第10章目录 第10章cAN"Bs汽车多路信息传输系统 10.1汽车车载电脑网络系统概述 10.1.1汽车电子网络结构 10.1.2微处理器(MCU或GPU) 10.1.3汽车网络互连标准 10.1.4传输介质… 10.1.5开发语言及操作系统 0.2CAN数据传输系统原理 10.2.1C总线概述 10.2.2C总线的特点及组成 10.2.3CAN数据总线的传输过程 0.3大众车系单片机局域网络介绍 10.3.1宝来动力N数据传输系统 10.3.1宝来舒适CAM数据传输系统 10.4宝马CAN技术介绍 10.4.1宝马(BME38E39)BU网络总线结构 10.42宝马(BmE38E39)BUS网络总线故障检查 小结 习题
- 1 - 第 10 章目录 第 10 章 CAN-BUS 汽车多路信息传输系统....................................................................................................- 2 - 10.1 汽车车载电脑网络系统概述............................................................................................................... - 2 - 10.1.1 汽车电子网络结构 ....................................................................................................................- 2 - 10.1.2 微处理器（MCU 或 CPU） ..........................................................................................................- 4 - 10.1.3 汽车网络互连标准 ....................................................................................................................- 4 - 10.1.4 传输介质 ....................................................................................................................................- 6 - 10.1.5 开发语言及操作系统 ................................................................................................................- 6 - 10.2 CAN 数据传输系统原理 ...................................................................................................................... - 7 - 10.2.１ CAN 总线概述 ...........................................................................................................................- 7 - 10.2.2 CAN 总线的特点及组成 .............................................................................................................- 8 - 10.2.3 CAN 数据总线的传输过程..........................................................................................................- 9 - 10.3 大众车系单片机局域网络介绍 ....................................................................................................... - 10 - 10.3.1 宝来动力 CAN 数据传输系统...................................................................................................- 10 - 10.3.1 宝来舒适 CAN 数据传输系统...................................................................................................- 12 - 10.4 宝马 CAN 技术介绍 ........................................................................................................................... - 13 - 10.4.1 宝马（BMW E38/E39） BUS 网络总线结构............................................................................- 13 - 10.4.２ 宝马（BMW E38/E39） BUS 网络总线故障检查..................................................................- 13 - 小结 .............................................................................................................................................................. - 15 - 习题 .............................................................................................................................................................. - 15 -
第10章CAN-BUS汽车多路信息传输系统 ☆知识点 1.CAN总线的特点、组成和传输原理 2.大众车系单片机局域网络简介 3.宝马CAN技术简 ★要求 1.CAN总线的特点、组成 2.大众车系(宝来)单片机局域网络的组成和特点 了解 1.CAN总线的传输原理 2.宝马CAN总线的测试 10.1汽车车载电脑网络系统概述 随着汽车技术的发展,在汽车上采用的计算机微处理芯片数量越来越多,多个处理器之间相互 连接、协调工作并共享信息构成了汽车车载电脑网络系统(图10.1)。 6789 10 图10.1典型的网络结构 1.ABS模块:2.动力系统控制模块(PCM);3.电子自动温度控制(EATC):4.集成控制板(ICP):5.虚像组合仪表:6.照明控制模块(LCM) 7.驾驶员座椅模块(DSM);8.驾驶员车门模块(DM);9.移动电话模块:10.汽车动态模块 10.1.1汽车电子网络结构 在汽车内部采用基于总线的网络结构,可以达到信息共享、减少布线、降低成本以及提高总体
- 2 - 第 10 章 CAN-BUS 汽车多路信息传输系统 ☆知识点 1.CAN 总线的特点、组成和传输原理 2.大众车系单片机局域网络简介 3. 宝马 CAN 技术简介 ★要求 掌握 1. CAN 总线的特点、组成 2. 大众车系（宝来）单片机局域网络的组成和特点 了解 1. CAN 总线的传输原理 2. 宝马 CAN 总线的测试 10.1 汽车车载电脑网络系统概述 随着汽车技术的发展，在汽车上采用的计算机微处理芯片数量越来越多，多个处理器之间相互 连接、协调工作并共享信息构成了汽车车载电脑网络系统（图 10.1）。 图 10.1 典型的网络结构 1.ABS 模块；2.动力系统控制模块（PCM）；3.电子自动温度控制（EATC）；4.集成控制板（ICP）；5.虚像组合仪表；6.照明控制模块（LCM）； 7.驾驶员座椅模块（DSM）；8.驾驶员车门模块（DDM）；9.移动电话模块；10.汽车动态模块 10.1.1 汽车电子网络结构 在汽车内部采用基于总线的网络结构，可以达到信息共享、减少布线、降低成本以及提高总体
可靠性的目的。通常的汽车网络结构采用多条不同速率的总线分别连接不同类型的节点,并使用网 关服务器来实现整车的信息共享和网络管理,如图10.2所示 娱乐及媒体系统 车身系统 动力系统 仪表板网关 子系统 收音机 后视镜 发动机管理系统 车载电话 电动窗 自动变速器 车门模块 导航系统 门锁 牵引控制系统 CD播放 开关面板 AbS+ASC 电视模块位置电机 诊断 座椅模块 传感器 车灯系统 控制面板 气囊控制 空调控制 控制面板 图10.2汽车电子网络结构 车身系统的控制单元多为低速马达和开关量器件,对实时性要求低而数量众多。使用低速的总 线连接这些电控单元。将这部分电控单元与汽车的驱动系统分开,有利于保证驱动系统通信的实时 性。此外,采用低速总线还可增加传输距离、提高抗干扰能力以及降低硬件成本。 动力与传动系统的受控对象直接关系汽车的行驶状态,对通讯实时性有较高的要求。因此使用 高速的总线连接动力与传动系统。传感器组的各种状态信息可以广播的形式在高速总线上发布,各 节点可以在同一时刻根据自己的需要获取信息。这种方式最大限度地提高了通信的实时性 故障诊断系统是将车用诊断系统在通信网络上加以实现。 信息与车载媒体系统对于通讯速率的要求更高,一般在2Mb/s以上。采用新型的多媒体总线连 接车载媒体。这些新型的多媒体总线往往是基于光纤通信的,从而可以充足保证带宽。 网关是电动汽车内部通信的核心,通过它可以实现各条总线上信息的共享以及实现汽车内部的 网络管理和故障诊断功能
- 3 - 可靠性的目的。通常的汽车网络结构采用多条不同速率的总线分别连接不同类型的节点，并使用网 关服务器来实现整车的信息共享和网络管理，如图 10.2 所示。 图 10.2 汽车电子网络结构 车身系统的控制单元多为低速马达和开关量器件，对实时性要求低而数量众多。使用低速的总 线连接这些电控单元。将这部分电控单元与汽车的驱动系统分开，有利于保证驱动系统通信的实时 性。此外，采用低速总线还可增加传输距离、提高抗干扰能力以及降低硬件成本。 动力与传动系统的受控对象直接关系汽车的行驶状态，对通讯实时性有较高的要求。因此使用 高速的总线连接动力与传动系统。传感器组的各种状态信息可以广播的形式在高速总线上发布，各 节点可以在同一时刻根据自己的需要获取信息。这种方式最大限度地提高了通信的实时性。 故障诊断系统是将车用诊断系统在通信网络上加以实现。 信息与车载媒体系统对于通讯速率的要求更高，一般在 2 Mb/s 以上。采用新型的多媒体总线连 接车载媒体。这些新型的多媒体总线往往是基于光纤通信的，从而可以充足保证带宽。 网关是电动汽车内部通信的核心，通过它可以实现各条总线上信息的共享以及实现汽车内部的 网络管理和故障诊断功能。 收音机 车载电话 CD 播放 电视模块 导航系统 发动机管理系统 自动变速器 ABS+ASC 牵引控制系统 仪表板网关 子系统 动力系统 开关面板 车门模块 门锁 电动窗 后视镜 车灯系统 诊断 娱乐及媒体系统 车身系统 控制面板 座椅模块 传感器 位置电机 气囊控制 空调控制 控制面板
随着新技术的不断发展,在未来的汽车网络中,还将会有专门用于气囊的安全总线系统,以及 X-by-Wire系统。 10.1.2微处理器(McU或cPU) 从1975年摩托罗拉公司为碰M生产第一个微处理器68009应用在1978年 Cadillac汽车上计程) 开始到目前,汽车上的微处理器类型已经逐渐由8位、16位发展到32位,CPU的结构也由RISC逐 渐取代CISC,最近推出了16/32位RISC微控制器的M. Core ty平台。 最近各汽车公司推出的新车型,多数都采用了可编程( FLASH)的32位芯片。IBM和 INTEL宣 布合作开发的车载计算机平台将采用奔腾MX处理器,控制功能由简单的计程向复杂的高端应用领 域拓展。 10.1.3汽车网络互连标准 为了解决信息共享、减少布线问题以及满足政府排放法规要求,汽车制造商和相关组织开发了 汽车网络,目前主要的汽车网络互连规范有德国B0SCH最早开发推出的欧洲规范CAN和美国汽车工 程师协会(SAE)开发的美国规范J1850。其他的总线类型(如;VAN、TTP等)在汽车内部网络也有 使用,不过CAN和J1850基本上已经成为事实上的标准。IDB( itS data bus)为汽车网络拓展提供 了标准。 1CAN标准 控制器局域网CAN( Controller Area Network)是由德国BSCH公司于1986年提出并推广应 用的,按照IS0的有关部门规定,CAN拓扑结构为总线式,所以也称CAN总线。最初为CAN总线1.0 版,1990年推出CAN总线1.2修订版,1991年推出CAN总线2.0版。目前,CAN总线不但已经成为 汽车总线的主要互连规范,而且被公认为最有前途的几种工业现场总线之一,已由IS0TC22技术委 员会批准为国际标准,是唯一被批准为国际标准的现场总线。1993年国际CAN用户及制造商组织(简 称CIA)在欧洲成立,主要作用是解决CAN总线实际应用中的问题,提供CAN产品及其开发工具, 推广CAN总西南的应用。CAN总线的典型结构如图10.3所示。 CAN采用多主工作方式,节点之间不分主从,节点之间有优先级之分。通信方式灵活,可实现 点对点、一点对多点及广播式传输数据,无须调度。 CAN采用非破坏性总线仲裁技术,优先级发送,可大大节省总线冲突仲裁时间,在重负荷下 现出良好的性能。 CAN采用短帧结构传输,每帧有效字节为8个,传输时间短,受干扰的概率低,并且每帧信息
- 4 - 随着新技术的不断发展，在未来的汽车网络中，还将会有专门用于气囊的安全总线系统，以及 X-by-Wire 系统。 10.1.2 微处理器（MCU 或 CPU） 从 1975 年摩托罗拉公司为 GM 生产第一个微处理器 68009 应用在 1978 年 Cadillac 汽车上计程） 开始到目前，汽车上的微处理器类型已经逐渐由 8 位、16 位发展到 32 位，CPU 的结构也由 RISC 逐 渐取代 CISC，最近推出了 16/32 位 RISC 微控制器的 M.Core TM 平台。 最近各汽车公司推出的新车型，多数都采用了可编程（FLASH）的 32 位芯片。IBM 和 INTEL 宣 布合作开发的车载计算机平台将采用奔腾 MMX 处理器，控制功能由简单的计程向复杂的高端应用领 域拓展。 10.1.3 汽车网络互连标准 为了解决信息共享、减少布线问题以及满足政府排放法规要求，汽车制造商和相关组织开发了 汽车网络，目前主要的汽车网络互连规范有德国 BOSCH 最早开发推出的欧洲规范 CAN 和美国汽车工 程师协会（SAE）开发的美国规范 J1850。其他的总线类型（如；VAN、TTP 等）在汽车内部网络也有 使用，不过 CAN 和 J1850 基本上已经成为事实上的标准。IDB（ITS data bus）为汽车网络拓展提供 了标准。 1.CAN 标准 控制器局域网 CAN（Controller Area Network）是由德国 BOSCH 公司于 1986 年提出并推广应 用的，按照 ISO 的有关部门规定，CAN 拓扑结构为总线式，所以也称 CAN 总线。最初为 CAN 总线 1.0 版，1990 年推出 CAN 总线 1.2 修订版，1991 年推出 CAN 总线 2.0 版。目前,CAN 总线不但已经成为 汽车总线的主要互连规范,而且被公认为最有前途的几种工业现场总线之一，已由 ISO TC22 技术委 员会批准为国际标准，是唯一被批准为国际标准的现场总线。1993 年国际 CAN 用户及制造商组织（简 称 CIA）在欧洲成立，主要作用是解决 CAN 总线实际应用中的问题，提供 CAN 产品及其开发工具， 推广 CAN 总西南的应用。CAN 总线的典型结构如图 10.3 所示。 CAN 采用多主工作方式，节点之间不分主从，节点之间有优先级之分。通信方式灵活，可实现 点对点、一点对多点及广播式传输数据，无须调度。 CAN 采用非破坏性总线仲裁技术，优先级发送，可大大节省总线冲突仲裁时间，在重负荷下表 现出良好的性能。 CAN 采用短帧结构传输，每帧有效字节为 8 个，传输时间短，受干扰的概率低，并且每帧信息
都有CRC校验和其他校验措施,数据出错率极低。当节点发生严重错误时,具有自动关闭功能,但 总线上的其他节点不受影响。 CAN2.0B规范CAN总线最大通讯速率可以达到Mbps 控制单元1 控制单元2 信号前置及驱动电路 信号前置及驱动电路 单片计算机 单片计算机 CAN接口控制器 CAN接口控制器 数据传输终端 GAN接口控制器 数据传输终端 中央监控计算机 控制单元3 图10.3CAN总线的典型结构 目前,汽车上主要有2条CAN总线,即低速(L)与高速(H)CAN总线,L线路工作在125kbps 以内,主要控制车身及舒适系统(中央门锁、车窗、天窗、收音机、座椅、安全气囊和综合显示仪 表等);H线路工作在125kbps以上,主要控制动力系统(发动机、自动变速器、制动系统以及防侧 滑系统等),随着汽车技术的发展,总线的数量会越来越多,功能越来越强大。 大众公司(WW)近年来已经由A-BUS(最高速率为500kbps)转向CAN总线。 亚洲汽车厂商的汽车网络尽管没有自己开发的规范,但多数厂商的汽车网络规范选择了CAN, 在中国CAN也占多数。国内像奥迪A6、帕萨特B5、波罗、宝来、奇瑞A5都采用CAN数据总线。 J1850标准 J1850是美国汽车的车内联网标准,包含了两个不兼容的规程。通用汽车公司(GM)和克莱斯 勒汽车公司( Chrysler)采用10.4kbps可变规程的类似版本,在单根线的总线上通信;福特汽车 公司(FORD)采用46.1kbps的PWM行,在双线的差分总线上通信 J1850也是采用载波传感、多路存取/碰撞分辨的仲裁规程。当多个节点同时发送数据时,优先 级低的节点重新发送,优先级高的节点信息则连续传送至其目的地。J1850的速率远低于CAN,目前 部分北美的发动机和变速器系统使用了速率更高的CAN进行通讯,但美国大量的检测工具都是按照
- 5 - 都有 CRC 校验和其他校验措施，数据出错率极低。当节点发生严重错误时，具有自动关闭功能，但 总线上的其他节点不受影响。 CAN2.0 B 规范 CAN 总线最大通讯速率可以达到 1Mbps。 图 10.3 CAN 总线的典型结构 目前，汽车上主要有 2 条 CAN 总线，即低速（L）与高速（H）CAN 总线，L 线路工作在 125kbps 以内，主要控制车身及舒适系统（中央门锁、车窗、天窗、收音机、座椅、安全气囊和综合显示仪 表等）；H 线路工作在 125kbps 以上，主要控制动力系统（发动机、自动变速器、制动系统以及防侧 滑系统等），随着汽车技术的发展，总线的数量会越来越多，功能越来越强大。 大众公司（VW）近年来已经由 A—BUS（最高速率为 500kbps）转向 CAN 总线。 亚洲汽车厂商的汽车网络尽管没有自己开发的规范，但多数厂商的汽车网络规范选择了 CAN， 在中国 CAN 也占多数。国内像奥迪 A6、帕萨特 B5、波罗、宝来、奇瑞 A5 都采用 CAN 数据总线。 2.J1850 标准 J1850 是美国汽车的车内联网标准，包含了两个不兼容的规程。通用汽车公司（GM）和克莱斯 勒汽车公司（Chryler）采用 10.4kbps 可变 规程的类似版本，在单根线的总线上通信；福特汽车 公司（FORD）采用 46.1kbps 的 PWM 行，在双线的差分总线上通信。 J1850 也是采用载波传感、多路存取/碰撞分辨的仲裁规程。当多个节点同时发送数据时，优先 级低的节点重新发送，优先级高的节点信息则连续传送至其目的地。J1850 的速率远低于 CAN，目前 部分北美的发动机和变速器系统使用了速率更高的 CAN 进行通讯，但美国大量的检测工具都是按照 信号前置及驱动电路 单片计算机 CAN 接口控制器 信号前置及驱动电路 单片计算机 CAN 接口控制器 CAN 接口控制器 中央监控计算机 数据传输终端 数据传输终端 控制单元 1 控制单元 2 控制单元 3