CAN总线在汽车领域的应用

潘绍明，蔡启明，韩峻峰

PAN Shao-ming, CAI Qi-ming, HAN Jun-feng

（广西工学院 电子信息与控制工程系，柳州 545006）

0 引言

自上世纪80年代以后，汽车领域得到了飞速的发展，而单片机与集成电路都广泛应用于汽车上。防抱死制动装置、电子燃油喷射装置、主动悬架、安全气囊装置、电控门窗装置等等这些电子控制单元在汽车上的应用也越来越多，但是常规的布线方式，已经不适于飞速发展的汽车。原始的布线方式为电线一端与开关连接，另一端与欧诺供电设备连接，这种连接方式大大增加了电线的数量，有的重量甚至达到了60公斤左右，从而使得电线的重量占汽车总比重的4%左右，虽然在一定程度上，电控系统确实确实增加了汽车的经济型、动力性、舒适性，但是他复杂的线路将提高维修的难度，也降低了汽车的可靠性。在此环境的影响下，越来越多人想要运用一种新兴的概念——CAN来解决此问题。

1 CAN定义

控制器局域网络（Controller Area Network）简称为CAN，他的开发者是德国Bosch公司及几个半导体生产商，此后，CAN总线协议，更是成为了国际标准（ISO11898）。目前，全世界有20多家CAN生产商，有110多种CAN总线协议控制器芯片和集成CAN总线协议控制器的微处理器芯片。我国CAN总线起步就想汽车起步不如北美和西欧一样较晚，但是，就目前的趋势看，CAN总线协议必是汽车计算机控制系统和嵌入式工业控制局域网的标准总线。CAN通信距离为10km/40Kbps，通信速率为1Mbps/40m，介质可以是双绞线、光导纤维、同轴电缆，作为一种串行多主站控制器局域网总线，他的通讯可靠性、网络安全性、实时性都非常高，成本也低廉，很适用一些中小规模的交通运载工具电气系统、工业过程监控设备的互连、电磁辐射强、环境温度恶劣、振动大的工业环境及汽车计算机控制系统。

2 CAN特点

CAN总线技术特点：

1）支持分布式控制，实时控制。

2）不分主从，CAN是主站总线，在任何时刻各节点都可向网络上的节点发送信息，通信灵活，可以多主方式工作。

3）实时性好，采用非破坏性的独特的总线仲裁技术，高优先级节点优先传送数据，有效避免总线冲突。

4）CAN采用全局广播、一点对多点、点对点传送数据功能。

5）短帧结构的采用降低了数据出错率，数据传输时间短，每帧有效字节数最多为8个，有CRC及其它校验措施，适合在高干扰环境下使用。

6）一旦出现严重错误，可自动脱离或关闭总线，而其他总线操作不会受影其响。

7）每次扩充石，直接挂新节点在总线上，改型灵活，系统扩充容易，走线少。

8）CAN总线的最大传输速率可达1Mb/s，直接通信距离最远可达到10km（速率在5kbps以下）。

9）CAN节点数在标准帧是可达110个，扩展帧个数不限。

10）数据传送方式可分为数据广播式和远程数据请求式。

供应商是根据使用单位的意见和安全工器具厂家的宣传来确定的，在安全工器具的采购过程中，经常会出现对生产厂家了解不彻底，对工器具的质量没有仔细的进行检查就购进的问题，使得安全工器具的质量得不到保证，在使用很容易出现质量问题；还有就是安全工器具在使用过程中使用不当，不按照安全工器具的要求进行使用，例如不系安全带、不戴安全帽等现象很容易出现伤亡事故。

自CAN总线问世以来，为满足CAN总线协议的多种应用需要，相继出现了几种高层协议。目前大多数基于CAN总线的网络都采用CAN总线的高层协议。CANopen、DeviceNet和SDS是通常采用的高层协议，适用于任何类型的工业控制局域网应照场合，而CAL则应用于基于标准应用层通讯协议的优化控制场合，SAEJl939则应用于卡车和重型汽车计算机控制系统。

3 CAN在汽车领域应用

3.1 CAN管理结构

图1中的发动机、自动变速器、安全气囊、ABS系统等都是现代汽车动作的核心部件，对时间响应要求严格，因而在本设计中采用传输速率为l000Kbps的高速CAN通信网络。空调控制、雨刷控制、照明控制和仪表管理控制等相对来说对实时性要求较低，采用传输速率小于125 Kbps的CAN通信网络，主控制器跨接高、低速两条总线，与各节点进行数据交换，兼起网关作用，实现网络互连。

图1 整车系统的CAN管理结构

3.2 硬件架构

核心芯片简介：本文中，CAN系统采用PHILIPS公司高性能8位微处理器P89C668。特点如下：

1）80C51 中央处理单元。

2）64K字节FLASH 和8K字节RAM。

3）自带 串行接口序列。

4）8 个中断源；4 个中断优先级。

5）IAP（应用编程）Flash 存储器、ISP（系统编程）、Boot ROM 可串口访问升级下载用户程序。

6）PWM输出，捕捉/比较，高速输出三种工作方式， 5路可编程计数器阵列PCA。

7）周期12 个时钟周期下速度高达33MHz，每个机器周期12 个时钟周期操作可选， 每个机器周期6 个时钟周期操作标准。

从处理能力，存储容量，外围资源以及网络可扩展性方面来评价，P89C668都是一款出色微处理器，适用工控电子等各个领域。尤其是其8K字节RAM"海量"内存，更是许多高速存储应用场合首选。

CAN接口电路：采用技术成熟应用广泛SJA1000，6N137，P82C250组成接口电路。但是，CAN总线两端务必跨接120欧终端电阻。

应用/系统编程电路： P89C668FLASH空间0XFC00～0XFFFF烧写入1K字节Boot Rom程序， PHILIPS提供编程软件由串行口通讯就可以实现程序线升级。串行数据通讯波特率可达38400bps。

晶振和复位电路：复位电路采用X25045芯片进行智能控制。本节点用到X25405前两个功能构成可靠复位电路。

开关/数字量，模拟量检测电路：汽车节点开关器件特别复杂和繁多，而电流检测，水温油位传感器信号都是非线性模拟信号，可靠实时对这些开关/模拟量进行检测成为汽车电子硬件必须解决问题。

图2 CAN软件结构

3.3 软件结构

系统程序结构分为四个部分：CAN通讯程序（包括应用层协议SJA1000通讯），外围接口程序（所有检测芯片和驱动芯片驱动），中断服务程序（处理开关信号以及故障报警等消息），主程序（完成系统初始化和任务调度，喂狗等）如图2所示。

4 结束语

CAN凭借着本身的高性能，越来越受到汽车电子领域的广泛应用，已成为最有主导市场，最有钱去的总线之一。CAN总线是计算机网络与工业控制的产物，对于汽车工业而言，它的实时性、灵活性、可靠性以及低成本都有着很大的吸引力及市场空间，CAN作为控制器联网的手段，已广泛应用于奔驰、雷诺、沃尔沃、大众、宝马等知名品牌汽车。据相关报道，奇瑞公司已经配装成功国内首辆CAN网络系统混合动力轿车，并已投入运行中。POLO汽车、上海大众的帕萨特也都开始引用此技术，相信CAN总线技术将会成为汽车领域发展的途径。

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