CAN總線在汽車領域的應用

潘紹明，蔡啟明，韓峻峰

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

（廣西工學院 電子信息與控制工程系，柳州 545006）

0 引言

自上世紀80年代以后，汽車領域得到了飛速的發展，而單片機與集成電路都廣泛應用于汽車上。防抱死制動裝置、電子燃油噴射裝置、主動懸架、安全氣囊裝置、電控門窗裝置等等這些電子控制單元在汽車上的應用也越來越多，但是常規的布線方式，已經不適于飛速發展的汽車。原始的布線方式為電線一端與開關連接，另一端與歐諾供電設備連接，這種連接方式大大增加了電線的數量，有的重量甚至達到了60公斤左右，從而使得電線的重量占汽車總比重的4%左右，雖然在一定程度上，電控系統確實確實增加了汽車的經濟型、動力性、舒適性，但是他復雜的線路將提高維修的難度，也降低了汽車的可靠性。在此環境的影響下，越來越多人想要運用一種新興的概念——CAN來解決此問題。

1 CAN定義

控制器局域網絡（Controller Area Network）簡稱為CAN，他的開發者是德國Bosch公司及幾個半導體生產商，此后，CAN總線協議，更是成為了國際標準（ISO11898）。目前，全世界有20多家CAN生產商，有110多種CAN總線協議控制器芯片和集成CAN總線協議控制器的微處理器芯片。我國CAN總線起步就想汽車起步不如北美和西歐一樣較晚，但是，就目前的趨勢看，CAN總線協議必是汽車計算機控制系統和嵌入式工業控制局域網的標準總線。CAN通信距離為10km/40Kbps，通信速率為1Mbps/40m，介質可以是雙絞線、光導纖維、同軸電纜，作為一種串行多主站控制器局域網總線，他的通訊可靠性、網絡安全性、實時性都非常高，成本也低廉，很適用一些中小規模的交通運載工具電氣系統、工業過程監控設備的互連、電磁輻射強、環境溫度惡劣、振動大的工業環境及汽車計算機控制系統。

2 CAN特點

CAN總線技術特點：

1）支持分布式控制，實時控制。

2）不分主從，CAN是主站總線，在任何時刻各節點都可向網絡上的節點發送信息，通信靈活，可以多主方式工作。

3）實時性好，采用非破壞性的獨特的總線仲裁技術，高優先級節點優先傳送數據，有效避免總線沖突。

4）CAN采用全局廣播、一點對多點、點對點傳送數據功能。

5）短幀結構的采用降低了數據出錯率，數據傳輸時間短，每幀有效字節數最多為8個，有CRC及其它校驗措施，適合在高干擾環境下使用。

6）一旦出現嚴重錯誤，可自動脫離或關閉總線，而其他總線操作不會受影其響。

7）每次擴充石，直接掛新節點在總線上，改型靈活，系統擴充容易，走線少。

8）CAN總線的最大傳輸速率可達1Mb/s，直接通信距離最遠可達到10km（速率在5kbps以下）。

9）CAN節點數在標準幀是可達110個，擴展幀個數不限。

10）數據傳送方式可分為數據廣播式和遠程數據請求式。

供應商是根據使用單位的意見和安全工器具廠家的宣傳來確定的，在安全工器具的采購過程中，經常會出現對生產廠家了解不徹底，對工器具的質量沒有仔細的進行檢查就購進的問題，使得安全工器具的質量得不到保證，在使用很容易出現質量問題；還有就是安全工器具在使用過程中使用不當，不按照安全工器具的要求進行使用，例如不系安全帶、不戴安全帽等現象很容易出現傷亡事故。

自CAN總線問世以來，為滿足CAN總線協議的多種應用需要，相繼出現了幾種高層協議。目前大多數基于CAN總線的網絡都采用CAN總線的高層協議。CANopen、DeviceNet和SDS是通常采用的高層協議，適用于任何類型的工業控制局域網應照場合，而CAL則應用于基于標準應用層通訊協議的優化控制場合，SAEJl939則應用于卡車和重型汽車計算機控制系統。

3 CAN在汽車領域應用

3.1 CAN管理結構

圖1中的發動機、自動變速器、安全氣囊、ABS系統等都是現代汽車動作的核心部件，對時間響應要求嚴格，因而在本設計中采用傳輸速率為l000Kbps的高速CAN通信網絡。空調控制、雨刷控制、照明控制和儀表管理控制等相對來說對實時性要求較低，采用傳輸速率小于125 Kbps的CAN通信網絡，主控制器跨接高、低速兩條總線，與各節點進行數據交換，兼起網關作用，實現網絡互連。

圖1 整車系統的CAN管理結構

3.2 硬件架構

核心芯片簡介：本文中，CAN系統采用PHILIPS公司高性能8位微處理器P89C668。特點如下：

1）80C51 中央處理單元。

2）64K字節FLASH 和8K字節RAM。

3）自帶 串行接口序列。

4）8 個中斷源；4 個中斷優先級。

5）IAP（應用編程）Flash 存儲器、ISP（系統編程）、Boot ROM 可串口訪問升級下載用戶程序。

6）PWM輸出，捕捉/比較，高速輸出三種工作方式， 5路可編程計數器陣列PCA。

7）周期12 個時鐘周期下速度高達33MHz，每個機器周期12 個時鐘周期操作可選， 每個機器周期6 個時鐘周期操作標準。

從處理能力，存儲容量，外圍資源以及網絡可擴展性方面來評價，P89C668都是一款出色微處理器，適用工控電子等各個領域。尤其是其8K字節RAM"海量"內存，更是許多高速存儲應用場合首選。

CAN接口電路：采用技術成熟應用廣泛SJA1000，6N137，P82C250組成接口電路。但是，CAN總線兩端務必跨接120歐終端電阻。

應用/系統編程電路： P89C668FLASH空間0XFC00～0XFFFF燒寫入1K字節Boot Rom程序， PHILIPS提供編程軟件由串行口通訊就可以實現程序線升級。串行數據通訊波特率可達38400bps。

晶振和復位電路：復位電路采用X25045芯片進行智能控制。本節點用到X25405前兩個功能構成可靠復位電路。

開關/數字量，模擬量檢測電路：汽車節點開關器件特別復雜和繁多，而電流檢測，水溫油位傳感器信號都是非線性模擬信號，可靠實時對這些開關/模擬量進行檢測成為汽車電子硬件必須解決問題。

圖2 CAN軟件結構

3.3 軟件結構

系統程序結構分為四個部分：CAN通訊程序（包括應用層協議SJA1000通訊），外圍接口程序（所有檢測芯片和驅動芯片驅動），中斷服務程序（處理開關信號以及故障報警等消息），主程序（完成系統初始化和任務調度，喂狗等）如圖2所示。

4 結束語

CAN憑借著本身的高性能，越來越受到汽車電子領域的廣泛應用，已成為最有主導市場，最有錢去的總線之一。CAN總線是計算機網絡與工業控制的產物，對于汽車工業而言，它的實時性、靈活性、可靠性以及低成本都有著很大的吸引力及市場空間，CAN作為控制器聯網的手段，已廣泛應用于奔馳、雷諾、沃爾沃、大眾、寶馬等知名品牌汽車。據相關報道，奇瑞公司已經配裝成功國內首輛CAN網絡系統混合動力轎車，并已投入運行中。POLO汽車、上海大眾的帕薩特也都開始引用此技術，相信CAN總線技術將會成為汽車領域發展的途徑。

[1]饒運濤,鄒繼軍.現場總線CAN原理與應用[M].北京：北京航空航天大學出版社,2003.

[2]CAN in automotion.The CAN physical layer www.can-cia.org

[3]Philips Semicondutors.SJA1000 Stand alone CAN controller 2000.1.

[4]周震.基于CAN總線的車身控制模塊.南京航空航天大學,2005,07

[5]王箴.CAN總線在汽車中應用[N].中國汽車報,2004.9.20(28).

[6]巨永鋒.汽車電子技術的發展趨勢.現代電子技術,2003,9.

[7]馬忠梅,劉濱,戚軍,馬巖.單片機 C語言 Windows環境編程寶典[M]北京：北京航空航天大學出版社,2003.

[8]饒運濤,鄒繼軍,鄭勇蕓.現場總線CAN原理與應用技術[M].北京：北京航空航天大學出版社,2003

[9]80C518-bit Flash microcontroller family P89C66X,Philips Semiconductors APLICATION NOTE,2001.

[10]SJA1000 Stand-alone CAN controller,Philips Semiconductors APLICATION NOTE,1997,12.

[11]史久根,張培仁,陳真勇.CAN現場總線系統設計技術[M].北京：國防工業出版社,2004.

[12]楊國田,白焰.摩托羅拉68HC12系列微控制器原理、應用與開發技術[M].北京：中國電力出版社,2003.

[13]李剛炎,宋葉瓊,金海松.CAN及其在轎車中央控制系統中的應用[J].武漢汽車工業大學學報,2000,2.

[14]ELLIOTr G A,HO T M,TOMS A.A Class of simple C'algebras with stable rank one[EB/OL].(2007-03-13).

[15]TOMS A.Dimention growth for C'Algebras[J].Advances in mathematics,2007,213(2)：820-848.

[16]李正軍.現場總線及其應用技術[M].北京：機械工業出版社,2005.

[17]儲忠,溫陽東.基于S3C2410 控制的CAN總線接口設計[J].合肥學院學報,2007,17(2)：59-62.

[18]李文言,姜竹勝,孫啟啟.利用P8xC591進行汽車CAN 總線系統——智能節點的設計[J].設計研究,2007,(2)：20-22.