汽車CAN總線技術

汽車CAN總線技術
    本文圍繞“汽車為什么選擇了CAN總線技術？汽車CAN總線技術到底是怎么一回事？采用汽車CAN總線技術有哪些優(yōu)點？汽車總線的發(fā)展趨勢”等問題作了一個淺短的介紹：
    1. 汽車為什么選擇了CAN總線技術？
    現(xiàn)在總線技術有很多種。從成本上講，RS-232/485的成本都比CAN低；速度上講，工業(yè)以太網等也都不錯。為什么唯獨CAN在汽車電子中得到親睞？
    從成本上來說，CAN比UART、RS-232/485高，但比以太網低；從實時性來說：CAN的實時性比UART和以太網高，為了保證安全，車用通信協(xié)議都是按周期性主動發(fā)送，不論是CAN還是LIN，對實時性要求高的消息其發(fā)送周期都小于10ms（每輛車都有好幾條這樣的消息），發(fā)動機、ABS和變速器都有幾條這樣的消息；從可靠性來說，CAN有一系列事故安全措施，這是UART和以太網都不具備的，多點冗余也是UART（點對點傳輸）和工業(yè)以太網（數據傳輸距離短）難于實現(xiàn)的，所以CAN出現(xiàn)后，由于價格的原因，最初應用得最多的地方并不是汽車，而是對成本不敏感的工業(yè)控制和醫(yī)療設備，如：工業(yè)上的DEVICENET、SDS、CANOPEN，醫(yī)療上MRI等。至于工業(yè)以太網的產生，其背景與個人PC的普及是分不開的，現(xiàn)在工業(yè)控制中的PCBASED就是一個例子，但汽車控制是不能用一臺ＰＣ的，要達到汽車控制的要求，成本上也不容許。而LIN的傳輸過程只有20Kbps,顯然不能作為獨立的汽車總線控制要求，一般它只配合CAN在汽車上做輔助之用。
    其次總線是一個系統(tǒng)，總線上的速度僅僅是系統(tǒng)中的一個因素，ElexRay雖然只有２０ＭＢＰＳ但它在一個１６ＢＩＴ的ＭＣＵ上都能跑起來，１００ＭＨＺ以太網雖快，但一個３２ＢＩＴ的ＭＣＵ很難達到２０ＭＢＰＳ．況且還要涉及到系統(tǒng)的安全性，類似冗余，ＢＵＳ安全等。所以綜合考慮，汽車選擇了CAN總線技術。
    2. 汽車CAN總線技術到底是怎么一回事？
    Can-Bus總線技術是“控制器局域網總線技術（Controller Area Network-BUS）”的簡稱，它具有極強的抗干擾和糾錯能力，最早被用于飛機、坦克等武器電子系統(tǒng)的通訊聯(lián)絡上。
    通過遍布車身的傳感器，汽車的各種行駛數據會被發(fā)送到“總線”上，這些數據不會指定唯一的接收者，凡是需要這些數據的接收端都可以從“總線”上讀取需要的信息。Can總線的傳輸數據非常快，可以達到每秒傳輸32bytes有效數據，這樣可以有效保證數據的實效性和準確性。傳統(tǒng)的轎車在機艙和車身內需要埋設大量線束以傳遞傳感器采集的信號，而Can-Bus總線技術的應用可以大量減少車體內線束的數量，線束的減少則降低了故障發(fā)生的可能性。
　　Can-Bus技術在汽車的應用，可以減少了汽車車體內線束和控制器的接口數量，避免了過多線束存在的互相干涉、磨損等隱患，降低了汽車電氣系統(tǒng)的故障發(fā)生率。各種傳感器的信息可以實現(xiàn)共享。另外，在Can-Bus技術的幫助下，汽車的防盜性、安全性都得到了較大幅度提升。例如：在啟動車輛時，確認鑰匙合法性的信息會通過Can-Bus總線進行傳遞，其校驗的信息比以往的防盜系統(tǒng)更為豐富。車鑰匙、發(fā)動機控制器和防盜控制器互相存儲對方信息，校驗碼中還摻雜了隨即碼，從而大幅提高防盜能力。校驗信息通過Can-Bus傳遞大幅提高了信息傳遞的可靠性，使防盜系統(tǒng)的工作穩(wěn)定可靠。就目前而言，Can-Bus總線技術一般使用在科技含量較高的中、高檔轎車上。
    3. 采用汽車CAN總線技術有哪些優(yōu)點？
    現(xiàn)代汽車中所使用的電子控制系統(tǒng)和通訊系統(tǒng)越來越多，如發(fā)動機電控系統(tǒng)、 自動變速器控制系統(tǒng)、防抱死制動系統(tǒng)（ABS）、自動巡航系統(tǒng)（ACC）和車載多媒體系統(tǒng)等；這些系統(tǒng)之間、系統(tǒng)和汽車的顯示儀表之間、系統(tǒng)和汽車故障診斷系統(tǒng)之間均需要進行數據交換，如此巨大的數據交換量，如仍然采用傳統(tǒng)數據交換的方法，即用導線進行點對點的連接的傳輸方式將是難以想象的，據粗略估計，如采用普通線索，一個中級轎車就需要線索插頭300個左右，插針總數將達到2000個左右，線索總長超過1. 6Km，不但裝配復雜而且故障率會很高。因此，用串行數據傳輸系統(tǒng)取而代之就成為必然的選擇。
    數據在串聯(lián)總線上可以一個接一個的傳送，所有參加CAN總線的分系統(tǒng)都可以通過其控制單元上的CAN總線接口進行數據的發(fā)送和接收，CAN總線是一個多路傳輸系統(tǒng)，當某一單元出現(xiàn)故障時不會影響其他單元的工作，CAN總線對不同數據的傳輸速率不一樣，對發(fā)動機電控系統(tǒng)和ABS等實時控制用數據實施高速傳輸，對車身調節(jié)系統(tǒng)（如空調）的數據實施低速傳輸，其他如多媒體系統(tǒng)和診斷系統(tǒng)則為中速傳輸，速率在兩者之間，這樣的區(qū)分提高了總線的傳輸效率。
    數據總線如何能實現(xiàn)多路傳輸的呢？原來數據總線有三部分組成：1）數據傳輸線，2）地址傳輸線，3）發(fā)送單元和接收單元之間的傳送控制線。數據按CPU的指令以一定的模式傳輸到指定的地址，而傳輸模式則由軟件控制的。這樣，汽車總線與計算機中的“BUS”就很類似了，不難理解。
    4. 汽車CAN總線的發(fā)展趨勢
    傳統(tǒng)的CAN是基于事件觸發(fā)的，信息傳輸時間的不確定性和優(yōu)先級反轉是它固有的缺點。為了滿足汽車控制對實時性和傳輸消息密度不斷增長的需要，改善CAN總線的實時性能非常必要。于是，傳統(tǒng)CAN與時間觸發(fā)機制相結合產生了TTCAN(Time-Triggered     CAN)。
    TTCAN總線和傳統(tǒng)CAN總線系統(tǒng)的區(qū)別是：總線上不同的信息定義了不同的時間槽(Timer Slot)。在同一時間槽內，總線上只能有一條信息傳輸，這樣避免了總線仲裁，也保證了信息的實時性。TTCAN系統(tǒng)需要全局時間同步，但采用傳統(tǒng)CAN控制器很難實現(xiàn)TTCAN，因此新推出的CAN控制器如Microchip的MCP2515就增加了與TTCAN相關的硬件資源，它們在軟件配合下就能實現(xiàn)TTCAN。