CAN是ControlAreaNetwork的縮寫，該項技術(shù)最早由德國BOSCH公司推出，用于汽車內(nèi)部測量與執(zhí)行部件之間的數(shù)據(jù)通信。其總線規(guī)范現(xiàn)已被ISO國際標(biāo)準(zhǔn)組織制訂為國際標(biāo)準(zhǔn)。由于得到了Motorola，Intel，Philip，Siemence，NEC等公司的支持，它廣泛應(yīng)用在離散控制領(lǐng)域。由于其高性能、高可靠性、及獨特的設(shè)計，CAN越來越受到人們的重視。

國外已有許多大公司的產(chǎn)品采用了這一技術(shù)?，F(xiàn)代汽車越來越多地采用電子裝置控制，如發(fā)動機的定時、注油控制，加速、剎車控制（ASC）及復(fù)雜的抗鎖定剎車系統(tǒng)（ABS）等。由于這些控制需檢測及交換大量數(shù)據(jù)，采用硬接信號線的方式不但煩瑣、昂貴，而且難于解決問題，采用CAN總線上述問題便得到很好的解決。早在80年代，眾多國際知名的汽車公司就積極致力于汽車總線技術(shù)的研究及應(yīng)用，如博世的CAN、SAE的J1850、馬自達(dá)的PALMNET、德國大眾的ABUS、美國商用機器的AUTOCAN、ISO的VAN等。

目前，國外的汽車總線技術(shù)已經(jīng)成熟，采用總線系統(tǒng)的車輛有BENZ、BMW、RORSCHE、ROLLSROYCE、JAGUAR、VOLVO等。 目前，在國內(nèi)還沒有我們自己開發(fā)研制的基于CAN總線的ECU產(chǎn)品。本文是以一汽大眾為合作伙伴，共同開展的基于CAN總線汽車控制系統(tǒng)研究工作的一部分，主要攻克了工程化關(guān)鍵技術(shù)，所做的汽車分布式電子控制系統(tǒng)具有完全自主產(chǎn)權(quán)。

文中對CAN總線的原理及性能進(jìn)行詳細(xì)分析的基礎(chǔ)上，深入研究了CAN總線控制器SJA1000，并設(shè)計了一套由單片機89C52和SJA1000以及82C250等芯片組成的CAN總線系統(tǒng)，該系統(tǒng)模擬了汽車中的儀表盤以及照明系統(tǒng)，各個ECU之間通過CAN總線實現(xiàn)相互通訊，從而達(dá)到減少汽車中的線束的目的，證實了CAN總線作為一個局域網(wǎng)應(yīng)用在汽車中的極大優(yōu)勢。該項研究將對我國汽車工業(yè)技術(shù)水平的提高起到促進(jìn)作用。

CAN總線技術(shù)的優(yōu)越性

CAN總線與一般的通信總線相比，它的數(shù)據(jù)通信具有突出的可靠性、實時性和靈活性。其具有以下主要特性：

CAN是目前為止唯一有國際標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場總線；

CAN為多主方式工作，網(wǎng)絡(luò)上任一節(jié)點均可在任意時刻主動的向網(wǎng)絡(luò)上其他節(jié)點發(fā)送信息，而不分主從，通信方式靈活，且無需站地址等節(jié)點信息；

CAN網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點信息分成不同的優(yōu)先級，可滿足不同的實時要求，高優(yōu)先級的數(shù)據(jù)最多可在134us內(nèi)得到傳輸；

CAN采用非破壞性總線仲裁技術(shù)，當(dāng)多個節(jié)點同時向總線發(fā)送信息時，優(yōu)先級較低的節(jié)點會主動地退出發(fā)送，而最高優(yōu)先級的節(jié)點不受影響地繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)，從而大大節(jié)省了總線沖突仲裁時間。尤其是在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載很重的情況下也不會出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)癱瘓情況（以太網(wǎng)則可能）；

CAN只需通過報文濾波即可實現(xiàn)點對點、一點對多點及全局廣播等幾種方式傳送接收數(shù)據(jù)，無需專門的“調(diào)度”；

CAN的直接通信距離最遠(yuǎn)可達(dá)10km （速率5kbps以下）；通信速率最高可達(dá)1Mbps（此時通信距離最長為40m）；

CAN上的節(jié)點數(shù)主要取決于總線驅(qū)動電路，目前可達(dá)成110個。采用短幀結(jié)構(gòu)，傳輸時間短，受干擾概率低，具有極好的檢錯效果。CAN的每幀信息都有CRC校驗及其他檢錯措施，保證了數(shù)據(jù)出錯率極低。

CAN的通信介質(zhì)可為雙絞線、同軸電纜或光纖，選擇靈活。CAN節(jié)點在錯誤嚴(yán)重的情況下具有自動關(guān)閉輸出功能，以使總線上其他節(jié)點的操作不受影響。CAN總線具有較高的性能價格比。它結(jié)構(gòu)簡單，器件容易購置，每個節(jié)點的價格較低，而且開發(fā)過程中，能充分利用現(xiàn)在的單片機開發(fā)工具。

CAN控制器與單片機的接口電路

SJA1000可以與不同類型的單片微型計算機接口，再加上收發(fā)器就組成了一個CAN應(yīng)用系統(tǒng)的核心。系統(tǒng)硬件連接，硬件電路的設(shè)計主要是CAN通信控制器與微處理器之間和CAN總線收發(fā)器與物理總線之間的接口電路的設(shè)計。CAN通信控制器是CAN總線接口電路的核心，主要完成CAN的通信協(xié)議，而CAN總線收發(fā)器的主要功能是增大通信距離，提高系統(tǒng)的瞬間抗干擾能力，保護(hù)總線，降低射頻干擾（RFI），實現(xiàn)熱防護(hù)等。

微控制器的時鐘采自SJA1000的振蕩器。通過SJA1000的時鐘分頻寄存器CDR，它決定了SJA1000的CLKOUT 腳的輸出和它的工作方式。SJA1000的AD0- AD7 連接到89C52的P0口，CS片選信號連接到89C51 的P2. 7。P2. 7 為0時CPU片外存儲器地址可選中SJA1000，CPU通過這些地址可對SJA1000執(zhí)行相應(yīng)的讀/寫操作。SJA1000的RD、WR、ALE分別與89C52的對應(yīng)引腳相連，INT接89C52的P3. 2（INTO），89C52 也可以通過中斷方式訪問SJA1000。

82C250與CAN總線的接口部分也采用了一定的安全和抗干擾措施。82C250的CANH和CANL引腳各自通過一個5Ω的電阻與CAN總線相連，電阻可起到一定的限流作用，保護(hù)82C250免受過流的沖擊。CANH和CANL與地之間并聯(lián)了兩個30pF的小電容，可以起到濾除總線上的高頻干擾和一定的防電磁輻射的能力。另外，在兩根CAN總線輸入端與地之間分別接了一個防雷擊管，當(dāng)兩輸入端與地之間出現(xiàn)瞬變干擾時，通過防雷擊管的放電可起到一定的保護(hù)作用。瞬變干擾（Transient Interference）是電磁兼容領(lǐng)域中主要的一種干擾方式，特別是雷擊浪涌波，由于持續(xù)時間短，脈沖幅值高，能量大，給電子電氣設(shè)備的正常運行帶來極大的威脅。82C250的Rs腳上接有一個斜率電阻，電阻大小可根據(jù)總線通信速度適當(dāng)調(diào)節(jié)，一般在16—140kΩ之間。

軟件設(shè)計

本文主要設(shè)計了汽車的舒適系統(tǒng)，其中包括了車門系統(tǒng)和車燈系統(tǒng)以及儀表盤之間通過CAN總線的通訊，用來實現(xiàn)各個節(jié)點之間的相互控制。，當(dāng)儀表盤上的鑰匙門啟動時，儀表盤上的點火指示燈會亮起來，同時車門系統(tǒng)和車燈系統(tǒng)的ECU分別在總線上接到這個信息，也分別讓各自的電源指示燈亮起來，這就表示各個系統(tǒng)在鑰匙門打開的同時已經(jīng)都準(zhǔn)備好了，等待總線發(fā)出命令，以便做出相應(yīng)的動作。當(dāng)車門要打開時，儀表盤上的車門指示燈亮；當(dāng)大燈打開時，儀表盤上的大燈指示亮；當(dāng)轉(zhuǎn)向燈開關(guān)打開時，轉(zhuǎn)向燈亮；當(dāng)雙閃開關(guān)打開時，左右轉(zhuǎn)向燈同時閃動。

模擬實驗

本論文采用了VectoR公司生產(chǎn)的CANoe軟件對CAN總線進(jìn)行了實時監(jiān)控。通過一個CAN卡--CANcardX （PCMCIA接口卡）以及一根CANcabs-CANcardX總線驅(qū)動電纜，可以把系統(tǒng)中的CAN總線數(shù)據(jù)通過計算機編程采集出來。下位機與上位機設(shè)定相同的通訊波特率（本論文中設(shè)定為100kbps），通過建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫，就可以互相通訊了。

根據(jù)實際測量的結(jié)果，可以看出總線負(fù)載符合要求，沒有接收到出錯幀，接受狀態(tài)處于激活中，接收到數(shù)據(jù)幀，總線工作狀態(tài)正常。從總線上測得的數(shù)據(jù)表明，對于每個ECU節(jié)點發(fā)送的ID碼以及數(shù)據(jù)與預(yù)定的ID碼及數(shù)據(jù)相同，總線接收和發(fā)送正常、準(zhǔn)確，完全符合預(yù)期研究的目標(biāo)。

該模擬系統(tǒng)可以隨意向總線上正確的發(fā)送數(shù)據(jù)幀、遠(yuǎn)程幀，而且一旦某個ECU節(jié)點出現(xiàn)故障，總線會進(jìn)行自動處理（在單片機軟件中進(jìn)行處理），如果該節(jié)點一直在向總線發(fā)送錯誤標(biāo)志，總線就會自動中斷該節(jié)點，其他節(jié)點也會檢測到錯誤條件，停止向給節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)，這樣就可以避免總線癱瘓。所以某個ECU節(jié)點出現(xiàn)錯誤，不會影響其他節(jié)點的正常工作，不會造成整個總線的癱瘓。

結(jié)語

CAN總線技術(shù)，是工業(yè)控制與計算機網(wǎng)絡(luò)兩者邊緣的產(chǎn)物。無論是從網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)、協(xié)議、實時性、還是適應(yīng)性、靈活性、可靠性乃至成本等，工業(yè)控制的底層都有它的特殊性，特別是汽車工業(yè)中，要傳輸?shù)男畔级绦。髮崟r性很強、可靠性高。因此，CAN總線在汽車ECU中的研究具有進(jìn)一步推廣應(yīng)用的價值和良好的開發(fā)前景。

編輯：jq