CAN通信网在汽车中的应用研究

控制局域网CAN(ControllerAreaNetwork)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应用开发的一种通信协议。在国外，尤其是欧洲，CAN网络已被广泛地应用在汽车上，如BENZ、BMW、PORSCHE、ROLLSROYCE、JAGUAR等车。

现代汽车典型的控制单元有电控燃油喷射系统、电控传动系统、防抱死制动系统(ABS)、防滑控制系统(ASR)、废气再循环控制、巡航系统和空调系统。

在一个完善的汽车电子控制系统中，许多动态信息必须与车速同步。为了满足各子系统的实时性要求，有必要对汽车公共数据实行共享，如发动机转速、车轮转速、油门踏板位置等。但每个控制单元对实时性的要求是因数据的更新速率和控制周期不同而不同的。例如，一个8缸柴油机运行在2400r/min，则电控单元控制两次喷射的时间间隔为6.25ms。其中，喷射持续时间为30°的曲轴转角(2ms)，在剩余的4ms内需完成转速测量、油量测量、A/D转换、工况计算、执行器的控制等一系列过程。这就意味着数据发送与接收必须在1ms内完成，才能达到柴油机电控的实时性要求。这就要求其数据交换网是基于优先权竞争的模式，且本身具有极高的通信速率，CAN现场总线正是为满足这些要求而设计的。不同参数应具有不同的通信优先权。

典型参数允许响应时间

发动机喷油量10ms

发动机转速300ms

车轮转速1s~100s

进气温度20s

冷却液温度1min

燃油温度≈10min

3CAN总线的特点及通信协议

3.1CAN总线的特点

CAN作为一种多主总线，支持分布式实时控制的通信网络。其通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光纤。在汽车发动机控制部件、传感器、抗滑系统等应用中，总线的位速率最大可达1Mbit/s。CAN光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送功能。

d.数据传送方式可分数据广播式和远程数据请求式。

3.2CAN总线帧格式

CAN和OSI七层参考模式，按照IEEE802.2和IEEE802.3标准，其通信接口集成了CAN协议的物理层和数据链路层功能，可完成对通信数据的成帧处理，包括位填充、数据块编码、循环冗余检验及优先级别等项工作。在系统中，数据按照携带的信息类型可分为四种帧格式：

a.数据帧。

用于节点间传递数据，是网络信息的主体。一个数据帧由7个不同位场构成：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。
数据帧格式

b.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。

c.出错帧。出错帧是检测总线出错的一个信号标志，由两个不同场构成。第一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，保证数据通信的可靠性。

d.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。

3.3CAN数据链路控制

系统中，CAN总线以报文为单位进行数据传输，节点对总线的访问采取位仲裁方式。报文起始发送节点标识符分为功能标识符(如转速信号)和地址标识符(如控制单元节点地址)。CAN协议的最大特点是打破了传统的节点地址编码方式，而扩展了对通信数据块进行编码方式。采用数据块的标识符可用11位或29位二进制表示，即可定义211或229个不同的数据类型。即使对未来更复杂的汽车控制网络其容量也足够了。标识符的值越小，帧数据的优先级越高。通过数据链路控制，每个接收器完成帧接收滤波确定此帧数据是否有效，实际汽车应用中一般采用不冗余的通信线路，而CAN协议提供强大的出错诊断机制，在保证数据通信的可靠性方面起了重要作用。