深度探索汽車計算機(jī)控制系統(tǒng)高速CAN和低速CAN的差異

(惠州經(jīng)濟(jì)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 廣東 惠州 516057)

CAN是控制器局域網(wǎng)絡(luò)(Controller Area Network,CAN)的簡稱，由以研發(fā)和生產(chǎn)汽車電子產(chǎn)品著稱的德國BOSCH公司在80年代末開發(fā)，并最終成為國際標(biāo)準(zhǔn)(ISO 11898)，是國際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場總線之一。在北美和西歐，CAN總線協(xié)議已經(jīng)成為汽車計算機(jī)控制系統(tǒng)和嵌入式工業(yè)控制局域網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)總線，并且擁有以CAN為底層協(xié)議專為大型貨車和重工機(jī)械車輛設(shè)計的J1939協(xié)議。下圖一、CAN網(wǎng)絡(luò)接口電路

圖一 CAN網(wǎng)絡(luò)接口電路

高速CAN和低速CAN的在位傳輸時序、位仲裁、錯誤、校驗(yàn)、幀結(jié)構(gòu)等方面(即數(shù)據(jù)鏈路層)并沒有區(qū)別的。數(shù)據(jù)鏈路層之上的傳送層、網(wǎng)絡(luò)層、會話層、應(yīng)用層等的協(xié)議，為開發(fā)者自己定義，不會純在重大差別，主要差別為如下幾方面：

1.終端節(jié)點(diǎn)的不同，高速CAN總線網(wǎng)絡(luò)上有兩個終端節(jié)點(diǎn)，在每個終端節(jié)點(diǎn)端需要接入120Ω的終端電阻。而在低速CAN總線網(wǎng)絡(luò)上每種設(shè)備都有它自己的終端節(jié)點(diǎn)，由于終端節(jié)點(diǎn)的類型不同，因此高速CAN總線和低速CAN總線設(shè)備不能在同一個網(wǎng)絡(luò)中使用。

2.電平轉(zhuǎn)換效率的不同，高速CAN同樣可以使用低速CAN的波特率，而且在實(shí)際應(yīng)用中也不會有問題。但低速CAN使用高速CAN的波特率就會出現(xiàn)問題，這個問題不是純粹由波特率引起的，而是由收發(fā)器引起的，因?yàn)樵陔娖睫D(zhuǎn)換效率方面，低速CAN的收發(fā)器明顯比高速CAN的收發(fā)器低。

3.電平邏輯的不同，高速CAN和低速CAN的一個重要區(qū)別為數(shù)據(jù)傳輸電平邏輯的差異，隱性電平高速CAN_H和CAN_L均為2.5V，低速CAN_H和CAN_L分別為0V和5V，顯性電平高速CAN_H和CAN_L分別為3.5V和1.5V，低速CAN_H和CAN_L分別為3.6V和1.4V，睡眠電平高速CAN_H和CAN_L均為0V，低速CAN_H和CAN_L分別為0V和12V，CAN總線的電平物理特性差異將會直接反映在CAN收發(fā)器上,但無論是高速CAN還是低速CAN總線，經(jīng)過收發(fā)器后與微控制器的接口(TXD和RXD引腳)后的電平邏輯將會變得一致。當(dāng)前市場上很多MCU內(nèi)部已經(jīng)集成了CAN總線模塊，另還有有各種總線收發(fā)器可以方便電平的轉(zhuǎn)換，目前CAN總線的應(yīng)用更多的變成了上層協(xié)議的工作。具體高低速CAN電平邏輯圖詳見下圖二和下圖三。

圖二 高速CAN的電平邏輯 圖三 低速CAN的電平邏輯

4.故障現(xiàn)象表現(xiàn)不同，CAN總線常見故障經(jīng)常會表現(xiàn)為線路斷路或短路，根據(jù)高速CAN總線傳輸特性，當(dāng)高速CAN總線兩條線出現(xiàn)短路時，會導(dǎo)致兩條線路上信號互相抵消，數(shù)據(jù)傳輸失敗，高速CAN總線其中一條線路出現(xiàn)斷路時會導(dǎo)致另一條高速條線路上由于阻抗不匹配發(fā)生信號反射，會造成信號失真，當(dāng)其中一條線路和地或者電源短路時，另一條線路的電壓變化并導(dǎo)致數(shù)據(jù)無法傳送。當(dāng)如上問題在低速CAN模式都不存在問題，根據(jù)低速CAN傳輸特性，其中一條線異常時，另一條線會自動進(jìn)入單線傳送模式，數(shù)據(jù)正常運(yùn)行。

5.使用場合不同，高速CAN總線的使用主要應(yīng)用在汽車發(fā)動機(jī)，變速箱等對數(shù)據(jù)實(shí)時性和數(shù)據(jù)傳輸速度要求較高的場合，而低速CAN總線的使用主要應(yīng)用在對車身控制系統(tǒng)等對可靠性要求高的場合。

結(jié)束語

CAN總線經(jīng)過30多年的發(fā)展，已經(jīng)成為汽車計上最重要的數(shù)據(jù)傳送總線，低速CAN總線和高速CAN總線，各有其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，傳輸速率的高低并不是區(qū)別的關(guān)鍵區(qū)分因素，深入了解高速和低速CAN總線的硬件電路連接和數(shù)據(jù)傳輸原理才能更準(zhǔn)確的理解這兩種總線的精髓，作為CAN總線協(xié)議開發(fā)和維護(hù)相關(guān)人員更加需要提高對高速CAN和低速CAN差異的深度認(rèn)識，以防止走進(jìn)CAN總線知識的誤區(qū)。