淺談車載高速CAN總線開發設計

王靜，安志峰，王翠，趙公旗

（長城汽車股份有限公司河北省汽車工程技術研究中心，河北保定 071000）

淺談車載高速CAN總線開發設計

王靜，安志峰，王翠，趙公旗

（長城汽車股份有限公司河北省汽車工程技術研究中心，河北保定 071000）

CAN總線以其傳輸速率高、性能好、減少車身線束使用量，廣泛應用于汽車電子控制系統。本文著重介紹車載高速CAN總線開發設計的物理層要求、交互層要求及直接管理層要求的基礎理念，具有一定的參考價值和指導意義。

高速CAN總線；物理層；交互層；直接網絡管理

1 CAN通信協議簡介

CAN是一種串行總線式通信協議，當傳輸速率設置為1Mb／s時，最大理論傳輸距離40m，每幀報文可傳輸0～8 byte的數據，是目前整車最常用的局域網之一。常用的High speed CAN波特率為500 kb／s，按此速率下的網絡通信環境，最大承載能力受限于：當一條網段上所載節點發送報文量超過一定程度時，容易造成網絡擁堵、信號傳輸延遲，甚至導致低優先級的報文傳輸丟失。

2 高速CAN總線開發物理層需求

如圖1所示，物理層包含3部分。物理信令子層實現位編碼／解碼、定時和同步的功能；物理媒介附件包括在總線上實現發送報文功能和接收報文功能的電路；收發器應符合ISO 11898－2:2003的規定；媒介相關接口涉及物理媒介和媒介訪問單元之間的機械和電氣接口。

3 高速CAN總線開發交互層需求

交互層規定了連接到CAN網絡的不同ECU的應用功能，使用獨立的小信息項（即：單個信號或信號組）進行通信時所使用的協議。一個信號組包含一組簡單信號，這些信號同步寫入交互層和從交互層讀出，并且通過CAN總線同步發送和接收。

從通信的角度看，一個信號或信號組只是1～64的若干位，它可以在給定的幀時間內，從發送ECU的交互層傳輸到所有接收ECU的交互層。

從應用功能的角度看，信號或信號組還有其他的特性，使應用功能可以正確譯出發送的信息。如圖2所示，ECU A的應用功能生成信號S1、S2、S3，并將這些信號發送給交互層。交互層將信號或信號組放置在CAN幀內指定位置上，分配一個CAN ID，并按照特定CAN幀的發送模式，將此CAN幀作為一個UUDT報文發送出去。信號位置、長度、CAN ID和使用的發送模式，在各項目的C－Matrix中進行定義。

從接收的角度看，交互層監控將要接收的各CAN幀是否按照定義的發送模式進行接收，提取所需信號，并將它提供給接收的應用功能。

注：如無明確說明，以上所說的“信號”指的是簡單的信號或包含在信號組中的信號。

圖2 交互層信號通信

4 高速CAN總線開發直接網絡管理需求

4.1 網絡管理狀態

根據OSEK規范，網絡管理主要包含以下狀態：①初始化CAN→NM Init；②啟動階段→NM Reset；③工作狀態→NM Normal；④準備睡眠→NM Sleep Indication；⑤睡眠等待→NM Wait BusSleep；⑥總線睡眠→NM Bus Sleep；⑦錯誤狀態→NM Limp Home。

直接網絡管理不同狀態之間存在如圖3所示的轉換關系。

圖3 直接網絡管理狀態

4.2 bus off處理

bus off機制如圖4所示。當ECU進入bus off模式，應首先執行快恢復策略。

快恢復模式：①進入bus off后，CAN芯片立即重新初始化；②在TBusOffSlow時間內停止發送報文（可以接收報文，128x11個隱性位后允許發送ACK）；③重新發送CAN報文。

圖4 CAN bus off行為

bus off時間參數：TBusOffQuick，100±10 ms；TBusOffSlow，1000±100ms。恢復行為見圖5。

圖5 CAN bus off恢復行為

4.3 丟失ACK應答的行為

當檢測到丟失ACK應答錯誤的時候，發送錯誤計數器應該累加。

如果發送節點在“error passive”狀態檢測到沒有ACK應答，錯誤計數器應累加。如果在系統啟動階段只有一個ECU在線，且該節點發送了報文，該節點進入“error passive”而不是“bus off”。

當檢測到無ACK應答時，在TTimeout超時之前，ECU應繼續發送報文，之后控制器應該重新初始化并在TRecovery時間內停止發送報文。TTimeout稱之為發送過程，TRecovery稱之為等待過程。在沒有ACK應答期間，ECU在發送過程和等待過程間不斷輪換，超時時間參數為150±10 ms；恢復時間參數為150±10 ms。行為見圖6。

圖6 無ACK應答行為

CAN驅動重新初始化后，應該立即進入接收報文狀態并能夠給出ACK應答。

在無ACK應答期間，以下行為需要遵循：①在等待階段ECU能夠接收報文；②ECU不能進入bus off狀態；③在無ACK應答期間，超時檢測不能受到影響；④只有在CAN相關診斷開啟時，無ACK應答行為才能執行。

4.4 節點監控

所有ECU應該監測網絡中相關ECU是否在線。

節點超時需要監控網絡管理報文。如果在3個連續的邏輯環未檢測到相關ECU且相關ECU未發送limphome報文，應該記錄節點丟失DTC（一個ECU對應一個DTC）。所有參加網絡管理（邏輯環）的節點都需要被監控。

5 結論

本文淺述了高速CAN總線的開發設計要求，包括物理層要求、交互層要求、直接網絡管理要求。基于某項目，依據以上所述要求，能夠統一整車高速CAN總線電子配件的網絡開發設計，使得整車高速CAN總線上的電子配件更好地聯接匹配，減少電子配件之間的互斥，促進整車通信及功能的實現。

（編輯 楊景）

圖11 排放標定優化前秒采數據

5 結論

本文結合排放控制原理，從臺架標定和整車標定兩個方面進行分析，通過使用文中所述方法，在標定開發過程中有效地降低了污染物水平。隨著排放法規的不斷加嚴，對于傳統動力總成來說，未來整車及發動機為解決排放所采用的策略越來越多，標定工作也越來越難。解決排放和油耗問題將成為未來幾年各大主機廠的主旋律。為了節約開發周期和開發成本，標定方法需要不斷地總結、探索和提高。

圖12 排放標定優化后秒采數據

［1］GB 18352.5—2013，輕型汽車污染物排放限值及測量方法［S］.

（編輯 陳程）

The Discussion of Automotive High-speed CAN Bus Design

WANG Jing，AN Zhi-feng，WANG Cui，ZHAO Gong-qi
（Great Wall Motor Co.，Ltd.；Hebei Automobile Technology Research Center，Baoding 071000，China）

CAN bus is widely used in automotive electronic control system because of its high transmission rate，goodperformanceandlowerwireusage.Inthisarticle，thephysicallayerrequirements，interactionlayer requirementsanddirectnetworkmanagementrequirementsindesignofautomotivehigh-speedCANbusare introduced，which providesValuable and instructional reference for readers.

high-speed CAN bus；physical layer；interaction layer；direct network management

U463.6

A

1003－8639（2016）11－0054－03

2016－02－24

王靜（1989－），女，電子電氣架構工程師，從事汽車電子電氣架構設計工作。