淺析汽車總線技術(shù)
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5) CAN采用NRZ編碼，直接通信距離最遠(yuǎn)可達(dá)10km（速率5kbps）；通信速率最高可達(dá)1Mbps(此時(shí)通信距離最長(zhǎng)為40m)。
6) CAN上的節(jié)點(diǎn)數(shù)主要取決于總線驅(qū)動(dòng)電路，目前可達(dá)110個(gè)；標(biāo)示符可達(dá)2032種（CAN2.0A）,而擴(kuò)展標(biāo)準(zhǔn)(CAN2.0B)的標(biāo)示符幾乎不受限制。
7) 采用短幀結(jié)構(gòu)，傳輸時(shí)間短，受干擾概率低，具有極好的檢錯(cuò)效果。
8) CAN的每幀信息都有CRC效驗(yàn)及其他檢錯(cuò)措施，保證數(shù)據(jù)出錯(cuò)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(diǎn)在錯(cuò)誤嚴(yán)重的情況下具有自動(dòng)關(guān)閉輸出功能，以使總線上其他節(jié)點(diǎn)的操作不受影響。
2．CAN總線技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)
國(guó)內(nèi)汽車品牌中已經(jīng)有幾款車型應(yīng)用了總線技術(shù)，這些技術(shù)完全來(lái)自國(guó)外。目前應(yīng)用總線的國(guó)產(chǎn)車中大多采用兩套獨(dú)立的CAN總線：一套是動(dòng)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(duì)其優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)，得出以下結(jié)論：
1) 如果數(shù)據(jù)擴(kuò)展以增加新的信息，只需升級(jí)軟件即可。
2) 控制單元對(duì)所傳輸?shù)男畔⑦M(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，檢測(cè)到故障后存儲(chǔ)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(hào)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(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，因此可應(yīng)用不同型號(hào)控制單元間的數(shù)據(jù)傳輸。
3．汽車CAN總線的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)
3．1 CAN節(jié)點(diǎn)ECU的設(shè)計(jì)（硬件）
汽車節(jié)點(diǎn)ECU的開(kāi)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(yīng)的片外CAN控制器、收發(fā)器。本文以后者為例說(shuō)明ECU的開(kāi)發(fā)。
帶有CAN接口的ECU設(shè)計(jì)是總線開(kāi)發(fā)的核心與關(guān)鍵，其中ECU的CAN總線模塊有幾個(gè)功能單元構(gòu)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(gè)接口——CAN收發(fā)器，它實(shí)現(xiàn)CAN控制器與總線之間邏輯電平信號(hào)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(yīng)用層的功能則由軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。
各節(jié)點(diǎn)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(gòu)成。圖5給出一個(gè)由51單片機(jī)開(kāi)發(fā)CAN節(jié)點(diǎn)的原理圖（圖中省略了SJA1000與PCA2C250之間的光耦等細(xì)節(jié)），完全可以說(shuō)明帶CAN接口ECU設(shè)計(jì)的原理。
CAN設(shè)計(jì)的三層結(jié)構(gòu)模型為：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)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(luò)通訊幀，即數(shù)據(jù)幀、遠(yuǎn)程幀、錯(cuò)誤指示幀和超載幀。CAN通訊協(xié)議的實(shí)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(shí)現(xiàn)的，因此系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)主要在應(yīng)用層的設(shè)計(jì)上。應(yīng)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(dāng)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(duì)于單片機(jī)而言，操作SJA1000就象訪問(wèn)外部RAM一樣簡(jiǎn)單。首先，應(yīng)對(duì)SJA1000中的有關(guān)控制寄存器寫(xiě)入控制字，進(jìn)行初始化。之后，CPU即可通過(guò)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(diǎn)及關(guān)鍵技術(shù)
汽車總線系統(tǒng)的研究與發(fā)展可以分為三個(gè)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(dòng)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(dòng)力總線系統(tǒng)），如電噴ECU控制系統(tǒng)、ABS系統(tǒng)、自動(dòng)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(shí)時(shí)控制和信息反饋。
按照我國(guó)汽車電子技術(shù)發(fā)展規(guī)劃，進(jìn)入21世紀(jì)后轎車電子技術(shù)可達(dá)國(guó)外90年代水平，為了縮短同國(guó)外轎車技術(shù)水平的差距，提高自身的競(jìng)爭(zhēng)力，單純靠技術(shù)引進(jìn)不利于發(fā)展，消化、吸收、研究和開(kāi)發(fā)自己的汽車總線與網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)勢(shì)在比行。目前我國(guó)的汽車總線研究和應(yīng)用尚處起步階段，而且汽車總線的應(yīng)用趨勢(shì)明顯，現(xiàn)在介入該研究正是大好時(shí)機(jī)。
1．汽車總線的研究重點(diǎn)
由于我國(guó)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(guó)內(nèi)使用總線技術(shù)的車型幾乎全部使用CAN總線，因此汽車總線的研發(fā)應(yīng)該結(jié)合國(guó)內(nèi)外實(shí)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(yīng)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(kāi)發(fā)的應(yīng)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(chǔ)上的應(yīng)用層協(xié)議，Honeywell公司推出的SDS總線也是在CAN的基礎(chǔ)上定義了自己的應(yīng)用層?？梢?jiàn)，汽車CAN總線的研究重點(diǎn)是：針對(duì)具體的車型開(kāi)發(fā)ECU的硬件和應(yīng)用層的軟件，并構(gòu)成車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)。
2．關(guān)鍵技術(shù)
利用CAN總線構(gòu)建一個(gè)車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)，需要解決的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題有：
a) 總線傳輸信息的速率、容量、優(yōu)先等級(jí)、節(jié)點(diǎn)容量等技術(shù)問(wèn)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(shí)的延時(shí)大小；
d) 網(wǎng)絡(luò)的容錯(cuò)技術(shù)；
e) 網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)控和故障診斷功能；
四、結(jié)論
技術(shù)的先進(jìn)性是總線在汽車上應(yīng)用的最大動(dòng)力，也是汽車生產(chǎn)商竟相應(yīng)用總線的主要原因，汽車總線的普及和發(fā)展是大勢(shì)所趨，是提高汽車性能的一條很好途徑。
參考文獻(xiàn)
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評(píng)論