汽车CAN总线解析：全面掌握200问

CAN是Controller Area Network的缩写，即控制器局域网络，其含义是控制单元（ECU）通过网络进行数据交换。CAN总线是国际上应用最广泛的现场总线之一。

随着汽车工业以及自动化程度的发展，现代汽车中所使用的电子控制系统和通信系统越来越多，如发动机电控系统、自动变速器控制系统、防抱死制动系统（ABS）、自动巡航系统（ACC）和车载多媒体系统等。这些系统之间、系统和汽车的显示仪表之间、系统和汽车故障诊断系统之间均需要进行数据交换，如此巨大的数据交换量，如仍然采用传统数据交换的方法，即用导线进行点对点的连接传输方式将是难以想象的。因此，用串行数据传输系统取而代之就成为必然的选择。

20世纪80年代初，为了解决现代汽车中众多的电子控制系统与汽车故障诊断系统之间的数据交换问题，德国BOSCH公司的工程人员开始研究用于汽车的串行数据通信系统。参加研究的还有Mercedes－Benz公司、Intel公司和德国两所大学的教授。

1983年初，Uwe Kiencke开始研究一种新的串行总线，新总线的主要方向是增加新功能和减少导线，使其能够用于产品而非用于驱动技术。来自Mercedes－Benz的工程师较早制订了总线的状态说明，而Intel也准备作为半导体生产的主要厂商。当时聘请的顾问之一是来自于德国Braunschweig－Wolfenbüttel的Applied Science大学教授Wolfhard Lawrenz博士，给出了新网络方案的名字———Controller Area Network，简称CAN。来自Karlsruhe大学的教授Horst Wettstein博士也提供了理论支持。

1986年2月，CAN总线诞生了。在底特律的汽车工程协会大会上，由BOSCH公司研究的新总线系统被称为汽车串行控制器局域网。Uwe Kiencke、Siegfried Dais和Martin Litschel分别介绍了这种多主网络方案，此方案基于非破坏性的仲裁机制，能够确保高优先级报文的无延迟传输，并且不需要在总线上设置主控制器。此外，上述几位教授和BOSCH公司的Wolfgang Borst、Wolfgang Botzenhard、Otto Karl、Helmut Schelling、Jan Unruh也实现了数种在CAN中的错误检测机制，该错误检测也包括自动断开故障节点功能，以确保能继续进行剩余节点之间的通信。传输的报文并非根据报文发送器／接收器的节点地址识别而是根据报文的内容识别。同时，用于识别报文的标志符也规定了该报文在系统中的优先级。

当关于这种革新的通信方案的大部分文字内容制订出来之后，1987年中期，Intel推出了第一种CAN控制芯片———82526，这是CAN方案首次通过硬件实现。随后，Philips半导体推出了82C200。这两种最先推出的CAN控制器在验收滤波和报文控制方面有许多不同。一方面，由Intel主推的FullCAN比由Philips主推的BasicCAN占用较少的CPU载荷；另一方面FullCAN器件所能接收的报文数目相对受到限制，BasicCAN控制器仅需较少的硅晶体。从而形成了BasicCAN和FullCAN两大阵营。

1990年初，BOSCH CAN规范（CAN2.0版）被提交给国际标准化组织。该技术包括A、B两部分。2.0A给出了CAN报文标准格式，而2.0B给出了标准的和扩展的两种格式。在数次讨论之后，应一些主要的法国汽车厂商要求增加了Vehicle Area Network（VAN）内容，并于1993年11月出版了CAN的国际标准ISO 11898。ISO 11898是通信速率为125kbit／s～1Mbit／s的CAN高速通信标准。除了CAN协议外，它也规定了最高至1Mbit／s波特率时的物理层，同时在国际标准ISO 11519—2中也规定了CAN数据传输中的容错方法。ISO 11519是通信速率在125kbit／s以下的CAN低速通信标准。目前，汽车上的CAN网络均由ISO 11898和ISO 11519这两种通信速率不同的总线组成。

从1990年中期起，Infineon公司和Motorola公司向欧洲的客车厂商提供了大量的CAN控制器；1990年后期起远东的半导体厂商也开始提供CAN控制器；从1992年起，Mercedes－Benz奔驰开始在他们的高级客车中使用CAN技术，第一步使用控制单元通过CAN对发动机进行管理；第二步使用控制单元接收人们的操作信号。这就使用了两个物理上独立的CAN线系统，不同的CAN总线具有不同的数据传输速率，所以不同的CAN总线之间不能直接进行数据通信，于是采用了一个CAN总线网关控制器来进行协调。其他的客车厂商也纷纷赶来斯图加特学习，在他们的客车上也使用两套CAN总线系统。(www.xing528.com)

1992年，CIA（CAN In Automation）用户组织成立，之后制订了第一个CAN应用层“CAL”。1994年开始有了国际CAN学术年会（ICC）。

1994年美国汽车工程师协会以CAN为基础制订了SAE J1939标准，用于货车和客车的控制和通信网络。

在欧洲，1999年一年就有近6千万个CAN控制器投入使用，2000年销售1亿多CAN的芯片，2001年用在汽车上的CAN节点数目超过1亿个。

今天，轿车上CAN总线的应用已十分普遍。有报告指出，2004年以来，新车型几乎100%使用CAN总线，所有车型平均使用率超过90%。特别在欧洲.尽管有多种新型车载网络开始进占信息娱乐和安全保障领域，但CAN仍可保留88%的市场份额。目前在国内，使用CAN总线的有一汽解放、二汽东风、济南重汽等货车，宇通、金龙、海格等客车，一汽大众、上海大众、上海通用、奇瑞、南汽、吉利、长安福特等轿车。毫无疑问，CAN将是今后很长一段时间内车载网络领域的主流协议标准。

图2-1为CAN总线的结构示意图，多条CAN总线通过网关连接在一起，各条CAN总线下面还有LIN、MOST、Flex－Ray、Safe－by－Wire等子网或其他网络，这样就形成一个庞大的车载网络，并且可以不断地扩充和延伸。

图2-1 CAN总线结构示意图