現(xiàn)代汽車工業(yè)和電子技術(shù)飛速發(fā)展，汽車上的電子裝置越來越多。一輛高檔汽車的電氣節(jié)點(diǎn)數(shù)已達(dá)上千個，如果采用傳統(tǒng)的方法進(jìn)行布線，連線的數(shù)量非常驚人而且有極大的故障隱患。為了解決這一問題，各大汽車廠商從上世紀(jì)70年代開始了車用網(wǎng)絡(luò)的研究，并取得了很大的發(fā)展，形成了多種適合不同傳輸速率及特殊用途的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，如：CAN總線、LIN總線、用于診斷的KWP2000、用于X-by-wire的TTP、多媒體應(yīng)用的MOST協(xié)議等。其中CAN(ControllerAreaNetwork，控制器局域網(wǎng))是BOSCH公司于上世紀(jì)80年代提出的。為解決現(xiàn)代汽車中眾多的控制與測試儀器之間的數(shù)據(jù)交換而開發(fā)的一種串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議，可以很好的解決上述的問題。現(xiàn)在世界上許多汽車公司，如奔馳、寶馬、大眾等公司已采用CAN總線來實(shí)現(xiàn)汽車內(nèi)部的數(shù)據(jù)通信。
我國對車用網(wǎng)絡(luò)、總線、通訊協(xié)議的研究起步比較晚，但近年來發(fā)展比較快，尤其在電動汽車項(xiàng)目中總線網(wǎng)絡(luò)得到廣泛的應(yīng)用。
2汽車總線的技術(shù)特征
汽車總線傳輸必須確保以下幾點(diǎn)：保證信息能夠準(zhǔn)確的傳送;總線節(jié)點(diǎn)能夠隨時訪問總線;節(jié)點(diǎn)根據(jù)預(yù)先確定的優(yōu)先權(quán)進(jìn)行總線訪問;具有根據(jù)信息內(nèi)容解決總線訪問競爭的能力和競爭解決后獲勝站點(diǎn)能夠訪問總線且繼續(xù)傳輸信息;節(jié)點(diǎn)在盡量短的時間內(nèi)成功訪問總線;最優(yōu)化的傳輸速率(波特率);節(jié)點(diǎn)的故障診斷能力;總線具有一定的可擴(kuò)充性等等。
2.1數(shù)字信號的編碼
為了保證信息傳輸?shù)目煽啃?，對?shù)字信號正確編碼非常重要。汽車局域網(wǎng)數(shù)據(jù)信號多采用脈寬調(diào)制(PWM)和不歸零制(NRZ)。PWM作為編碼方案時，波特率上界為3×105Kbps，用于傳輸速率較低的場合。采用NRZ進(jìn)行信息傳輸，可以達(dá)到1Mbps，用于傳輸速率較高的場合。
2.2網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
實(shí)用的汽車局域網(wǎng)是總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如CAN、SAEJ1850、ADVANCEDPALMNET等，其優(yōu)點(diǎn)是：電纜短，布線容易;總線結(jié)構(gòu)簡單，又是無源元件，可靠性高;易于擴(kuò)充，增加新節(jié)點(diǎn)只需在總線的某點(diǎn)將其接入，如需增加長度可通過中繼器加入一個附加段。
2.3總線訪問協(xié)議
汽車總線的訪問協(xié)議一般為爭用協(xié)議，每個節(jié)點(diǎn)都能獨(dú)立決定信息幀的發(fā)送。如果同時有兩個或兩個以上的節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，就會出錯，這就要求每個節(jié)點(diǎn)有能力判斷沖突是否發(fā)生，發(fā)生沖突時按某個規(guī)律等待隨機(jī)時間間隔后重發(fā)，以避免再發(fā)生沖突。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議所使用的防沖突監(jiān)聽措施多為載波監(jiān)聽多路訪問，如CAN、SAEJ1850、ADVANCEDPALMNET等都采用的是載波監(jiān)聽多路訪問/沖突檢測+無損仲裁(C***A/CD+NDA)。
3CAN總線的特點(diǎn)
CAN總線通信協(xié)議是在考慮工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境的背景下制訂的，它采用了國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO制訂的開放系統(tǒng)互連ISO-OSI模型中的三層，即物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層。CAN總線規(guī)范已被國際標(biāo)準(zhǔn)化組織制訂為國際準(zhǔn)ISO11898，并被公認(rèn)為最有前途的現(xiàn)場總線之一，已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域。得到MOTOROLA、PHILIPS、Intel、SIEMENS等著名半導(dǎo)體器件生產(chǎn)廠家的支持，進(jìn)而迅速推出了各種集成CAN協(xié)議的產(chǎn)品。與一般的總線相比，CAN總線具有可靠、靈活、實(shí)時性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。
(1)CAN總線采用多主結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)上的任一節(jié)點(diǎn)可在任意時刻向其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，通訊方式靈活。
(2)網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)根據(jù)對總線訪問優(yōu)先級的不同(取決于報文標(biāo)識符)，最快可在134μs內(nèi)得到響應(yīng)。
(3)采用非破壞性總線仲裁技術(shù)，可以大大節(jié)省總線沖突仲裁時間，網(wǎng)絡(luò)在擁擠的情況下也不會癱瘓。
(4)CAN協(xié)議廢除了站地址編碼，而是對通信數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，這可使不同的節(jié)點(diǎn)同時接收到相同的數(shù)據(jù)，可以方便的實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)、一點(diǎn)對多點(diǎn)及全局廣播等方式的傳送接收數(shù)據(jù)，容易構(gòu)成冗余結(jié)構(gòu)提高系統(tǒng)的可靠性和系統(tǒng)的靈活性。
(5)CAN采用NRZ編碼，直接通信距離最遠(yuǎn)可達(dá)10km(速率5Kbps)，通信速率最高可達(dá)1Mbps(此時通信距離最長為40m)。
(6)采用短幀結(jié)構(gòu)，傳輸時間短，受干擾概率低。CAN的每幀信息都有CRC效驗(yàn)及其他檢錯措施，保證數(shù)據(jù)出錯率極低。
(7)通訊介質(zhì)可為雙絞線、同軸電纜或光纖，選擇靈活。
(8)CAN節(jié)點(diǎn)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(diǎn)的操作不受影響。
