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• 關鍵詞： CAN總線 汽車電子 智能化
• 摘要：CAN總線憑借著本身的高性能，越來越受到汽車電子業的廣泛應用。已成為該領域最主導市場的總線之一。CAN總線是計算機網絡與工業控制的產物，對于汽車工業而言，它的實時性、靈活性、可靠性、低成本以及良好的故障珍斷和糾錯能力都有著很大的吸引力及市場空間。CAN作為控制器聯網的手段，已廣泛應用于各品牌汽車。相信CAN總線技術將會成為汽車領域發展的途徑。

一、CAN總線

CAN是Control Area Network 的縮寫, 該項技術最早由德國BOSCH 公司推出, 用于汽車內部測量與執行部件之間的數據通信。其總線規范現已被ISO 國際標準組織制訂為國際標準。由于得到了Motorola , Intel , Philip , Siemence , NEC 等公司的支持, 它廣泛應用在離散控制領域。CAN通信介質可以是雙絞線、光導纖維、同軸電纜，作為一種串行多主站控制器局域網總線，他的通訊可靠性、網絡安全性、實時性都非常高，成本也低廉，很適用一些中小規模的交通運載工具電氣系統、工業過程監控設備的互連、電磁輻射強、環境溫度惡劣、振動大的工業環境及汽車計算機控制系統。就目前的趨勢看，CAN總線協議必是汽車計算機控制系統和嵌入式工業控制局域網的標準總線。

CAN屬于總線式串行通信網絡，由于采用了許多新技術以及獨特的設計，與一般的通信總線相比，CAN總線的數據通信具有突出性能、可靠性、實時性和靈活性，以及良好的故障珍斷和糾錯能力。其特點主要有：

1)支持分布式控制，實時控制。

2)不分主從，CAN是主站總線，在任何時刻各節點都可向網絡上的節點發送信息，通信靈活，可以多主方式工作。

3)實時性好，采用非破壞性的獨特的總線仲裁技術，高優先級節點優先傳送數據，有效避免總線沖突。

4)CAN采用全局廣播、一點對多點、點對點傳送數據功能。

5)短幀結構的采用降低了數據出錯率，數據傳輸時間短，每幀有效字節數最多為8個，有CRC及其它校驗措施，適合在高干擾環境下使用。

6)一旦出現嚴重錯誤，可自動脫離或關閉總線，而其他總線操作不會受影其響。

7)每次擴充石，直接掛新節點在總線上，改型靈活，系統擴充容易，走線少。

8)CAN總線的最大傳輸速率可達1Mb／s，直接通信距離最遠可達到10km，(速率在5kbps以下)。

9)CAN節點數在標準幀是可達110個，擴展幀個數不限。

10)數據傳送方式可分為數據廣播式和遠程數據請求式。

自CAN總線問世以來，為滿足CAN總線協議的多種應用需要，相繼出現了幾種高層協議。目前大多數基于CAN總線的網絡都采用CAN總線的高層協議。CAN open、Device Net和SDS是通常采用的高層協議，適用于任何類型的工業控制局域網應照場合，而CAL貝I|應用于基于標準應用層通訊協議的優化控制場合，SAEJl939則應用于卡車和重型汽車計算機控制系統。

二、CAN在汽車電子業的發展

“汽車電子業最大的熱點就是網絡化。”一位業內人士如此描述汽車網絡的應用前景。而CAN擁有的多主節點、開放式架構，以及錯誤檢測及自恢復能力等優勢，成為汽車網絡應用的熱門。從以下一組數字中也印證了這一趨勢，02年數據，全球市場上大約有一億只CAN收發器，平均一輛車上有12個到15個低速CAN收發器，4到5個高速CAN收發器。

一些汽車專家認為，就像在20世紀70年代引入集成電路、80年代引入微處理器一樣，近10年來數據總線技術的引入也將是汽車電子技術發展的一個里程碑。

并且，隨著安全性能日益受到重視，安全氣囊也將逐漸增多，以前是在駕駛員前面安裝一個，今后側面與后座都會安裝安全氣囊，這些氣囊通過傳感器感受碰撞信號，通過CAN總線將傳感器信號傳送到一個中央處理器內，控制各安全氣囊的啟動彈出動作。同時，先進的防盜設計也正基于CAN總線網絡技術。首先，確認鑰匙合法性的校驗信息通過CAN網絡進行傳遞，改進了加密算法，其校驗的信息比以往的防盜系統更豐富；其次，車鑰匙、防盜控制器和發動機控制器相互儲存對方信息，而且在校驗碼中攙雜隨機碼，無法進行破譯，從而提高防盜系統的安全性。而這些功能的實現無一不借助CAN總線來完成，CAN總線成為汽車智能化控制的“定海神針”。

在現代轎車的設計中，CAN已經成為必須采用的裝置。奔馳、寶馬、大眾、沃爾沃、雷諾等汽車都采用了CAN作為控制器聯網的手段。據報道，中國首輛CAN網絡系統混合動力轎車已在奇瑞公司試裝成功，并進行了初步試運行。在上海大眾的帕薩特和POLO汽車上也開始引入了CAN總線技術。但總的來說，目前CAN總線技術在我國汽車工業中的應用尚處于試驗和起步階段，絕大部分的汽車還沒有采用汽車總線設計。國內在技術、設計和應用上進行網絡總線的“深造”勢在必行。

CAN分為高速和低速CAN總線，低速CAN的總線速度為10Kb-125Kb/s，高速為250Kb-1Mb/s。許向東介紹，德爾福開發的CAN總線系統是將發動機控制與變速箱連接在一起，因為汽車在換檔時需要發動機變換扭矩，以保持汽車行駛的平穩性。高速CAN應用在發動機、變速箱、ABS等實時性要求強的控制模塊，低速CAN主要是運用在車身控制模塊領域。

然而，對于許多基本的汽車應用而言，由于CAN總線的實現成本較高，并非都需要用CAN節點來實現連接。飛思卡爾汽車電子市場部經理康曉敦說，CAN總線的實現成本較高，做一個節點，MCU需要帶CAN數字接口，至少20多元，加上CAN收發器七八元，因此一個CAN節點芯片需要30多元左右。隨著節點數的增加，這部分成本會增加許多，而LIN(局部互聯網絡)對MCU要求的資源很少，普通的串行口就可以做，一般LIN子節點所用的MCU只需要幾元。并且，LIN總線正是針對相對簡單的應用而設計的。因此在CAN/LIN網絡中，CAN節點可連接發動機、變速箱、儀表盤等，LIN節點來連接門窗、后視鏡、車燈等。這是綜合汽車成本、性能方面的權衡之舉。

 CAN網絡的上游是向傳輸速率更高的Flex Ray協議發展，下游是向LIN協議發展。Flex Ray的速率高、更加安全可靠，但實現成本目前還較高，其接口和收發器方面要求均較高，精度和復雜性更高。因此，未來幾年內CAN總線仍占據汽車網絡技術的主導。

同時，為適應未來汽車多媒體娛樂系統發展的需要，未來DVD、導航儀、汽車音響將通過數據總線集成在一起，以傳輸移動圖像，這也就需要傳輸速率更高、更快的網絡總線。康曉敦指出，目前市場上已開發出一種MOST標準網絡，做音視頻娛樂通信，它是基于光纖的通信協議，傳輸速率可達20多兆，在一些頂級車上已有應用。目前做MOST總線很復雜，MOST網關需用支持多媒體的32位MCU實現，并需要大量的16位單片機做每個子系統的控制，它的應用還需汽車廠商、汽車電子廠商的共同推動。

三、結束語

隨著汽車電子技術和大規模集成電路的迅速發展，網絡控制芯片性能逐步提高，體積逐步減小，價格進一步下降，CAN總線在汽車上的應用已成為一種必然的發展趨勢，并且SAE J1939成為車用CAN通信協議的主流。CAN總線在汽車上的廣泛應用將使汽車的動力性、操縱穩定性、安全性都上升到新的高度，給汽車技術的發展注入新的活力。CAN作為控制器聯網的手段，已廣泛應用于奔馳、雷諾、沃爾沃、大眾、寶馬等知名品牌汽車。據相關報道，奇瑞公司已經配裝成功國內首輛CAN網絡系統混合動力轎車，并已投入運行中。POLO汽車、上海大眾的帕薩特也都開始引用此技術，相信CAN總線技術將會推動汽車電子業一直向前邁進發展。