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總線技術有哪些優點？汽車總線的發展趨勢”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，車用通信協議都是按周期性主動發送，不論是CAN還是LIN，對實時性要求高的消息其發送周期都小于10ms（每輛車都有好幾條這樣的消息），發動機、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）和工業以太網（數據傳輸距離短）難于實現的，所以CAN出現后，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控制和醫療設備，如：工業上的DEVICENET、SDS、CANOPEN，醫療上MRI等。至于工業以太網的產生，其背景與個人PC的普及是分不開的，現在工業控制中的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，總線上的速度僅僅是系統中的一個因素，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的通訊聯絡上。
    通過遍布車身的傳感器，汽車的各種行駛數據會被發送到“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的故障發生率。各種傳感器的信息可以實現共享。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更為豐富。車鑰匙、發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，使防盜系統的工作穩定可靠。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總線技術有哪些優點？
    現代汽車中所使用的電子控制系統和通訊系統越來越多，如發動機電控系統、 自動變速器控制系統、防抱死制動系統（ABS）、自動巡航系統（ACC）和車載多媒體系統等；這些系統之間、系統和汽車的顯示儀表之間、系統和汽車故障診斷系統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取而代之就成為必然的選擇。
    數據在串聯總線上可以一個接一個的傳送，所有參加CAN總線的分系統都可以通過其控制單元上的CAN總線接口進行數據的發送和接收，CAN總線是一個多路傳輸系統，當某一單元出現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，對發動機電控系統和ABS等實時控制用數據實施高速傳輸，對車身調節系統（如空調）的數據實施低速傳輸，其他如多媒體系統和診斷系統則為中速傳輸，速率在兩者之間，這樣的區分提高了總線的傳輸效率。
    數據總線如何能實現多路傳輸的呢？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總線的發展趨勢
    傳統的CAN是基于事件觸發的，信息傳輸時間的不確定性和優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CAN與時間觸發機制相結合產生了TTCAN(Time-Triggered     CAN)。
    TTCAN總線和傳統CAN總線系統的區別是：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系統需要全局時間同步，但采用傳統CAN控制器很難實現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TTCAN。