汽车网络架构与常用总线汇总

汽车CAN总线简述

CAN 是控制器局域网Controller Area Network 的缩写，1986年，由德国Bosch公司为汽车开发的网络技术，主要用于汽车的监测与控制，目的为适应汽车“减少线束的数量”“通过多个网络进行大量数据的高速传输”的需求。

CAN发展时间线

• 1983年，Bosch开始研究汽车网络技术
• 1986年，Bosch在SAE大会正式公布CAN协议
• 1987年，Intel和Philips先后推出CAN控制器芯片
• 1991年，Bosch颁布CAN 2.0技术规范，CAN总线最先在Benz S系列轿车上实现
• 1993年，ISO颁布CAN国际标准ISO-11898
• 1994年，由CiA组织举办第一届国际CAN大会（iCC）
• 2005年，CiA在中国的第一场CAN研讨会
• 2013年，虹科与CiA正式深入合作致力CAN推广
• 2015年，CAN FD的 ISO标准化
• 2020年，CAN XL即将登场第十七届iCC大会

汽车网络是将汽车上所有电子传感器、执行器和电子控制单元（ECU）连接组网的通信形式。根据通信速率，汽车工程师协会（SAE）定义了如下类别的汽车网络。

当前的车用总线：

• CAN（CANFD）
• LIN
• MOST
• FlexRay
• 车载以太网

通常汽车CAN网络细分

• 动力CAN网络
• 车身CAN网络
• 组合仪表CAN网络
• 诊断CAN网络
• …

汽车网络典型应用

GLOF整车CAN网络拓扑

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CAN总线在汽车网络中脱颖而出的“秘密”

曾经的车用总线

• SAE J1850（Class2）
• SAE J1708
• K-Line
• BEAN
• Byte flight
• D2B…

CAN通信特性的“公开秘密”

1. 节点间采用多主通信方式
2. 采用短帧结构，报文帧的有效字节数为8个，可达汽车实时响应要求
3. 报文ID值越小，优先级越高。报文ID可分成不同的优先级，进一步满足汽车网络报文的实时性要求。
4. 非破坏性总线仲裁处理机制。
5. 可靠的CRC校验方式，传输数据出错率极低，满足汽车数据传输的可靠性要求。
6. 报文帧仲裁失败或传输期间被破坏有自动重发（机制）。
7. 节点在错误严重的情况下，具有自动脱离总线的功能，切断它与总线的联系，不影响总线的正常工作。
8. 通信距离最远达10km(速率5Kbps以下)
9. 通信速率最高1MB/s(此时距离最长40m)
10. 节点数实际可达110个
11. CAN节点设计成本较低，通信介质采用双绞线

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OSI模型与CAN的关系

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CAN收发器

定义：CAN收发器逻辑信号和物理信号之间的转换采用差分电平方式

1. 将逻辑数字信号转换成物理信号
2. 将物理信号转换成逻辑数字信号
   
   
   

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CAN信号电平

CAN总线有ISO11898和ISO11519（低速容错CAN）两个标准

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CAN编码方式 -> NRZ（非归零）

CAN编码采用NRZ非归零编码，相同带宽情况下，NRZ编码方式的信息量更大。

CAN信号电平 -> 双绞线

问题：为什么要采用两根线（双绞线）的差分电平信号？

原因：双绞线传输差分信号时受到共模信号干扰后，电平差值不变，信号解码正常。

CAN信号电平 -> 线与原理

多个CAN节点并接到同一总线时，只要其中一个节点输出低电平，总线就为低电平；当所有节点输出高电平时，总线才为高电平。

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CAN -> 异步串行通信

同步串行通信

异步串行通信

异步串行通信省去了时钟信号线，但遇到一个问题是：根据波特率做采样，波特率的误差会产生通信错误！

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CAN -> 波特率误差带来的错误

问题：如何减少波特率的误差带来的通信错误？

解决：CAN总线规定信号的跳变沿时刻进行同步，将误差累计限制在两个跳变沿。