充錯(cuò)誤（Stuff Error）

如果在使用位填充法進(jìn)行編碼的信息中，出現(xiàn)了第6個(gè)連續(xù)相同的位電平時(shí)，將檢測(cè)到一個(gè)填充錯(cuò)誤。

CRC 錯(cuò)誤（CRC Error）

CRC 序列包括發(fā)送器的CRC 計(jì)算結(jié)果。接收器計(jì)算CRC 的方法與發(fā)送器相同。如果計(jì)算結(jié)果與接收到CRC 序列的結(jié)果不相符，則檢測(cè)到一個(gè)CRC 錯(cuò)誤。

形式錯(cuò)誤（Form Error）

當(dāng)一個(gè)固定形式的位場(chǎng)含有1 個(gè)或多個(gè)非法位，則檢測(cè)到一個(gè)形式錯(cuò)誤。（備注：接收器的幀末尾最后一位期間的顯性位不被當(dāng)作幀錯(cuò)誤）

富士通CAN控制器的節(jié)點(diǎn)狀態(tài)處理

節(jié)點(diǎn)狀態(tài)

NS1，NS2 （Node status bits）

無(wú)論是工業(yè)系統(tǒng)還是自動(dòng)化系統(tǒng)，一直以來，大多數(shù)CAN總線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)都要求有操作系統(tǒng)。在眾多普遍使用的操作系統(tǒng)中，OSEK作為使用CAN通信的系統(tǒng)的操作系統(tǒng)，近來獲得了廣泛的認(rèn)可。

具有內(nèi)置CAN 的富士通微控制器支持OSEK/VDX操作系統(tǒng)。日本Vector有限公司發(fā)售有osCAN 16LX和osCAN FR兩套OSEK/VDX操作系統(tǒng)。osCAN系列系統(tǒng)由一個(gè)操作系統(tǒng)的內(nèi)核和車載控制單元所需的通信軟件模塊等構(gòu)成。

CAN總線以其組網(wǎng)自由，擴(kuò)展性強(qiáng)；自動(dòng)錯(cuò)誤界定，簡(jiǎn)化了電控單元對(duì)通信的操作；可根據(jù)數(shù)據(jù)內(nèi)容確定優(yōu)先權(quán)，解決通信的實(shí)時(shí)性問題等優(yōu)點(diǎn)，不僅在汽車控制和通信網(wǎng)絡(luò)中被廣泛采用，在工業(yè)控制中也將有廣闊的應(yīng)用前景。

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