CAN总线应用简介

　　CAN，全称为“Controller Area Network”，即控制器局域网，采用串行通信，是国际上应用最广泛的现场总线之一。CAN总线最早在1986年由德国Bosch公司最先提出，使用CAN连接发动机控制单元、传感器、防刹车系统等，解决日益复杂的汽车电子装置之间的连线问题，其传输速度可达1Mb/s，能有效地支持具有很高安全等级的分布实时控制。
　　一、CAN总线技术规范
　　1、CAN通信模型
　　CAN技术规范（CAN-bus规范V2.0版本）的目的是为了在任何两个CAN仪器之间建立兼容性。为了兼容CAN2.0，要求CAN的仪器应兼容A部分或B部分。CAN-bus规范V2.0版本由两部分组成：
　　（1）A部分
　　在这部分中，CAN的报文格式说明按CAN1.2规范定义。
　　为了达到设计透明度以及实现柔韧性，CAN被细分为以下层次：对象层、传输层、物理层。
　　物理层定义不同节点间的信号根据电气属性进行位信息的传输方法。同一网络内，物理层对于所有的节点必须是相同的。A部分没有定义物理层，以便允许根据实际应用，对发送媒体和信号电平进行优化。
　　传输层是CAN协议的核心。她把接收到的报文提供给对象层，以及接收来自对象层的报文。传输层负责位定时及同步、报文分帧、仲裁、应答、错误检测和标定、故障界定。
　　对象层的功能是报文过滤以及状态和报文的处理。
　　CAN节点的层结构及其开发系统互联模型OSI之间的对应关系如图所示。
　　（2）B部分
　　B部分包含了报文标准格式和扩展格式的说明。B部分的目的是定义数据链路层中MAC子层和一小部分LLC子层，以及定义CAN协议于周围各层当中所发挥的作用。
　　根据ISO/OSI参考模型，CAN被细分为数据链路层和物理层。
　　CAN总线的层结构及其与开发系统互联模型OSI之间的对应关系如图所示。
　　物理层定义信号是如何实际地传输的，因此涉及位时间、位编码、同步的解释。B部分没有定义物理层的驱动器/接收器特性，以便允许根据它们的应用，对发送媒体和信号电平进行优化。
　　MAC子层是CAN协议的核心。它把接收到的报文提供给LLC子层，并接受来自LLC子层的报文。MAC子层负责报文分帧、仲裁、应答、错误检测和标定。MAC子层也被称作故障界定的管理实体监管。
　　2、CAN总线特点
　　CAN总线网络具有以下特点：
　　（1）CAN总线协议的分层结构符合OSI参考模型的物理层、数据层、链路层、传输层的标准。
　　（2）CAN总线可以工作在多主方式，网络上任一节点均可以在任意时刻向其他节点发送信息，从不分主从，通信发送灵活。
　　（3）CAN总线网络上的节点可分成不同的优先级，以满足不同的实时要求。
　　（4）CAN总线能以点对点、一点对多点（组成）及全局广播等多种形式传送或接受数据。
　　（5）CAN总线的通信性能好，直接通信距离可达10km（速率5KB/s以下），通信速率最高可达1MB/s（距离最长为4m）。
　　（6）CAN总线上的节点数可多达110个。
　　（7）CAN总线采用短帧结构，每一帧的有效字节为8个，这样传输时间短，受干扰的概率低，具有极好的检错效果。
　　二、汽车CAN总线网络
　　车载电子控制装置(ECU)之间的信息交换，形成汽车电子控制网络。CAN总线最初就是被设计作为汽车环境中的微控制器之间通讯的。高速CAN主要用于动力系统， 容错CAN主要应用于对于数据传输可靠性要求较低的场合，低成本的LIN总线是CAN总线的扩充。CAN与LIN的相互结合使汽车网络更加安全、可靠，而且成本低、开发简单。
　　局域互连网(LIN)总线标准应用包括车门、方向盘、座椅、空调、照明、雨量传感器和交流发电机等。在这套装置中，低成本局域互连网(LIN)运用了智能传感器、调节器、照明等机械电子设备，它们可以十分简便地与汽车系统结合起来，并实施各种诊断及服务工作。数字信号将取代普通的模拟编码信号，从而优化线路系统。众多运用局域互连网(LIN)总线的设备正在研制当中。
　　CAN 总线在奥迪A4-B6应用示例
　　到目前为止，奥迪A4-B6上共应用了三条CAN总线:动力总线、舒适总线和信息娱乐总线。
　　1.动力总线控制单元有发动机、组合仪表、变速器、ESP（包括ABS、EBV、EDS、ASR和BAS等）、气囊、转向柱控制单元。它的传输速率在整车电控系统中是最快的，一般为500kbit/s，最高可达1000kbits/s。CAN-HIGH，CAN-LOW不能进行单线传输。系统内各个控制单元之间采用中央线束连接，即星形接法。
　　2.舒适总线和信息娱乐总线二者共同的特点：
　　1）传递信息的速率较低，均为100bits/s；
　　2）都可以单线运行；
　　3）有“睡眠模式”。为了省电和当总线中某控制单元出现故障时不致使蓄电池亏电，当系统处于睡眠模式时，CAN高线上的电压为0V，CAN低线上电压为12V。
　　总结
　　CAN属于工业现场总线的范畴，与一般的通信总线相比，CAN总线的数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性。由于其良好的性能及独特的设计，CAN总线越来越受到人们的重视，它在汽车领域上的应用是最广泛的。文章简单介绍了其在建筑和汽车工业的应用，随着技术的发展，CAN总线会有越来越广泛的应用。