淺談車載高速CAN總線開發(fā)設計

王靜，安志峰，王翠，趙公旗

（長城汽車股份有限公司河北省汽車工程技術研究中心，河北保定 071000）

淺談車載高速CAN總線開發(fā)設計

王靜，安志峰，王翠，趙公旗

（長城汽車股份有限公司河北省汽車工程技術研究中心，河北保定 071000）

CAN總線以其傳輸速率高、性能好、減少車身線束使用量，廣泛應用于汽車電子控制系統(tǒng)。本文著重介紹車載高速CAN總線開發(fā)設計的物理層要求、交互層要求及直接管理層要求的基礎理念，具有一定的參考價值和指導意義。

高速CAN總線；物理層；交互層；直接網絡管理

1 CAN通信協(xié)議簡介

CAN是一種串行總線式通信協(xié)議，當傳輸速率設置為1Mb／s時，最大理論傳輸距離40m，每幀報文可傳輸0～8 byte的數據，是目前整車最常用的局域網之一。常用的High speed CAN波特率為500 kb／s，按此速率下的網絡通信環(huán)境，最大承載能力受限于：當一條網段上所載節(jié)點發(fā)送報文量超過一定程度時，容易造成網絡擁堵、信號傳輸延遲，甚至導致低優(yōu)先級的報文傳輸丟失。

2 高速CAN總線開發(fā)物理層需求

如圖1所示，物理層包含3部分。物理信令子層實現(xiàn)位編碼／解碼、定時和同步的功能；物理媒介附件包括在總線上實現(xiàn)發(fā)送報文功能和接收報文功能的電路；收發(fā)器應符合ISO 11898－2:2003的規(guī)定；媒介相關接口涉及物理媒介和媒介訪問單元之間的機械和電氣接口。

3 高速CAN總線開發(fā)交互層需求

交互層規(guī)定了連接到CAN網絡的不同ECU的應用功能，使用獨立的小信息項（即：單個信號或信號組）進行通信時所使用的協(xié)議。一個信號組包含一組簡單信號，這些信號同步寫入交互層和從交互層讀出，并且通過CAN總線同步發(fā)送和接收。

從通信的角度看，一個信號或信號組只是1～64的若干位，它可以在給定的幀時間內，從發(fā)送ECU的交互層傳輸到所有接收ECU的交互層。

從應用功能的角度看，信號或信號組還有其他的特性，使應用功能可以正確譯出發(fā)送的信息。如圖2所示，ECU A的應用功能生成信號S1、S2、S3，并將這些信號發(fā)送給交互層。交互層將信號或信號組放置在CAN幀內指定位置上，分配一個CAN ID，并按照特定CAN幀的發(fā)送模式，將此CAN幀作為一個UUDT報文發(fā)送出去。信號位置、長度、CAN ID和使用的發(fā)送模式，在各項目的C－Matrix中進行定義。

從接收的角度看，交互層監(jiān)控將要接收的各CAN幀是否按照定義的發(fā)送模式進行接收，提取所需信號，并將它提供給接收的應用功能。

注：如無明確說明，以上所說的“信號”指的是簡單的信號或包含在信號組中的信號。

圖2 交互層信號通信

4 高速CAN總線開發(fā)直接網絡管理需求

4.1 網絡管理狀態(tài)

根據OSEK規(guī)范，網絡管理主要包含以下狀態(tài)：①初始化CAN→NM Init；②啟動階段→NM Reset；③工作狀態(tài)→NM Normal；④準備睡眠→NM Sleep Indication；⑤睡眠等待→NM Wait BusSleep；⑥總線睡眠→NM Bus Sleep；⑦錯誤狀態(tài)→NM Limp Home。

直接網絡管理不同狀態(tài)之間存在如圖3所示的轉換關系。

圖3 直接網絡管理狀態(tài)

4.2 bus off處理

bus off機制如圖4所示。當ECU進入bus off模式，應首先執(zhí)行快恢復策略。

快恢復模式：①進入bus off后，CAN芯片立即重新初始化；②在TBusOffSlow時間內停止發(fā)送報文（可以接收報文，128x11個隱性位后允許發(fā)送ACK）；③重新發(fā)送CAN報文。

圖4 CAN bus off行為

bus off時間參數：TBusOffQuick，100±10 ms；TBusOffSlow，1000±100ms?；謴托袨橐妶D5。

圖5 CAN bus off恢復行為

4.3 丟失ACK應答的行為

當檢測到丟失ACK應答錯誤的時候，發(fā)送錯誤計數器應該累加。

如果發(fā)送節(jié)點在“error passive”狀態(tài)檢測到沒有ACK應答，錯誤計數器應累加。如果在系統(tǒng)啟動階段只有一個ECU在線，且該節(jié)點發(fā)送了報文，該節(jié)點進入“error passive”而不是“bus off”。

當檢測到無ACK應答時，在TTimeout超時之前，ECU應繼續(xù)發(fā)送報文，之后控制器應該重新初始化并在TRecovery時間內停止發(fā)送報文。TTimeout稱之為發(fā)送過程，TRecovery稱之為等待過程。在沒有ACK應答期間，ECU在發(fā)送過程和等待過程間不斷輪換，超時時間參數為150±10 ms；恢復時間參數為150±10 ms。行為見圖6。

圖6 無ACK應答行為

CAN驅動重新初始化后，應該立即進入接收報文狀態(tài)并能夠給出ACK應答。

在無ACK應答期間，以下行為需要遵循：①在等待階段ECU能夠接收報文；②ECU不能進入bus off狀態(tài)；③在無ACK應答期間，超時檢測不能受到影響；④只有在CAN相關診斷開啟時，無ACK應答行為才能執(zhí)行。

4.4 節(jié)點監(jiān)控

所有ECU應該監(jiān)測網絡中相關ECU是否在線。

節(jié)點超時需要監(jiān)控網絡管理報文。如果在3個連續(xù)的邏輯環(huán)未檢測到相關ECU且相關ECU未發(fā)送limphome報文，應該記錄節(jié)點丟失DTC（一個ECU對應一個DTC）。所有參加網絡管理（邏輯環(huán)）的節(jié)點都需要被監(jiān)控。

5 結論

本文淺述了高速CAN總線的開發(fā)設計要求，包括物理層要求、交互層要求、直接網絡管理要求?；谀稠椖?，依據以上所述要求，能夠統(tǒng)一整車高速CAN總線電子配件的網絡開發(fā)設計，使得整車高速CAN總線上的電子配件更好地聯(lián)接匹配，減少電子配件之間的互斥，促進整車通信及功能的實現(xiàn)。

（編輯 楊景）

圖11 排放標定優(yōu)化前秒采數據

5 結論

本文結合排放控制原理，從臺架標定和整車標定兩個方面進行分析，通過使用文中所述方法，在標定開發(fā)過程中有效地降低了污染物水平。隨著排放法規(guī)的不斷加嚴，對于傳統(tǒng)動力總成來說，未來整車及發(fā)動機為解決排放所采用的策略越來越多，標定工作也越來越難。解決排放和油耗問題將成為未來幾年各大主機廠的主旋律。為了節(jié)約開發(fā)周期和開發(fā)成本，標定方法需要不斷地總結、探索和提高。

圖12 排放標定優(yōu)化后秒采數據

［1］GB 18352.5—2013，輕型汽車污染物排放限值及測量方法［S］.

（編輯 陳程）

The Discussion of Automotive High-speed CAN Bus Design

WANG Jing，AN Zhi-feng，WANG Cui，ZHAO Gong-qi
（Great Wall Motor Co.，Ltd.；Hebei Automobile Technology Research Center，Baoding 071000，China）

CAN bus is widely used in automotive electronic control system because of its high transmission rate，goodperformanceandlowerwireusage.Inthisarticle，thephysicallayerrequirements，interactionlayer requirementsanddirectnetworkmanagementrequirementsindesignofautomotivehigh-speedCANbusare introduced，which providesValuable and instructional reference for readers.

high-speed CAN bus；physical layer；interaction layer；direct network management

U463.6

A

1003－8639（2016）11－0054－03

2016－02－24

王靜（1989－），女，電子電氣架構工程師，從事汽車電子電氣架構設計工作。