硬件接口协议之“CAN总线简介”

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本文主要介绍CAN总线的发展历史、标准化、应用等。


发展历史

CAN总线从1986年第一次发布至今，已经经历了30多年的发展，已成为应用最广、最有前途的现场总线之一。CAN总线在汽车及交通、工业自动化、铁路自动化、楼宇自动化等领域已经独领风骚。下面简单梳理一下CAN的发展发展过程中的一些主要的历史事件：

  • 1983年，Bosch开始CAN总线研发；

  • 1986年，Bosch在SAE大会上公布CAN协议；

  • 1987年，Intel和Philips先后推出CAN控制器芯片（Intel的82526，Philips的82C200）；

  • 1991年，CAN总线最先在Benz S500E系列轿车上应用；

  • 1991年，CAN 2.0标准发布，分为 CAN 2.0A （11位标识符）和 CAN 2.0B （29位标识符）；

  • 1992年，CiA用户组织成立；

  • 1993年，ISO颁布CAN国际标准ISO 11898；

  • 1994年，SAE颁布基于CAN的J1939标准；

  • 1994年开始有了国际CAN学术年会（iCC），CiA 每年召开一次。

  • 1995年，CiA发布CANopen协议；

  • 2000年，TTCAN（time-triggered communication protocol for CAN）发布；

  • 2011年，Bosch发布了CAN-FD（CAN with Flexible Data-Rate），继承了传统CAN的主要特性，但CAN FD定义了在仲裁后使用不同的数据帧结构，从而使得数据传输速率达到最高12Mbps。


版本变迁

CAN规范经历了很多版本的变迁：

  • CAN 1.2

  • CAN 2.0A，标准格式

  • CAN 2.0B，扩展格式

  • CAN FD


CAN针对ID参数规定了两种不同的格式。其中标准消息格式用了11位的ID，而扩展消息格式用了29位的ID。

  • CAN 2.0兼容CAN 1.2

  • CAN 2.0A-只规定了标准消息格式（扩展消息会被认为是错误的）

  • CAN 2.0B active-能处理标准和扩展消息格式
    CAN 2.0B passive-处理标准消息，忽略扩展消息

  • CAN FD兼容CAN 2.0


标准化

CAN总线最初由BOSCH提出，后经ISO组织确定为国际标准，根据特性差异又分为不同的子标准，CAN国际标准只涉及到OSI（开放式通信系统参考模型 ）的物理层和数据链路层。上层协议是在CAN标准基础上定义的应用层，市场上有不同的应用层标准。
CAN标准分为底层标准（物理层和数据链路层）和上层标准（应用层）两大类。CAN底层标准主要是ISO 11898、ISO11519等国际标准，也就是说不同厂商在CAN总线的物理层和数据链路层的定义基本相同；而上层标准，涉及到例如流控制、设备寻址和大数据块传输控制等，不同应用领域或制造商会有不同的做法，没有统一的国际标准。


CAN底层标准涵盖OSI模型中的物理层和数据链路层，底层标准包括ISO 11898、ISO11519、SAE J2411等，后面再详细介绍。




底层标准都相同，但是不同应用领域和组织会制定不同的上层标准。对于汽车行业，几乎每家厂商都有自己的CAN上层标准。比较流行的有工业自动化领域CiA的CANopen ，Rockwell的DeviceNet；嵌入式控制领域Kvaser的CAN Kingdom；智能设备控制 Honeywell的SDS；汽车诊断ISO 14229定义 UDS，中重型汽车CAN总线标准 SAE J1939 等等。



应用

随着汽车行业的发展，目前车内ECU可能多达上百个，包括引擎控制单元、传动控制、安全气囊、ABS、巡航控制、EPS、音响系统、门窗控制和电池管理等等模块，虽然某些模块是单一的子系统，但是模块之间的互连依然非常重要，CAN总线就可以满足这些子系统之间数据传输的需求。使用CAN总线实现车内系统互连，大大降低了车内电子系统布线的复杂度。



下面是一组数据对比：

2013年福特Fusion汽车的组件：

  • 70个ECU单元

  • 75个传感器

  • 150个激励器

2030年自动驾驶汽车的组件（预测）：

  • 120个ECU单元

  • 100个传感器

  • 200个激励器


以上就是针对CAN总线的发展、标准及应用的简单介绍，后续会从底层硬件、底层标准规范、通信过程等方面进行详细的介绍。


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