调研CAN总线的发展史

调研CAN总线的发展史

院系

班级

姓名

摘要

本文描述CAN总线的在汽车工业中的发展历史，并对其优点及主要技术指标进行了详述,与其它总线技术进行对比，最后对其具体应用进行了展望。

关键词: CAN总线；通信；协议；

Abstract:In the article , the developing history of CAN bus is intr oduced in the auto mobile industry .

And the article is mainly focused on the advantage and main tech nique index of CAN bus.and Compared with other bus

At the end of article,make a prospect application of CAN bus is described.

Keywords: CAN bus; communication; protocol

摘要 (2)

一、引言 (4)

二、CAN总线的产生与现状 (5)

三、CAN总线发展特点 (8)

四、CAN总线的优势 (10)

五、CAN总线技术介绍 (11)

1、CAN总线的基本概念 (11)

2、CAN与其它通信方案的比较 (16)

六、CAN总线应用发展 (17)

1、CAN总线技术的应用现状 (17)

2、CAN在工业控制中的应用现状 (17)

3、CAN在汽车电子中的发展 (18)

七、CAN总线技术的展望 (20)

参考文献 (23)

一、引言

在飞速发展的自动控制领域中，工业数据通信与控制网络是近年来发展形成的较为先进的网络技术。随着自动控制技术、计算机网络通信等技术的发展，信息告诉集成系统也随之迅速壮大，其覆盖了系统生产的各个环节。以适应系统高速通讯集中管理的应用需求。工业数据通信与控制网络技术正是在这种形势下逐渐发张形成的。工业数据通信的内容可以追溯久远，但控制网络确实近些年发展形成的。工业数据通信是控制网络的基础和支撑条件，是控制网络技术的重要组成部分。通常把工业数据通信和控制网络总称为控制网络。现场总线是一种应用于生产现场，在现场设备之间、现场设备与控制装置之间实行双向、串行、多节点数字通信的技术。所谓的数据通信是指在两点货多点之间以二进制形式进行信息交换的过程。其中两点之间借助传输介质直接进行数据传输是最简答的数据通信方式。在工业领域，人们通常又会按照信帧的长短，把数据传输总线分为传感器总线、设备总线和现场总线。

随着时代的进步和技术的变革。工业上出现控制网络改导致了传统控制系统结构的变革。形成了新的网络集成式控制系统。其突破以往DCS系统通中因专用网络的封闭造成的缺陷，采用开放化、标准化的解决方案，把来自于不同厂商，而运用统一标准的协议规范的自动化设备连接成控制网络，组合成各类控制系统，实现其综合自动化的各种功能。网络集成式控制系统改变了传统控制系统的机构形式。其总线式串行通信，丰富了控制信息内容创造了良好的条件。使其管理、操作更加人性化。作为网络节点的智能现场设备，具备数字计算和数字通信能力，提高了信号的测量，控制和传输精度。在其他方面。控制网络的通信系统应具有开放性。控制网络中的控制设备应具有互操作性与互用性。随着现代工业的发展，多元素化的，多功能化的设备群到处可见，如何将设备群充分利用，同时节约能源，那么就是对控制网络有了新的要求。网络是控制系统运行的动脉，是通信的枢纽。因而高度重视网络系统的开放性、互操性、通信的实时性、对环境的适应性等。控制网络基本任务是实现测量控制，这就要求了高度的实时性和有效性。控制网络还应该具有对现场环境的适应性。归根结底，控制网络的主要作用还是为

自动化系统传递数字信息。

在自动化系统中，时时刻刻都在进行着数据通信。数据通信就像血管里的血液一样，体现着生产过程中的每个状态。而在工业数据通信中一般是与生产过程密切相关的数值、状态、指令等表达。在工业数据通信通信系统中监控计算机和具有通信能力的现场测量控制仪表是主要的通信设备，是构成控制网络的网络节点。现场总线系统的产生正是用于完成它们之间的数据交换来实现测量、控制、监视、操作等功能。

二、 CAN总线的产生与现状

CAN总线是BOSCH公司为现代汽车应用领先推出的一种多主机局部网，由于其卓越性能现已广泛应用于工业自动化、多种控制设备、交通工具、医疗仪器以及建筑、环境控制等众多部门。随着电子技术的迅速发展和在汽车上的广泛应用，汽车电子化程度越来越高。从发动机控制到传动系统控制，从行驶、制动、转向系统控制到安全保证系统及仪表报警系统，从电源管理到为提高舒适性而作的各种努力，使汽车电子系统形成了一个复杂的大系统。这些系统除了各自的电源线外，还需要互相通信，不难想象，若仍沿用常规的点对点的布线方式进行布线，那么整个汽车的布线将会如一团乱麻，其布线网络如图1所示。若采用总线方式布线(如CAN总线)其步线图如图2所示。由图1和图2对比可知，采用CAN总线方式布线，能大大简化汽车布线。

图1 常规方法布线

图2 CAN总线布线

布线增加使汽车布线中所使用铜线增加。虽然有些线是用于控制且通过电流只有几十毫安，但是为了提高可靠性，规定所用线径最小不能低于0.5mm。实际上，传输距离远的线一般都在0．8mm或1.0mm以上。汽车布线一般是先将线制成线束，然后再把线束装在纵

梁下等看不到的地方，这样一旦线束中出了问题，不仅查找相当麻烦，而且维修也很困难，多数情况下要把线束全部换掉。但是，由

于每种车型的长度、宽度以及电器安装的位置都不同，所以线束也

太不一样，每辆车都要单独设计，从而增加了设计和试制的难度。

在实际生产安装中，要仔细走线并对线头对线号，由于线束很粗而

安装位置有限，所以工效也很低。有时想在车上增加一两种新的功能，或将某个落后的电器配件用一种新型的配件代替，便会多出几

根线，使原来已经很乱的布线更加的乱成一团。鉴于这些原因，在

借鉴计算机网络和现场控制技术的基础上，汽车网络技术应运而生。

CAN(Controller Area Network)数据总线是一种极适于汽车环

境的汽车局域网。CAN总线是德国Bosch公司为解决汽车监控系统中

的复杂技术难题而设计的数字信号通信协议，它属于总线式串行通

信网络。由于采用了许多新技术和独特的设计思想，与同类车载网

络相比，CAN总线在数据传输方面具有可靠、实时和灵活的优点。

国内在CAN总线方面的研究和应用与国外相比还存在明显的差距，体现在两个方面：

(1)国内在自主研究和开发汽车电子CAN网络方面尚处于试验和

起步阶段，国内绝大部分的汽车还没有采用汽车总线设计；

(2)国内汽车合资企业不少已采用CAN总线技术，但核心技术掌

握在外商手中。为顺应世界汽车工业发展的趋势，我国也相应加强

了对CAN总线的研究，并开发具有自主知识产权的CAN总线产品。

早在20世纪70年代末，众多国际知名的汽车公司就积极致力于

汽车总线技术的研究及应用，如BOSCH公司的CAN、马自达的PALMNET、德国大众的ABUS等。其中CAN总线由于其技术背景和来源于工业现场总线和计算机局域网这样非常成熟的技术，现已成为汽车总线的主

流技术和标准。世界上很多著名的汽车制造厂商，如Volkswagen(大众)、BenZ(宝马)、Porsche(保时捷)、Rolls—Royce(劳斯莱斯)、

等都已经采用CAN总线来实现汽车内部控制系统的数据通信。CAN总

线在汽车电子系统中得到广泛应用，已成为欧洲汽车制造业的主体

行业标准，代表着汽车电子控制网络的主流发展趋势。现代汽车越

来越多地采用电子装置控制，例如发动机的定时注油控制，加速、

刹车控制及防抱死刹车系统(ABS)等。

以前，国内批量生产的轿车如上汽的桑塔纳、一汽的捷达和奥迪、神龙的富康以及天汽的夏利等多属于中低档轿车，这些轿车都

没有进行网络化设计，可以说以前国内汽车在CAN总线技术的应用上是一个空白。直到最近几年，国内各汽车公司从国外引进了一些电

控技术含量较高的新车型。完全引进国外技术生产的奥迪A6车型已于2000年起采用总线替代原有线束，帕萨特B5、BORA、POLO、FIATPALl0和SIENA等车型也都不同程度地使用了总线技术，这些技

术主要是以CAN总线技术为主，绝大部分应用在动力总线系统中，其核心技术仍掌握在国外的厂商手中，而在绝大部分国产中低档汽车(包括卡车和货车)上，由于技术上的因素和成本上的因素和成本上

的限制，仍采用传统的传输系统。我国总线技术处于试验和起步阶段，绝大部分的汽车还没有采用汽车总线设计。但CAN总线技术已经开始引起国内一些汽车研发部门的关注，比如上海同济同捷科技股

份有限公司，已经开始了对汽车车身电子信息网络控制系统研制并

取得一定的成果。他们应用CAN总线系统来控制管理整车车身电器，现阶段已经实现汽车照明、灯光信号、雨刷电机、喇叭、电动车窗、中控锁等的管理与控制，同时具有实时检测故障及语音报警功能，

兼有遥控、防盗和集控锁功能，形成了车身电器信息通信交互式网

络控制系统。该网络控制系统将在中国汽车电子自主开发的舞台上

扮演重要角色，这是国内汽车电子技术同国外竞争的最好平台，并

且以此为起点，拓展其他汽车电子技术领域，提高中国汽车电子技

术及整车的国际竞争力。

三、CAN总线发展特点

随着CAN应用领域的不断扩大，在一些应用中，对其通信格式的标准化提出了要求。原先的地址范围由11个识别位定义，如果将地

址范围扩大，则这些应用就可以更好地由CAN来实现。为此，1991年9月Philips半导体公司制定并发布了CAN技术规范(版本2．0)，该技

术规范包括A部分和B两部分，其中2．0A给出了CAN报文的标准格式；

2.0B给出了标准和扩展两种格式。此后，1993年11月ISO正式颁布了道路交通运输工具一数据信息交换一高速通信控制器局域网(CAN)

的国际标准IS011898，为控制器局域网的标准化和规范化铺平了道路。

CAN总线是德国BOSCH公司从80年代初为解决现代汽车中众多的控制与测试仪器之间的数据交换而开发的一种串行数据通信协

议，它是一种多主总线，通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光导

纤维。通信速率可达1MBPS。CAN总线通信接口中集成了CAN协议的物理层和数据链路层功能，可完成对通信数据的成帧处理，包括位

填充、数据块编码、循环冗余检验、优先级判别等项工作。

CAN属于总线式串行通信网络，由于其采用了许多新技术及独特的设计，与一般的通信总线相比，CAN总线的数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性。其特点可概括为：

(1)CAN是到目前为止唯一具有国际标准且成本较低的现场总线；

(2)CAN废除了传统总线的站地址编码，对通信数据块进行编码，为

多主方式工作，不分主从，通信方式灵活，通过报文标识符通信，

可使不同的节点同时接收到相同的数据，无需站地址等节点信息。(3)CAN采用非破坏性总线仲裁技术，当多个节点同时向总线发送信

息时，优先级较低的节点会主动地退出发送，而最高优先级的节点

可不受影响地继续传输数据，从而大大节省了总线冲突仲裁时间。

尤其是在网络负载很重的情况下也不会出现网络瘫痪情况(以太网

则有可能出现这种情况)。

(4)CAN只需通过报文滤波即可实现点对点、一点对多点即全局广播

等方式传送接收数据，无需专门的“调度”。

(5)CAN的直接通信距离最远可达10km(速率5kbps以下)；通信速率最高可达lMbps(此时通信距离最长为40km；

(6)CAN上的节点数最多可达110个(主要取决于总线驱动电路)。

(7)CAN采用短帧结构，单帧最大长度仅150位，传输时间短，从而保证了通信的实时性，受干扰概率低。

(8)CAN的每帧信息都有CRC校验及其他检错措施，降低了数据出错率，保证了数据通信的可靠性。

(9)CAN节点在错误严重的情况下具有自动关闭输出功能，以使总线

上其他节点的操作不受影响。

(10)CAN的通信介质可使用双绞线作为传输介质，价格低廉，可靠性强。

另外，CAN总线采用了多主竞争式总线结构，具有多主站运行和分散仲裁的串行总线以及广播通信的特点。CAN总线上任意节点可在任意时刻主动地向网络上其它节点发送信息而不分主次，因此可在

各节点之间实现自由通信。CAN总线协议已被国际标准化组织认证，技术比较成熟，控制的芯片已经商品化，性价比高，特别适用于分

布式测控系统之间的数通讯。CAN总线插卡可以任意插在PC AT XT兼容机上，方便地构成分布式监控系统。

四、CAN总线的优势

在广泛的工业控制领域，CAN总线可作为现场设备级的现场总线，与其它总线相比，具有很高的可靠性和性价比。这必将是CAN技术开发应用的一个主要方向。在以往的国内测控领域，由于没有更

好的选择，大多采用BITBUS或RS-485作为通信总线。其不足主要有：一主多从，无冗余；数据通信为命令响应，传输率低；错误处理能

力弱。

采用CAN总线技术后即可解决上述问题。CAN网络上任何一个节

点均可作为主节点主动地与其它节点交换数据；CAN网络节点的信息帧可以分出优先级，这对于有实时性要求的控制提供了方便；CAN的物理层及数据链路层有独特的设计技术，使其在抗干扰以及错误检

测等方面的性能均大大提高。CAN的上述特点使其成为诸多工业测控领域中首选的现场总线之一。

在汽车电子领域中应用CAN总线主要具有以下优势：

（1）、传统汽车采用控制线束和控制配电盘。用CAN总线代替车辆线束，可减少各功能模块所需的线束数量和体积。

（2）、CAN总线的汽车各电器设备采用了电子保护，可恢复式保护电器设备运行。汽车电器部件具有了故障诊断功能，在线自动监测，失效后仪表盘会自动显示故障设备，驾驶员从仪表盘上一目了然。（3）、减少整车重量并降低汽车成本，具有较高的数据传输可靠性和安装便捷性，扩展了汽车功能。

（4）、CAN总线方便部件功能较复杂的汽车使用，使汽车舒适性、人性化设计更容易。同时，增强了车用传感器的通用性，匹配更为

简单。汽车电器控制系统设计、改造的灵活性增强（便于用户加装

设备）。

（5）、CAN总线采用软件组态可更改汽车的控制逻辑，便于不同车型的配置设定和汽车的研究更新，集成化的仪表控制总成便于复杂

功能的实现及操作。

（6）、CAN总线形成汽车电气技术平台，便于车辆改型和多种车辆共用一个汽车电子平台，降低汽车的研发和生产成本。

（7)、CAN总线简化了汽车的生产工艺，汽车的检修、保养更加方便，所需的时间减少。CAN总线巡检设备，可自动完成整车检测。

五、 CAN总线技术介绍

1、CAN总线的基本概念

（1）报文(Messages)

总线上的信息以不同的固定报文格式发送，但长度受限。当总线空闲时，任何连接的单元都可以开始发送新的报文。

（2）信息路由(Information Routing)

在CAN系统里，节点不使用任何关于系统配置的信息(比如，站地址)。以下是几个重要概念。

○1系统灵活性：不需要改变任何节点的应用层及相关的软件或硬件，

就可以在CAN网络中直接添加节点。

○2报文路由：报文的寻址内容由识别符命名。识别符不指出报文的目的地，但解释数据的含义。因此，网络上所有的节点都可以通过报文滤波确定是否应对该数据做出反应。

○3多播：由于引入了报文滤波的概念，任何数目的节点都可以接收报文，并同时对此报文做出反应。

○4数据连贯性：应确保报文在CAN网络里同时被所有的节点接收(或同时不被接收)。因此，系统的数据连贯性是通过多播和错误处理的原理实现的。

（3）位速率(Bit Rate)

不同的系统，CAN的速度不同。可是，在一个给定的系统里，位速率是唯一的，并且是固定的。

（4）优先权(Priorities)

在总线访问期间，识别符定义一静态的报文优先权。

（5）远程数据请求(Remote Data Request)

通过发送远程帧，需要数据的节点可以请求另一节点发送相应的数据帧。数据帧和相应的远程帧是由相同的识别符(ID)命名的。（6）多主机(Multi—master)

当总线空闲时，任何单元都可以开始发送报文。具有较高优先权报文的单元可以获得总线访问权。

（7）位仲裁(Arbitration)

要对数据进行实时处理,就必须将数据快速传送,这就要求数据的物理传输通路有较高的速度。在几个站同时需要发送数据时,要求快速地进行总线分配。实时处理通过网络交换的紧急数据有较大的不同。一个快速变化的物理量,如汽车引擎负载,将比类似汽车引擎温度这样相对变化较慢的物理量更频繁地传送数据并要求更短的延时。

CAN总线以报文为单位进行数据传送,报文的优先级结合在11位标识符中,具有最低二进制数的标识符有最高的优先级。这种优先级一旦在系统设计时被确立后就不能再被更改。总线读取中的冲突可通过位仲裁解决。如图2所示,当几个站同时发送报文时,站1的报文标识符为011111;站2的报文标识符为0100110;站3的报文标识符为0100111。所有标识符都有相同的两位01,直到第3位进行比较

时,站1的报文被丢掉,因为它的第3位为高,而其它两个站的报文第3位为低。站2和站3报文的4、5、6位相同,直到第7位时,站3的报文才被丢失。注意,总线中的信号持续跟踪最后获得总线读取权的站的报文。在此例中,站2的报文被跟踪。这种非破坏性位仲裁方法的优点在于,在网络最终确定哪一个站的报文被传送以前,报文的起始部分已经在网络上传送了。所有未获得总线读取权的站都成为具有最高优先权报文的接收站,并且不会在总线再次空闲前发送报文。

CAN具有较高的效率是因为总线仅仅被那些请求总线悬而未决的站利用,这些请求是根据报文在整个系统中的重要性按顺序处理的。这种方法在网络负载较重时有很多优点,因为总线读取的优先级已被按顺序放在每个报文中了,这可以保证在实时系统中较低的个体隐伏时间。

对于主站的可靠性,由于CAN协议执行非集中化总线控制,所有主要通信,包括总线读取 (许可)控制,在系统中分几次完成。这是实现有较高可靠性的通信系统的唯一方法

（8）安全性(Safety)

为了获得最安全的数据发送，CAN的每一个节点均采取了强有力的措施来进行错误检测、错误标定及错误自检。

（9）错误检测(Error Detect ion)

不同于其它总线,CAN协议不能使用应答信息。事实上,它可以将发生的任何错误用信号发出。CAN协议可使用五种检查错误的方法,其中前三种为基于报文内容检查。

○1循环冗余检查(CRC)

在一帧报文中加入冗余检查位可保证报文正确。接收站通过CRC 可判断报文是否有错。

○2帧检查

这种方法通过位场检查帧的格式和大小来确定报文的正确性,用于检查格式上的错误。

○3应答错误

如前所述,被接收到的帧由接收站通过明确的应答来确认。如果发送站未收到应答,那么表明接收站发现帧中有错误,也就是说,ACK 场已损坏或网络中的报文无站接收。CAN协议也可通过位检查的方法

探测错误。

○4总线检测

有时,CAN中的一个节点可监测自己发出的信号。因此,发送报文的站可以观测总线电平并探测发送位和接收位的差异。

○5位填充

一帧报文中的每一位都由不归零码表示,可保证位编码的最大效率。然而,如果在一帧报文中有太多相同电平的位,就有可能失去同步。为保证同步,同步沿用位填充产生。在五个生。在五个连续相等位后,发送站自动插入一个与之互补的补码位;接收时,这个填充位被自动丢掉。例如,五个连续的低电平位后,CAN自动插入一个高电平位。CAN通过这种编码规则检查错误,如果在一帧报文中有6个相同位,CAN就知道发生了错误。

如果至少有一个站通过以上方法探测到一个或多个错误,它将发送出错标志终止当前的发送。这可以阻止其它站接收错误的报文,并保证网络上报文的一致性。当大量发送数据被终止后,发送站会自动地重新发送数据。作为规则,在探测到错误后23个位周期内重新开始发送。在特殊场合,系统的恢复时间为31个位周期。

但这种方法存在一个问题,即一个发生错误的站将导致所有数据被终止,其中也包括正确的数据。因此,如果不采取自监测措施,总线系统应采用模块化设计。为此,CAN协议提供一种将偶然错误从永久错误和局部站失败中区别出来的办法。这种方法可以通过对出错站统计评估来确定一个站本身的错误并进入一种不会对其它站产生不良影响的运行方法来实现,即站可以通过关闭自己来阻止正常数据因被错误地当成不正确的数据而被终止。

（10）错误检测的执行(Performance of Error Detection)错误检测具有以下特征。

●所有全局错误均可被检测；

●发送器的所有局部错误均可被检测；

●报文中多至5个随机分布错误均可被检测；

●报文中长度小于15位的突发性错误均可被检测；

●报文中任何奇数个错误均可被检测；

●未检出的已损报文的剩余错误概率为报文出错率的4．7×10q1。（11）错误标定和恢复时间(Error Signalling and Recovery Time)

任何检测到错误的节点都会标志出已损坏的报文，此报文会失效并将自动地开始重新

传送。如果不再出现新错误的话，那么从检测到错误到下一报文的传送开始为止，恢复时间最多为29个位的时间。

（12）故障界定(Fault Confinement)

CAN节点能够把永久故障和短暂扰动区分开来，永久故障的节点会被关闭。

（13）连接(Connections)

CAN串行通信链路是可以连接许多单元的总线。理论上，可连接无数多的单元，但由于实际上受延迟时间以及／或者总线线路上电气负载的影响，连接单元的数量是有限的。

（14）单通道(single Channel)

总线是由单一进行双向位信号传送的通道组成的，通过此通道可以获得数据的再同步信息。要使用此通道实现通信，可以采用许多方法，如使用单芯线(加上接地)、两条差分线、光缆等。这种技术规范不限制这些实现方法的使用，即未定义物理层。

（15）总线值(Bus Values)

总线可以具有两种互补的逻辑值之一：“显性"。比如，在执行总线的“线与”时，逻辑0代表“显性"等级，逻辑1代表“隐性"等级。该技术规范不给出表示这些逻辑电平的物理状态(如电压、光)。

（16）应答(Acknowledgment)

所有的接收器检查报文的连贯性。对于连贯的报文，接收器做出应答；对于不连贯的报文，接收器做出标志。

（17）睡眠/唤醒模式(Sleep/Wake—up Mode)

为了减少系统电源的功率消耗，可以将CAN器件设为睡眠模式，以便停止内部活动及断开与总线驱动器的连接。CAN器件可由总线激活，或被系统内部状态而被唤醒。唤醒时，虽然传输层要等待一段时间使系统震荡器稳定，然后还要等待一段时间直到与总线活动同步(通过检查11个连续的“隐性"位)，但在总线驱动器被重新设置为“总线在线”之前，内部运行已重新开始。

2． CAN与其它通信方案的比较

在实践中,有两种重要的总线分配方法:按时间表分配和按需要

分配。在第一种方法中 ,不管每个节点是否申请总线,都对每个节点按最大期间分配。由此,总线可被分配给每个站并且是唯一的站,而

不论其是立即进行总线存取或在一特定时间进行总线存取。这将保

证在总线存取时有明确的总线分配。在第二种方法中,总线按传送数据的基本要求分配给一个站 ,总线系统按站希望的传送分配

(如:Ethernet CSMA/CD)。因此,当多个站同时请求总线存取时,总线将终止所有站的请求,这时将不会有任何一个站获得总线分配。为了分配总线,多于一个总线存取是必要的。

CAN实现总线分配的方法,可保证当不同的站申请总线存取时,明确地进行总线分配。这种位仲裁的方法可以解决当两个站同时发送

数据时产生的碰撞问题。不同于Ethernet网络的消息仲裁,CAN的非破坏性解决总线存取冲突的方法,确保在不传送有用消息时总线不

被占用。甚至当总线在重负载情况下,以消息内容为优先的总线存取也被证明是一种有效的系统。虽然总线的传输能力不足,所有未解决的传输请求都按重要性顺序来处理。在CSMA/CD这样的网络中,如Ethernet,系统往往由于过载而崩溃,而这种情况在CAN中不会发生。

此外CAN总线与其他总线形式相比具有很高的可靠性，为防止汽车在使用寿命期内由于数据交换错误而对司机造成危险,汽车的安

全系统要求数据传输具有较高的安全性。如果数据传输的可靠性足

够高,或者残留下来的数据错误足够低的话,这一目标不难实现。从

总线系统数据的角度看,可靠性可以理解为,对传输过程产生的数据

错误的识别能力。

残余数据错误的概率可以通过对数据传输可靠性的统计测量获得。它描述了传送数据被破坏和这种破坏不能被探测出来的概率。

残余数据错误概率必须非常小,使其在系统整个寿命周期内,按平均

统计时几乎检测不到。计算残余错误概率要求能够对数据错误进行

分类 ,并且数据传输路径可由一模型描述。如果要确定CAN的残余

错误概率,我们可将残留错误的概率作为具有80～90位的报文传送

时位错误概率的函数,并假定这个系统中有5～10个站,并且错误率

为1/1000,那么最大位错误概率为10—13数量级。例如,CAN网络的数据传输率最大为1Mbps,如果数据传输能力仅使用50%,那么对于一个工作寿命4000小时、平均报文长度为 80位的系统,所传送的数据总量为9×1010。在系统运行寿命期内,不可检测的传输错误的统计平均小于10—2量级。换句话说,一个系统按每年365天,每天工作8小时,每秒错误率为0. 7计算,那么按统计平均,每1000年才会发生一个不可检测的错误。

六、CAN总线应用发展

1、CAN总线技术的应用现状

CAN是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络，最初由德国Bosch公司80年代用于汽车内部测试和控制仪器之间的数据通信。目前CAN总线规范已被国际标准化组织ISO制订为国际标

准ISO11898，并得到了Motorola，Intel ，Philips等大半导体器件生产厂家的支持，迅速推出各种集成有CAN协议的产品。目前CAN 总线主要用于汽车自动化领域，如发动机自动点火、注油、复杂的

加速刹车控制（ASC〉、抗锁定刹车系统（ABS）和抗滑系统等。BENZ、BMW等著名汽车上已经采用CAN来满足上述功能。在工业过程控制领域，CAN也得到了广泛的应用。

2、CAN在工业控制中的应用现状

在设计过程中，首先要定义各节点的功能，确定各节点检测或控制量的数目、类型、信号特征。这是进行工业控制系统网络化的

第一步。原则是尽量避免重复测试。其次，选择各节点控制器和相

应的CAN适配元件。如果各测控节点功能相对单一，数据量少，切CPU的要求较低低，一般在设计中都采用8051系列单片机即可满足要求。CAN 总线适配器件主要有：控制器接口、总线收发器和I/O

器件。大多采用Philips公司生产的82C200CAN控制器和与其配套

的82C250CAN收发器。82C200具有完成高性能通信协议所要求的全部必要特性。具有简单总线连接的82C200可完成物理层和数据链路层的所有功能。

最后，按照CAN总线物理层协议选择总线介质，设计布线方案，连接成CAN网络。为进一步提高系统的可靠性，则需要考虑系统的

冗余设计。双绞屏蔽线可设两套，在两套介质上同时进行信息传输，接收方只用一个介质。在冗余和非冗余段的连接临界点处进行总线

切换。

3、 CAN在汽车电子中的发展

在现代汽车上,电子控制系统与线束有着密切关系。如果把微机、传感器与执行元件的功能用人体来比喻，可以说微机相当于人脑，

传感器相当于感觉器官，执行元件相当于运动器管。显然，只有头

脑和各种器官，没有神经和血管，人体的手足将不能发挥应有的功能。连接汽车的电气电子部件并使之发挥功能的电线束，就是起汽

车中“神经与血管”的作用。线束是由构成电路的电线组成，它既

要确保传送电信号，也要保证连接电路的可靠性，向电子电气部件

供应规定的电流值，防止对周围电路的电磁干扰，并要排除电器短路。

汽车的线束从功能来分，有传递传感器输入指令的信号线和运

载驱动执行元件(作动器)电力的电力线二种。信号线是不运载电力

的细电线(光纤维通信)，电力线则是运送大电流的粗电线。例如信

号电路用的导线截面积为0.3、0.5mm2；在电机、执行元件用的导线

截面积为0.85、1.25mm2，而电源电路用导线截面积为2、3、5mm2；而特殊电路(起动机、交流发电机、发动机接地线等)则有8、10、15、20mm2不同规格。导线截面积越大，电流容量也越大。电线的选择，除了考虑电气性能外，还要受到车载时物理性能的制约，因此其选

择范围很广。例如，出租汽车上的频繁开/关的车门和跨越车身之间的电线应该由挠曲性能良好的导线构成。在温度高的部位使用的导线，一般采用绝缘性和耐热性良好的氯乙烯、聚乙烯包覆的导线。

近年来，微弱信号电路使用的电磁屏蔽线也不断增加。

另外，连接线束与电子、电气部件、电路的重要部件——接插件近年来也不断进行改进。例如采用电阻焊制造的车用接插件与新型

线束材料成功应用于车顶模块(roof module)上。

随着现代汽车安全性、舒适性及环保要求的不断提高，汽车上的电路数量与用电量显著增加，从而使大量线束在有限的汽车空间中

如何更有效合理布置已成为汽车制造业面临的问题。

很早以来，多路通信技术被看成解决车用线束不断增加的方法。世界各大汽车制造公司都制定专用标准。可是，多路通信技术由于

价格昂贵只用于高级车上。近年来，车用电子系统不断增加，数据

输送速度不足，并且小型经济型车也要求向高功能方向发展，再加

上线束不断增加，形成“肥大化”，因此，以此为背景，自2000年开始，在国外轿车上开始使用控制器局域网(CAN)的标准通信协议。

现在,最多使用的通信协议就是高速CAN，其中最重要的局域网应用于动力传动系统与部件车身系通信。控制器局域网(CAN)的特点是，事件触发器(Event trigger)、CSMA/CA方式(如果总线空载，则所有电控单元均能发出信号，而当信号冲突时，让高优先度信号先

发出，然后再是其他信号发出)。当网上信息量增加时，就很难保证响应时间和预测性。在现代高级轿车上设有70个以上电控单元，由于网络上信息量有不断增加的趋势，所以网络加以分割，在每一个

车身系或动力传动系分别设有网络，只有必需的数据通过网间连接

器(gateway)进行转接(在车辆内应用二个通信协议)。

以下概要介绍车身系、动力传动系、多媒体系统及用于安全系统的车内can技术应用。

在车身系中低速控制器局域网CAN(Controller Area Network.～125kbps)这是CAN的低速版本。其构成与高速CAN基本

相同，但是在双线式总线中，即使单侧发生故障(短路、断线)仍然

继续通信。导线介质是铜线，使用单线或双绞电线。

在动力传动系采用CAN通信协议。其特点是，事件触发器，CSMA/CA方式。预计在北美自2007年开始，高速CAN(500kbps)作为诊断用通信协议将制定标准并成为法规。导线为铜线，一般使用双

绞线。

在多媒体系统中采用CAN技术，这是广泛应用于个人微机的周边设备、家电的的车载版，导线为铜线及塑料光纤(POF),但尚未用

于车辆上，不过在2004年世界智能交通系统(ITS)会议在日本爱知、名古屋展出过试制车。

此外，通过车内局域网的扩大应用，使电控单元(ECU)软件开发作业增加。由于是专业软件，因此很难在其他车种上再利用。所以，为了解决这一问题，现在出现了基础软件通用化应用的动向，如AUTOSAR，JASPAR通用化基础软件。通过应用通用化基础软件，不需要有意识地区别硬件的不同，所以可以提高开发效率(只属于应用性开发)，实现应用软件的再利用。由此可以缩短开发时间，提高质量以确保汽车整车公司与汽车零部件制造公司的国际竞争力。

七、CAN总线技术的展望

由于can总线的优越性能，为促进CAN以及CAN协议的发展，1992在欧洲成立了CiA(CAN in Automation)。在CiA的努力推广下，CAN