控制器局域網(wǎng)絡(luò)(CAN)的詳細(xì)介紹

CAN是控制器局域網(wǎng)絡(luò)的簡(jiǎn)稱，是由以研發(fā)和生產(chǎn)汽車電子產(chǎn)品著稱的德國(guó)BOSCH公司開發(fā)的，并最終成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，是國(guó)際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場(chǎng)總線之一。

什么是通訊

為了更好地理解CAN通訊概念，我們借助人與人之間的通訊形式來(lái)了解汽車的這種內(nèi)部通訊模式。當(dāng)然，首先我們得清楚什么是通訊：

“通訊是兩個(gè)或兩個(gè)以上參與者之間交換信息的有意識(shí)活動(dòng)，目的是通過(guò)符號(hào)和語(yǔ)義規(guī)范的共享系統(tǒng)來(lái)發(fā)送或接收信息。通訊的基本步驟包括通訊意圖的形成，信息的組成，信息的編碼，信號(hào)的發(fā)送，信號(hào)的接收，信息的解碼以及最終的信息解釋，這一系列步驟也稱之為協(xié)議?！?/p>

CAN通訊的引入

比較人與汽車之間的交流/通訊行為后發(fā)現(xiàn)：兩者概念基本相同。當(dāng)人們想在一個(gè)小組中交流時(shí)，通常有幾種交流的可能性。一種可能性是：如果一個(gè)人想與幾個(gè)人共享某些信息，則他可以以特定的方式發(fā)送該信息，并向每個(gè)感興趣的人重復(fù)相同的信息，始終遵循某種協(xié)議，即確保所發(fā)送信息的通信規(guī)則。我們可以將這個(gè)概念應(yīng)用于汽車。

過(guò)去，如果控制單元，傳感器或執(zhí)行器要發(fā)送某些信息，則必須通過(guò)特定的通信通道(電纜)將其發(fā)送給每個(gè)相關(guān)方。例如，如果發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元要與變速箱控制單元共享信息，則它必須對(duì)要發(fā)送的每個(gè)數(shù)據(jù)使用特定的介質(zhì)(電纜)。如果后者想向前者發(fā)送信息，情況也是如此，這樣就導(dǎo)致需要很多電纜。

這樣的通訊系統(tǒng)的缺點(diǎn)是大量的接線和連接，這意味著重量，復(fù)雜性，潛在的故障和額外的成本。此外，未明確連接以接收該信息的其他單元無(wú)法知道該信息。隨著控制單元數(shù)量的增加也會(huì)使其可靠性成為噩夢(mèng)。所以為了克服所有的這些問(wèn)題，引入了串行通信，這樣電纜連接的數(shù)量遠(yuǎn)少于共享信號(hào)所需的數(shù)量，所以所需的信息會(huì)在數(shù)據(jù)包中一個(gè)接一個(gè)地發(fā)送信息。

CAN通訊的概念

如果我們將串行通信比喻為人類交流，則可以說(shuō)一個(gè)人使用相同的交流通道將其信息發(fā)送給其他人，并且每個(gè)人都可以根據(jù)各自需要獲取信息。例如，一個(gè)人可能會(huì)向一群人大聲說(shuō)“明天會(huì)下雨”。這群人都將聽到并且也理解該信息，但并非所有人都對(duì)此信息感興趣，因此他們將丟棄它并等待下一條消息。

這樣我們就可以定義有關(guān)CAN總線的第一個(gè)理論概念，CAN通訊的數(shù)據(jù)傳輸方式類似于電話會(huì)議或視頻會(huì)議。一個(gè)人(控制單元)發(fā)送其數(shù)據(jù)，將其輸入網(wǎng)絡(luò)，而其他人“共同收聽”該數(shù)據(jù)。其中一部分人對(duì)此數(shù)據(jù)很有趣，因此他們使用它。另一部分人可能對(duì)該特定數(shù)據(jù)不感興趣并將其丟棄。

高低速CAN兩種總線架構(gòu)的基本概念

在汽車的CAN總線系統(tǒng)中，上述概念已應(yīng)用于大多數(shù)控制單元，能夠在某些特定系統(tǒng)之間創(chuàng)建“本地網(wǎng)絡(luò)”，從而建立不同級(jí)別的重要性和傳輸速度。

這樣的好處是，因?yàn)樗且环N可擴(kuò)展的通訊方法，所以能夠根據(jù)需要進(jìn)行較大且復(fù)雜的通訊。

那么這些“本地網(wǎng)絡(luò)”的實(shí)現(xiàn)則是通過(guò)ISO 的串行通訊協(xié)議ISO-11898 和 ISO-11519所規(guī)定的CAN總線架構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

①ISO-11898 定義了通信速率為 125 kbps ~1Mbps 的高速 CAN 通信標(biāo)準(zhǔn)，屬于閉環(huán)總線，傳輸速率可達(dá)1Mbps，總線長(zhǎng)度≤40米。

②ISO-11519 定義了通信速率為 10～125 kbps 的低速 CAN 通信標(biāo)準(zhǔn)，屬于開環(huán)總線，傳輸速率為40kbps時(shí)，總線長(zhǎng)度可達(dá)1000米。

這里CAN通訊速率(位速率)是指單位時(shí)間內(nèi)總線上傳輸?shù)男畔⒘?，即每秒能夠傳輸?shù)亩M(jìn)制位的數(shù)量，單位是bit per second，bps。

上述的高低速CAN總線架構(gòu)廣泛應(yīng)用于汽車，比如動(dòng)力網(wǎng)采用高速CAN總線架構(gòu)，舒適網(wǎng)采用低速CAN總線架構(gòu)。

CAN總線結(jié)構(gòu)

了解了高低速CAN兩種總線架構(gòu)的基本概念后，再了解CAN總線的具體結(jié)構(gòu)。我們可以看到上圖兩類CAN總線結(jié)構(gòu)都有CAN_H，CAN_L兩根線和多個(gè)節(jié)點(diǎn)。

其中CAN_H和CAN_L線是以雙絞形式纏繞，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有CAN收發(fā)器和CAN控制器，CAN收發(fā)器和CAN控制器可能集成在芯片，也可能是獨(dú)立于芯片。

審核編輯：湯梓紅