CAN總線技術優(yōu)點

（1）數據共享，節(jié)省成本

對于具有CAN總線接口的電噴發(fā)動機，其它電器可共享其提供的轉速、水溫、機油壓力、機油溫度、油量瞬時流速等等，一方面可省去額外的水溫、油壓、油溫傳感器，另一方面可以將這些數據顯示在儀表上，便于司機檢查發(fā)動機運行工況，從而便于發(fā)動機的保養(yǎng)維護。再比如，電渦流緩速器、空氣懸架、門控制及巡航定速控制都用到車速數據，結果這些電器都有一套車速處理電路，浪費了資源。而采用總線技術后，都可以從總線上即可獲得車速數據。

（2）車身布線減少，節(jié)省成本

由于采用總線技術，模塊之間的信號傳遞僅需要兩條信號線。布線局部化，車上除掉總線外，其他所有橫貫車身的線都不再需要了，節(jié)省了布線成本。另外，數據共享也節(jié)省了線路，還拿車速信號打比方，在沒有總線的情況，車速信號要接到電渦流緩速器、空氣懸架、門控制及電噴發(fā)動機。有了總線后只要接到一處，其他電器可以通過總線共享數據。

（3）硬件方案的軟件化實現(xiàn)，減小硬件和設計生產成本發(fā)動機點火控制，點火時必須滿足下列條件：1、空檔；2、鑰匙處于ON檔另外還需點火保護裝置，以往是靠一系列繼電器來實現(xiàn)這些功能，既不可靠又增大成本，而用軟件實現(xiàn)，既可靠又無資金投入。軟件具有錯誤診斷能力和自動恢復能力，節(jié)省了生產維護成本。對于總線內部錯誤，總線系統(tǒng)可以通過自身軟件進行自動恢復。而非總線車輛，一旦出現(xiàn)故障，第一，更依賴于人工。第二，往往需要對復雜線束逐根測量。第三，需要對相關電器依次測定。整個過程非常費工時，而且準確率不高。

（4）擴充性強，產品升級快，節(jié)省新產品開發(fā)設計成本CAN節(jié)點幾乎可以在不改動原有線束的情況下增加新的組件。數據穩(wěn)定可靠，CAN總線具有線間干擾小、抗干擾能力強的特點。由于VITI-CAN系統(tǒng)采用的是模塊化管理，各模塊按其功能分散的擺放在車內，簡化了布線并縮短了線束的長度，從而降低了耦合電流的產生，減小了線間干擾。同時在軟件上，CAN總線采用短幀傳輸，這樣使總線數據報文在傳輸過程中有較強的抗干擾能力。CAN總線專為汽車量身訂做，可靠性有保障。CAN總線的設計充分考慮了汽車上惡劣工作環(huán)境，比如點火線圈點火時產生的強大的反沖電壓，電渦流緩速器切斷時產生的浪涌電流及汽車發(fā)動機艙內100℃左右的高溫。CAN總線國內外發(fā)展與應用狀況

CAN總線在組網和通信功能上的優(yōu)點以及它的高性能價格比決定了它在許多領域都有廣闊的應用前景和發(fā)展?jié)摿?。大型儀器設備系統(tǒng)復雜，對多種信息進行采集、處理、控制、輸出等操作。如醫(yī)療器械CT斷層掃描儀，為保證其可靠工作，在數據通信上要求功能塊間可隨意進行數據交換、通信能以廣播方式進行、簡單經濟的硬件接口、通信線盡量少、抗干擾能力強、可靠性高并能自動進行故障識別和自動恢復。但是，這些要求長時間未能得到很好的解決，直至CAN總線技術出現(xiàn)才提供了一個較好的解決方法。測控系統(tǒng)中離不開傳感器，由于各類傳感器的工作原理不同，其最終輸出的電量形式也各不相同，為了便于系統(tǒng)連接，通常要考慮將傳感器的輸出變換成標準電壓或電流信號。即便是這樣，在與計算機相連時，必

須增加A/D環(huán)節(jié)。如果傳感器能以數字形式輸出，就可以方便地與計算機直接相連，從而簡化系統(tǒng)結構，提高精度。這種傳感器與計算機相連的總線可稱為傳感器總線。實際上傳感器總線仍屬于現(xiàn)場總線，關鍵的問題在于如何將總線接口與傳感器一體化。在廣泛的工業(yè)控制領域，CAN總線可作為現(xiàn)場設備級的現(xiàn)場總線，與其它總線相比，具有很高的可靠性和性價比。這必將是CAN技術開發(fā)應用的一個主要方向。在以往的國內測控領域，由于沒有更好的選擇，大多采用BITBUS或RS-485作為通信總線。其不足主要有：一主多從，無冗余；數據通信為命令響應，傳輸率低；錯誤處理能力弱。采用CAN總線技術后即可解決上述問題。CAN網絡上任何一個節(jié)點均可作為主節(jié)點主動地與其它節(jié)點交換數據；CAN網絡節(jié)點的信息幀可以分出優(yōu)先級，這對于有實時性要求的控制提供了方便；CAN的物理層及數據鏈路層有獨特的設計技術，使其在抗干擾以及錯誤檢測等方面的性能均大大提高。CAN的上述特點使其成為諸多工業(yè)測控領域中首選的現(xiàn)場總線之一。

根據國內外資料報道，CAN技術已應用于家用電器和智能樓宇以及小區(qū)建設中。如安防系統(tǒng)、抄表系統(tǒng)、家電控制等。它投資少，每個節(jié)點可以隨機訪問，通信速度完全滿足要求，且在這類應用中數據交換量都很少。適當的網關如CAN與TCP/IP協(xié)議的轉換，可以使一個居室或一棟大樓的現(xiàn)場CAN信息轉變?yōu)镮nternet的形式外傳，或反過來通過這類網關把外部網傳來的信息轉換為CAN的形式，此即實現(xiàn)了所謂的遠程控制。

CAN總線技術在汽車中的實際應用優(yōu)勢

1、信息共享

采用CAN總線技術可以實現(xiàn)各ECU之間的信息共享，減少不必要的線束和傳感器。例如具有CAN總線接口的電噴發(fā)動機，其它電器可共享其提供的轉速、水溫、機油壓力、機油溫度、油量瞬時流速等，這樣一方面可省去額外的水溫、油壓、油溫傳感器，另一方面可以將這些數據顯示在儀表上，便于司機檢查發(fā)動機運行工況，從而便于發(fā)動機的保養(yǎng)維護。

2、減少線束

新型電子通訊產品的出現(xiàn)對汽車的綜合布線和信息的共享交互提出了更高的要求，傳統(tǒng)的電氣系統(tǒng)大多采用點對點的單一通信方式，相互之間少有聯(lián)系，這樣必然造成龐大的布線系統(tǒng)。據統(tǒng)計一輛采用傳統(tǒng)布線方法的高檔汽車中，其導線長度可達2000米，電氣節(jié)點達1500個，而且該數字大約每十年增長1倍。這種傳統(tǒng)布線方法不能適應汽車的發(fā)展。CAN總線可有效減少線束，節(jié)省空間。例如某車門-后視鏡、搖窗機、門鎖控制等的傳統(tǒng)布線需要20-30根，應用總線CAN則只需要2根。

3、關聯(lián)控制

在一定事故下，需要對各ECU進行關聯(lián)控制，而這是傳統(tǒng)汽車控制方法難以完成的。CAN總線技術可以實現(xiàn)多ECU的實時關聯(lián)控制。在發(fā)生碰撞事故時，汽車上的多個氣囊可通過CAN協(xié)調工作，它們通過傳感器感受碰撞信號，通過CAN總線將傳感器信號傳送到一個中央處理器內，控制各安全氣囊的啟動彈出動作。

CAN總線國內外發(fā)展與應用狀況

CAN總線在組網和通信功能上的優(yōu)點以及它的高性能價格比決定了它在許多領域都有廣闊的應用前景和發(fā)展?jié)摿Α４笮蛢x器設備系統(tǒng)復雜，對多種信息進行采集、處理、控制、輸出等操作。如醫(yī)療器械CT斷層掃描儀，為保證其可靠工作，在數據通信上要求功能塊間可隨意進行數據交換、通信能以廣播方式進行、簡單經濟的硬件接口、通信線盡量少、抗干擾能力強、可靠性高并能自動進行故障識別和自動恢復。但是，這些要求長時間未能得到很好的解決，直至CAN總線技術出現(xiàn)才提供了一個較好的解決方法。測控系統(tǒng)中離不開傳感器，由于各類傳感器的工作原理不同，其最終輸出的電量形式也各不相同，為了便于系統(tǒng)連接，通常要考慮將傳感器的輸出變換成標準電壓或電流信號。即便是這樣，在與計算機相連時，必須增加A/D環(huán)節(jié)。如果傳感器能以數字形式輸出，就可以方便地與計算機直接相連，從而簡化系統(tǒng)結構，提高精度。這種傳感器與計算機相連的總線可稱為傳感器總線。實際上傳感器總線仍屬于現(xiàn)場總線，關鍵的問題在于如何將總線接口與傳感器一體化。

在廣泛的工業(yè)控制領域，CAN總線可作為現(xiàn)場設備級的現(xiàn)場總線，與其它總線相比，具有很高的可靠性和性價比。這必將是CAN技術開發(fā)應用的一個主要方向。在以往的國內測控領域，由于沒有更好的選擇，大多采用BITBUS或RS-485作為通信總線。其不足主要有：一主多從，無冗余；數據通信為命令響應，傳輸率低；錯誤處理能力弱。采用CAN總線技術后即可解決上述問題。CAN網絡上任何一個節(jié)點均可作為主節(jié)點主動地與其它節(jié)點交換數據；CAN網絡節(jié)點的信息幀可以分出優(yōu)先級，這對于有實時性要求的控制提供了方便；CAN的物理層及數據鏈路層有獨特的設計技術，使其在抗干擾以及錯誤檢測等方面的性能均大大提高。CAN的上述特點使其成為諸多工業(yè)測控領域中首選的現(xiàn)場總線之一。

根據國內外資料報道，CAN技術已應用于家用電器和智能樓宇以及小區(qū)建設中。如安防系統(tǒng)、抄表系統(tǒng)、家電控制等。它投資少，每個節(jié)點可以隨機訪問，通信速度完全滿足要求，且在這類應用中數據交換量都很少。適當的網關如CAN與TCP/IP協(xié)議的轉換，可以使一個居室或一棟大樓的現(xiàn)場CAN信息轉變?yōu)镮nternet的形式外傳，或反過來通過這類網關把外部網傳來的信息轉換為CAN的形式，此即實現(xiàn)了所謂的遠程控制。

CAN總線技術及發(fā)展趨勢

1、位仲裁

要對數據進行實時處理，就必須將數據快速傳送，這就要求數據的物理傳輸通路有較高的速度。在幾個站同時需要發(fā)送數據時，要求快速地進行總線分配。實時處理通過網絡交換的緊急數據有較大的不同。一個快速變化的物理量，如汽車引擎負載，將比類似汽車引擎溫度這樣相對變化較慢的物理量更頻繁地傳送數據并要求更短的延時。

CAN總線以報文為單位進行數據傳送，報文的優(yōu)先級結合在11位標識符中，具有最低二進制數的標識符有最高的優(yōu)先級。這種優(yōu)先級一旦在系統(tǒng)設計時被確立后就不能再被更改。總線讀取中的沖突可通過位仲裁解決。例如，當幾個站同時發(fā)送報文時，站1的報文標識符為011111；站2的報文標識符為0100110；站3的報文標識符為0100111。所有標識符都有相同的兩位01，直到第3位進行比較時，站1的報文被丟掉，因為它的第3位為高，而其它兩個站的報文第3位為低。站2和站3報文的4、5、6位相同，直到第7位時，站3的報文才被丟掉。注意，總線中的信號持續(xù)跟蹤最后獲得總線讀取權的站的報文。在此例中，站2的報文被跟蹤。這種非破壞性位仲裁方法的優(yōu)點在于，在網絡最終確定哪一個站的報文被傳送以前，報文的起始部分已經在網絡上傳送了。所有未獲得總線讀取權的站都成為具有最高優(yōu)先權報文的接收站，并且不會在總線再次空閑前發(fā)送報文。

CAN具有較高的效率是因為總線僅僅被那些請求總線懸而未決的站利用，這些請求是根據報文在整個系統(tǒng)中的重要性按順序處理的。這種方法在網絡負載較重時有很多優(yōu)點，因為總線讀取的優(yōu)先級已被按順序放在每個報文中了，這可以保證在實時系統(tǒng)中較低的個體隱伏時間。

對于主站的可靠性，由于CAN協(xié)議執(zhí)行非集中化總線控制，所有主要通信，包括總線讀?。ㄔS可）控制，在系統(tǒng)中分幾次完成。這是實現(xiàn)有較高可靠性的通信系統(tǒng)的唯一方法。

2、CAN的通信方案

有兩種重要的總線分配方法：按時間表分配和按需要分配。在第一種方法中，不管每個節(jié)點是否申請總線，都對每個節(jié)點按最大期間分配。由此，總線可被分配給每個站并且是唯一的站，而不論其是立即進行總線存取或在一個特定時間進行總線存取。這將保證在總線存取時有明確的總線分配。在第二種方法中，總線按傳送數據的基本要求分配給一個站，總線系統(tǒng)按站希望的傳送分配（如：EthernetCSMA/CD）。因此，當多個站同時請求總線存取時，總線將終止所有站的請求，這時將不會有任何一個站獲得總線分配。為了分配總線，多于一個總線存取是必要的。CAN實現(xiàn)總線分配的方法，可保證當不同的站申請總線存取時，明確地進行總線分配。這種位仲裁的方法可以解決當兩個站同時發(fā)送數據時產生的碰撞問題。不同于Ethernet網絡的消息仲裁，CAN的非破壞性解決總線存取沖突的方法，確保在不傳送有用消息時總線不被占用。甚至當總線在重負載情況下，以消息內容為優(yōu)先的總線存取也被證明是一種有效的系統(tǒng)。雖然總線的傳輸能力不足，所有未解決的傳輸請求都按重要性順序來處理。在CSMA/CD這樣的網絡中，如Ethernet，系統(tǒng)往往由于過載而崩潰，而這種情況在CAN中不會發(fā)生。

3、CAN的報文格式

在總線中傳送的報文，每幀由7部分組成。CAN協(xié)議支持兩種報文格式，其唯一的不同是標識符（ID）長度不同，標準格式為11位，擴展格式為29位。

在標準格式中，報文的起始位稱為幀起始（SOF），然后是由11位標識符和遠程發(fā)送請求位（RTR）組成的仲裁場。RTR位標明是數據幀還是請求幀，在請求幀中沒有數據字節(jié)。

控制場包括標識符擴展位（IDE），指出是標準格式還是擴展格式。它還包括一個保留位（r0），為將來擴展使用。它的最后四個字節(jié)用來指明數據場中數據的長度（DLC）。數據場范圍為0～8個字節(jié)，其后有一個檢測數據錯誤的循環(huán)冗余檢查（CRC）。

應答場（ACK）包括應答位和應答分隔符。發(fā)送站發(fā)送的這兩位均為隱性電平（邏輯1），這時正確接收報文的接收站發(fā)送主控電平（邏輯0）覆蓋它。用這種方法，發(fā)送站可以保證網絡中至少有一個站能正確接收到報文。

報文的尾部由幀結束標出。在相鄰的兩條報文間有一很短的間隔位，如果這時沒有站進行總線存取，總線將處于空閑狀態(tài)。

4、數據錯誤檢測

不同于其它總線，CAN協(xié)議不能使用應答信息。事實上，它可以將發(fā)生的任何錯誤用信號發(fā)出。CAN協(xié)議可使用五種檢查錯誤的方法，其中前三種為基于報文內容檢查。

4.1循環(huán)冗余檢查（CRC）

在一幀報文中加入冗余檢查位可保證報文正確。接收站通過CRC可判斷報文是否有錯。

4.2幀檢查

這種方法通過位場檢查幀的格式和大小來確定報文的正確性，用于檢查格式上的錯誤。

4.3應答錯誤

如前所述，被接收到的幀由接收站通過明確的應答來確認。如果發(fā)送站未收到應答，那么表明接收站發(fā)現(xiàn)幀中有錯誤，也就是說，ACK場已損壞或網絡中的報文無站接收。CAN協(xié)議也可通過位檢查的方法探測錯誤。

4.4總線檢測

有時，CAN中的一個節(jié)點可監(jiān)測自己發(fā)出的信號。因此，發(fā)送報文的站可以觀測總線電平并探測發(fā)送位和接收位的差異。

4.5位填充

一幀報文中的每一位都由不歸零碼表示，可保證位編碼的最大效率。然而，如果在一幀報文中有太多相同電平的位，就有可能失去同步。為保證同步，同步沿用位填充產生。在五個連續(xù)相等位后，發(fā)送站自動插入一個與之互補的補碼位；接收時，這個填充位被自動丟掉。例如，五個連續(xù)的低電平位后，CAN自動插入一個高電平位。CAN通過這種編碼規(guī)則檢查錯誤，如果在一幀報文中有6個相同位，CAN就知道發(fā)生了錯誤。

如果至少有一個站通過以上方法探測到一個或多個錯誤，它將發(fā)送出錯標志終止當前的發(fā)送。這可以阻止其它站接收錯誤的報文，并保證網絡上報文的一致性。當大量發(fā)送數據被終止后，發(fā)送站會自動地重新發(fā)送數據。作為規(guī)則，在探測到錯誤后23個位周期內重新開始發(fā)送。在特殊場合，系統(tǒng)的恢復時間為31個位周期。

但這種方法存在一個問題，即一個發(fā)生錯誤的站將導致所有數據被終止，其中也包括正確的數據。因此，如果不采取自監(jiān)測措施，總線系統(tǒng)應采用模塊化設計。為此，CAN協(xié)議提供一種將偶然錯誤從永久錯誤和局部站點失敗中區(qū)別出來的辦法。這種方法可以通過對出錯站點統(tǒng)計評估來確定一個站點本身的錯誤并進入一種不會對其它站產生不良影響的運行方法來實現(xiàn)，即站點可以通過關閉自己來阻止正常數據因被錯誤地當成不正確的數據而被終止。

4.6CAN可靠性

為防止汽車在使用壽命期內由于數據交換錯誤而對司機造成危險，汽車的安全系統(tǒng)要求數據傳輸具有較高的安全性。如果數據傳輸的可靠性足夠高，或者殘留下來的數據錯誤足夠低的話，這一目標不難實現(xiàn)。從總線系統(tǒng)數據的角度看，可靠性可以理解為，對傳輸過程產生的數據錯誤的識別能力。

殘余數據錯誤的概率可以通過對數據傳輸可靠性的統(tǒng)計測量獲得。它描述了傳送數據被破壞和這種破壞不能被探測出來的概率。殘余數據錯誤概率必須非常小，使其在系統(tǒng)整個壽命周期內，按平均統(tǒng)計時幾乎檢測不到。計算殘余錯誤概率要求能夠對數據錯誤進行分類，并且數據傳輸路徑可由一模型描述。如果要確定CAN的殘余錯誤概率，我們可將殘留錯誤的概率作為具有80～90位的報文傳送時位錯誤概率的函數，并假定這個系統(tǒng)中有5～10個站，并且錯誤率為1/1000，那么最大位錯誤概率為10-13數量級。例如，CAN網絡的數據傳輸率最大為1Mbps，如果數據傳輸能力僅使用50%，那么對于一個工作壽命4000小時、平均報文長度為80位的系統(tǒng)，所傳送的數據總量為9×1010。在系統(tǒng)運行壽命期內，不可檢測的傳輸錯誤的統(tǒng)計平均小于10-2量級。換句話說，一個系統(tǒng)按每年365天，每天工作8小時，每秒錯誤率為0.7計算，那么按統(tǒng)計平均，每1000年才會發(fā)生一個不可檢測的錯誤。

CAN即控制器局域網絡，屬于工業(yè)現(xiàn)場總線的范疇。與一般的通信總線相比，CAN總線的數據通信具有突出的可靠性、實時性和靈活性。由于其良好的性能及獨特的設計，CAN總線越來越受到人們的重視。它在汽車領域上的應用是最廣泛的，世界上一些著名的汽車制造廠商，BENZ（奔馳）、BMW（寶馬）、PORSCHE（保時捷）、ROLLS-ROYCE（勞斯萊斯）和JAGUAR（美洲豹）等都采用了CAN總線來實現(xiàn)汽車內部控制系統(tǒng)與各檢測和執(zhí)行機構間的數據通信。同時，由于CAN總線本身的特點，其應用范圍已不再局限于汽車行業(yè)，而向自動控制、航空航天、航海、過程控制工業(yè)、機械工業(yè)、紡織機械、農用機械、機器人、數控機床、醫(yī)療器械及傳感器等領域發(fā)展。CAN已經形成國際標準，并已被公認為幾種最有前途的現(xiàn)場總線之一。