CAN總線通信的案例
如何理解CAN通信矩陣
來源 |
汽車電子與軟件
什么是CAN通信矩陣
CAN通信矩陣（CAN Communication Matrix）通常由整車廠完成定義，車輛網(wǎng)絡(luò)中的各個(gè)節(jié)點(diǎn)需要遵循該通訊矩陣才能完成信息的交互和共享。
我們知道CAN總線是一種通信形式，ISO 11898協(xié)議僅僅規(guī)定了數(shù)據(jù)鏈路層和物理層，也就是說傳什么ID、傳什么數(shù)據(jù)是沒有定義的，這留給了大家很多遐想空間。對(duì)于乘用車來說，滿足UDS和尾氣排放協(xié)議之后，還剩余了絕大部分的ID段。這些ID段由主機(jī)廠自主來進(jìn)行分配，分配好之后會(huì)形成一個(gè).xls格式的表格。有了CAN通信矩陣，開發(fā)人員就知道他設(shè)計(jì)的零部件應(yīng)該接收什么ID的數(shù)據(jù)，需要發(fā)出什么ID的數(shù)據(jù)。
如何閱讀CAN通信矩陣
下面我們?cè)敿?xì)介紹下怎么閱讀一份通信矩陣。
信號(hào)名稱：一般是以發(fā)送節(jié)點(diǎn)的名字開頭，“_”后面是具體指代的內(nèi)容。如BMS_GeneralStatus。
信號(hào)長(zhǎng)度：該信號(hào)的長(zhǎng)度，單位是bit，位。
精度/偏移量：描述信號(hào)值如何轉(zhuǎn)變成信號(hào)物理值。比如精度是2，偏移量是5，那么信號(hào)的真實(shí)物理值 = 信號(hào)值 * 2 + 5。
物理值范圍：經(jīng)過物理值轉(zhuǎn)換后的最大最小值。
其他的一些矩陣中還會(huì)有這樣的表述。
起始字節(jié)：起始位所在的字節(jié)序號(hào)。Byte0-Byte7。
起始位：信號(hào)LSB（least significant bit）所在的位置。通常這個(gè)位置是按照下面這個(gè)圖來說明的。
CAN矩陣的核心圖
信號(hào)類型：Boolean 還是 Unsigned。
以上是CAN數(shù)據(jù)矩陣的基本內(nèi)容。
展開 如何理解CAN通信矩陣
我們知道CAN總線是一種通信形式，ISO 11898協(xié)議僅僅規(guī)定了數(shù)據(jù)鏈路層和物理層，也就是說傳什么ID、傳什么數(shù)據(jù)是沒有定義的，這留給了大家很多遐想空間。對(duì)于乘用車來說，滿足UDS和尾氣排放協(xié)議之后，還剩余了絕大部分的ID段。這些ID段由主機(jī)廠自主來進(jìn)行分配，分配好之后會(huì)形成一個(gè).xls格式的表格。有了CAN通信矩陣，開發(fā)人員就知道他設(shè)計(jì)的零部件應(yīng)該接收什么ID的數(shù)據(jù)，需要發(fā)出什么ID的數(shù)據(jù)。
如何閱讀CAN通信矩陣
下面我們?cè)敿?xì)介紹下怎么閱讀一份通信矩陣。
信號(hào)名稱：一般是以發(fā)送節(jié)點(diǎn)的名字開頭，“_”后面是具體指代的內(nèi)容。如BMS_GeneralStatus。
信號(hào)長(zhǎng)度：該信號(hào)的長(zhǎng)度，單位是bit，位。
精度/偏移量：描述信號(hào)值如何轉(zhuǎn)變成信號(hào)物理值。比如精度是2，偏移量是5，那么信號(hào)的真實(shí)物理值 = 信號(hào)值 * 2 + 5。
物理值范圍：經(jīng)過物理值轉(zhuǎn)換后的最大最小值。
其他的一些矩陣中還會(huì)有這樣的表述。
起始字節(jié)：起始位所在的字節(jié)序號(hào)。Byte0-Byte7。
起始位：信號(hào)LSB（least significant bit）所在的位置。
展開 【新品發(fā)布】CAN(FD)、LIN總線通信和數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)工具-VDE
近年來，汽車行業(yè)發(fā)展迅猛，車載網(wǎng)絡(luò)與通信協(xié)議不斷革新，車型的平臺(tái)化和改版升級(jí)不可避免地產(chǎn)生了大量相似通信數(shù)據(jù)庫(kù)，如何維護(hù)數(shù)據(jù)庫(kù)的正確唯一，保證報(bào)文信號(hào)在不同車型、網(wǎng)段之間的同步成為了急需解決的問題。同時(shí)總線工程師在開發(fā)階段要維護(hù)管理多個(gè)版本的數(shù)據(jù)庫(kù)，版本管控、多人協(xié)作、審核發(fā)布等成為了總線工程師的痛點(diǎn)。
為解決上述問題及總線工程師的痛點(diǎn)，經(jīng)緯恒潤(rùn)自主研發(fā)了一款專業(yè)的數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)編輯工具INTEWORK-VDE（Vehicle Database Editor，以下簡(jiǎn)稱VDE），適用于車型的數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)和管理，替代傳統(tǒng)Excel通信矩陣管理方式，有效提升總線通信設(shè)計(jì)效率及正確性。
產(chǎn)品介紹
VDE采用“客戶端-服務(wù)器”模式，客戶端支持以車系、車型、網(wǎng)段、節(jié)點(diǎn)為單位進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)，同時(shí)支持CAN、LIN、CANFD總線，下一版本將支持以太網(wǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)ARXML/FIBEX文件編輯；服務(wù)器支持多人協(xié)作、平臺(tái)化信號(hào)管理、車型復(fù)用、數(shù)據(jù)庫(kù)版本管理、審核發(fā)布、郵件發(fā)送等功能?？蛻舳伺c服務(wù)器兩個(gè)版本相互獨(dú)立，可單獨(dú)使用單機(jī)版。
展開 詳解CAN通信的位定時(shí)與同步
（4） 傳輸延遲時(shí)間tPTS
CAN報(bào)文在CAN總線上的傳輸時(shí)，物理延遲包含兩個(gè)部分：
在CAN-BUS上傳輸造成的延遲；
在節(jié)點(diǎn)上傳輸造成延遲；
按照CAN通信協(xié)議的規(guī)定，補(bǔ)償給傳播延遲的時(shí)間長(zhǎng)度要至少等于實(shí)際實(shí)際傳播延遲時(shí)長(zhǎng)的2倍，即：
需要注意的是：
Tips: 在CAN總線通信系統(tǒng)中是以時(shí)間量子Tq來度量時(shí)間的，所以如果延遲補(bǔ)償時(shí)間tPTS = 3.1Tq，那么這個(gè)時(shí)候要取：tPTS = 4Tq。
還在找CAN總線入門教程? 看這一篇就夠啦！
大家好，我是小麥
最近在調(diào)試一個(gè)CAN總線的設(shè)備遇到一些問題，簡(jiǎn)單總結(jié)一下。本文會(huì)對(duì)CAN總線進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹，CAN的硬件鏈路層，協(xié)議層，以及調(diào)試的一些心得。
目錄
什么是CAN總線？
物理層
差分信號(hào)
連接方式
CAN節(jié)點(diǎn)
CAN協(xié)議
如何尋址？
幀類型
數(shù)據(jù)幀
遠(yuǎn)程幀
錯(cuò)誤幀
過載幀
消息時(shí)序以及同步
位時(shí)序
波特率
消息過濾器
如何配置？
總結(jié)
參考
什么是CAN總線？
Controller Area Network，簡(jiǎn)稱CAN或者CAN bus) 是一種功能豐富的串行總線標(biāo)準(zhǔn)，最早的CAN控制芯片在奔馳車上應(yīng)用并量產(chǎn)，因?yàn)橹С侄嘀鳈C(jī)，多從機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，所以一輛車所有控制器，傳感器，電子設(shè)備直接的通信只需要兩條線就夠了，大大優(yōu)化了整車的布線。
展開 如何實(shí)現(xiàn)電源和信號(hào)隔離以確保 CAN 總線可靠運(yùn)行
在與控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò) (CAN) 通信總線互連的汽車和工業(yè)系統(tǒng)中，使用的控制器數(shù)量正在不斷增加。對(duì)于設(shè)計(jì)人員來說，這意味著他們必須考慮寬頻率范圍內(nèi)的電噪聲環(huán)境——從高頻輻射電磁干擾 (EMI) 到共模傳導(dǎo)干擾，以及電機(jī)、繼電器等各種負(fù)載的連接和斷開及交流發(fā)電機(jī)/發(fā)電機(jī)的啟停引起的電壓尖峰。雖然 CAN 總線適用于惡劣的電氣環(huán)境，但如果沒有適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)，它們很容易出現(xiàn)各種故障模式。
本文說明了 CAN 故障的潛在原因，并介紹了常見的隔離技術(shù)。然后文中介紹了來自 Texas Instruments、RECOM Power、NXP Semiconductors 和 Analog Devices 等供應(yīng)商的解決方案（設(shè)計(jì)人員可使用這些解決方案保護(hù) CAN 設(shè)備），以及如何有效實(shí)施這些解決方案（包括使用評(píng)估板）的指導(dǎo)。所提供的解決方案包括分立實(shí)施方案（即基于單個(gè) CAN 收發(fā)器）以及基于單芯片和雙芯片隔離 CAN 總線設(shè)計(jì)的集成解決方案。
故障的原因和隔離的必要性
CAN 總線故障可能由多種原因引起：子系統(tǒng)之間的接地電勢(shì)差；共模能量和輻射能量等一般噪聲源；以及配電總線上的高壓噪聲和尖峰。為確保汽車和工業(yè)系統(tǒng)中 CAN 總線互連器件的穩(wěn)健運(yùn)行，需要兩種隔離類型：
與電源總線隔離
連接各子系統(tǒng)的通信總線的隔離
與集成解決方案相比，電源和信號(hào)路徑單獨(dú)隔離的解決方案通常成本更低，效率更高。這些解決方案還使設(shè)計(jì)人員能夠獨(dú)立優(yōu)化兩條路徑的隔離電平。設(shè)計(jì)人員可自由選擇最適合具體應(yīng)用的隔離技術(shù)類型。選擇包括磁隔離、光隔離和電容隔離。
展開 還沒有搞懂各種通信？一文帶你讀懂UART、TTL、RS232、RS422、RS485、CAN、USB......
CAN總線網(wǎng)絡(luò)主要掛在CAN_H和CAN_L，各個(gè)節(jié)點(diǎn)通過這兩條線實(shí)現(xiàn)信號(hào)的串行差分傳輸，為了避免信號(hào)的反射和干擾，還需要在CAN_H和CAN_L之間接上120歐姆的終端電阻。
每一個(gè)設(shè)備既可做主設(shè)備也可做從設(shè)備。CAN總線的通信距離可達(dá)10千米（速率低于5Kbps），速度可達(dá)1Mbps（通信距離小于40M）。
CAN電平邏輯
CAN總線采用"線與"的規(guī)則進(jìn)行總線沖裁，1&0為0，所以稱0為顯性，1為隱性。
從電位上看，因?yàn)橐?guī)定高電位為0，低電位為1，同時(shí)發(fā)出信號(hào)時(shí)實(shí)際呈現(xiàn)為高電位，從現(xiàn)象上看就像0覆蓋了1，所以稱0為顯性，1為隱性。
USB通信串行總線
USB接口最少有四根線，其中有兩根是數(shù)據(jù)線，而所有的USB數(shù)據(jù)傳輸都是通過這兩根線完成。它的通信遠(yuǎn)比串口復(fù)雜的多。
兩根數(shù)據(jù)線采用差分傳輸，即需要兩根數(shù)據(jù)線配合才能傳輸一個(gè)bit，因此是半雙工通信，同一時(shí)間只能發(fā)送或者接收。
USB 規(guī)定，如果電壓電平不變，代表邏輯1；如果電壓電平變化，則代表邏輯0。
USB轉(zhuǎn)TTL
一般USB轉(zhuǎn)串口都是用CH340G芯片。
用串口通信比USB簡(jiǎn)單，因?yàn)榇?em>通信沒有協(xié)議。
SD卡
SD卡是一種存儲(chǔ)卡，可用于手機(jī)作為內(nèi)存卡使用。
嵌入式中，單片機(jī)與SD卡通信有兩種模式：
1. SPI總線通信模式；
2.
展開 還沒有搞懂各種通信？一文帶你讀懂UART、TTL、RS232、RS422、RS485、CAN、USB......
CAN總線網(wǎng)絡(luò)主要掛在CAN_H和CAN_L，各個(gè)節(jié)點(diǎn)通過這兩條線實(shí)現(xiàn)信號(hào)的串行差分傳輸，為了避免信號(hào)的反射和干擾，還需要在CAN_H和CAN_L之間接上120歐姆的終端電阻。
每一個(gè)設(shè)備既可做主設(shè)備也可做從設(shè)備。CAN總線的通信距離可達(dá)10千米（速率低于5Kbps），速度可達(dá)1Mbps（通信距離小于40M）。
CAN電平邏輯
CAN總線采用"線與"的規(guī)則進(jìn)行總線沖裁，1&0為0，所以稱0為顯性，1為隱性。
從電位上看，因?yàn)橐?guī)定高電位為0，低電位為1，同時(shí)發(fā)出信號(hào)時(shí)實(shí)際呈現(xiàn)為高電位，從現(xiàn)象上看就像0覆蓋了1，所以稱0為顯性，1為隱性。
USB通信串行總線
USB接口最少有四根線，其中有兩根是數(shù)據(jù)線，而所有的USB數(shù)據(jù)傳輸都是通過這兩根線完成。它的通信遠(yuǎn)比串口復(fù)雜的多。
兩根數(shù)據(jù)線采用差分傳輸，即需要兩根數(shù)據(jù)線配合才能傳輸一個(gè)bit，因此是半雙工通信，同一時(shí)間只能發(fā)送或者接收。
USB 規(guī)定，如果電壓電平不變，代表邏輯1；如果電壓電平變化，則代表邏輯0。
USB轉(zhuǎn)TTL
一般USB轉(zhuǎn)串口都是用CH340G芯片。
用串口通信比USB簡(jiǎn)單，因?yàn)榇?em>通信沒有協(xié)議。
SD卡
SD卡是一種存儲(chǔ)卡，可用于手機(jī)作為內(nèi)存卡使用。
嵌入式中，單片機(jī)與SD卡通信有兩種模式：
1. SPI總線通信模式；
2.
展開 CAN總線基礎(chǔ)入門總結(jié)
簡(jiǎn)介
CAN總線由德國(guó)BOSCH公司開發(fā)，最高速率可達(dá)到1Mbps。CAN的容錯(cuò)能力特別強(qiáng)，CAN控制器內(nèi)建了強(qiáng)大的檢錯(cuò)和處理機(jī)制。另外不同于傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)（比如USB或者以太網(wǎng)），CAN節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)之間不會(huì)傳輸大數(shù)據(jù)塊，一幀CAN消息最多傳輸8字節(jié)用戶數(shù)據(jù)，采用短數(shù)據(jù)包也可以使得系統(tǒng)獲得更好的穩(wěn)定性。CAN總線具有總線仲裁機(jī)制，可以組建多主系統(tǒng)。
2. CAN標(biāo)準(zhǔn)
CAN是一個(gè)由國(guó)際化標(biāo)準(zhǔn)組織定義的串行通訊總線。最初是用于汽車工業(yè)，使用兩根信號(hào)總線代替汽車內(nèi)復(fù)雜的走線。CAN總線具有高抗干擾性、自診斷和數(shù)據(jù)偵錯(cuò)功能，這些特性使得CAN總線在各種工業(yè)場(chǎng)合廣泛使用，包括樓宇自動(dòng)化、醫(yī)療和制造業(yè)。
CAN通訊協(xié)議ISO-11898：2003標(biāo)準(zhǔn)介紹網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備間信息是如何傳遞的，以及符合開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型（OSI）的哪些分層項(xiàng)。實(shí)際通訊是在連接設(shè)備的物理介質(zhì)中進(jìn)行，物理介質(zhì)的特性由模型中的物理層定義。ISO11898體系結(jié)構(gòu)定義七層，OSI模型中的最低兩層作為數(shù)據(jù)鏈路層和物理層，見圖2-1。
圖2-1：ISO 11898標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)分層
在圖2-1中，應(yīng)用程序?qū)咏⒘松蠈討?yīng)用特定協(xié)議，如CANopenTM協(xié)議的通訊鏈路。這個(gè)協(xié)議由全世界的用戶和廠商組織、CiA維護(hù)，詳情可訪問CiA網(wǎng)站：can-cia.de。許多協(xié)議是專用的，比如工業(yè)自動(dòng)化、柴油發(fā)動(dòng)機(jī)或航空。
展開 高手寫的CAN總線入門總結(jié)
CAN總線對(duì)信號(hào)延遲敏感，因此信號(hào)隔離必須使用高速光耦或者磁耦合器件，以減少信號(hào)延遲。公司大量使用的TLP521光耦因?yàn)檠舆t時(shí)間過大（微秒級(jí)）不可以用于CAN接口電路。
CAN總線對(duì)電容敏感，在設(shè)計(jì)CAN接口電路時(shí)，需要使用CAN專用共模電感、專業(yè)ESD器件；需要根據(jù)應(yīng)用的最大波特率和通訊距離，來決定是否在CAN總線上增加濾波電容以及濾波電容的大小。
高手寫的CAN總線入門總結(jié)
CAN接口電路與RS485接口電路
CAN總線和RS485總線都是采用差分信號(hào)傳輸數(shù)據(jù)，它們?cè)?em>總線拓?fù)洹⒔K端匹配、信號(hào)衰減、隔離與接地、波特率與通訊距離關(guān)系等方面都是相似的。但是CAN有自己的一些特性，在接口設(shè)計(jì)中，不能照抄RS485接口電路。
CAN總線對(duì)信號(hào)延遲敏感，因此信號(hào)隔離必須使用高速光耦或者磁耦合器件，以減少信號(hào)延遲。公司大量使用的TLP521光耦因?yàn)檠舆t時(shí)間過大（微秒級(jí)）不可以用于CAN接口電路。
CAN總線對(duì)電容敏感，在設(shè)計(jì)CAN接口電路時(shí)，需要使用CAN專用共模電感、專業(yè)ESD器件；需要根據(jù)應(yīng)用的最大波特率和通訊距離，來決定是否在CAN總線上增加濾波電容以及濾波電容的大小。
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初識(shí)CAN總線系統(tǒng)
初識(shí)CAN總線系統(tǒng)
初識(shí)CAN總線系統(tǒng)
初識(shí)CAN總線系統(tǒng)
談?wù)?em>CAN總線對(duì)線束設(shè)計(jì)的要求及內(nèi)在機(jī)理
總線短路保護(hù)和熱關(guān)斷保護(hù)
總線短路保護(hù)是指總線與電源或地短路后，CAN收發(fā)器不會(huì)損壞，短路故障解除后，CAN收發(fā)器能繼續(xù)工作。這個(gè)特性可以在總線極性反接、電纜絕緣層失效、意外短路到高壓源時(shí)對(duì)收發(fā)器提供保護(hù)。
熱關(guān)斷電路用于幫助CAN收發(fā)器防御因短路產(chǎn)生破壞性電流和高溫。一旦激活熱關(guān)斷電路，設(shè)備會(huì)進(jìn)入關(guān)斷模式。當(dāng)設(shè)備冷卻到正常操作溫度時(shí)，設(shè)備自動(dòng)恢復(fù)運(yùn)行。
本公司使用的PCA82C251收發(fā)器具有短路保護(hù)和熱關(guān)斷保護(hù)。短路保護(hù)允許總線與24V電源短接。
21. 電流隔離
遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸可能會(huì)有較大的地電勢(shì)差、地環(huán)流等問題，會(huì)在CAN總線上形成高共模電壓。如果共模電壓超出CAN收發(fā)器容忍的最大限度，數(shù)據(jù)鏈路就會(huì)不正常。
解決這些問題的一個(gè)方法是使用電流隔離：隔離變壓器為系統(tǒng)提供電源，光耦或數(shù)字隔離器件提供數(shù)據(jù)隔離。電流隔離可以去除地環(huán)流，抑制噪聲電壓。采用電流隔離的電路如圖21-1所示，本公司CAN接口電路也采用了電流隔離處理。
圖21-1：遠(yuǎn)距離通訊電流隔離電路示意圖
22. CAN接口電路與RS485接口電路
CAN總線和RS485總線都是采用差分信號(hào)傳輸數(shù)據(jù)，它們?cè)?em>總線拓?fù)洹⒔K端匹配、信號(hào)衰減、隔離與接地、波特率與通訊距離關(guān)系等方面都是相似的。但是CAN有自己的一些特性，在接口設(shè)計(jì)中，不能照抄RS485接口電路。
CAN總線對(duì)信號(hào)延遲敏感，因此信號(hào)隔離必須使用高速光耦或者磁耦合器件，以減少信號(hào)延遲。公司大量使用的TLP521光耦因?yàn)檠舆t時(shí)間過大（微秒級(jí)）不可以用于CAN接口電路。
CAN總線對(duì)電容敏感，在設(shè)計(jì)CAN接口電路時(shí)，需要使用CAN專用共模電感、專業(yè)ESD器件；需要根據(jù)應(yīng)用的最大波特率和通訊距離，來決定是否在CAN總線上增加濾波電容以及濾波電容的大小。
展開 一文搞懂CAN總線的AUTOSAR網(wǎng)絡(luò)管理
在沒有通信需求的時(shí)候睡眠，在需要通信的時(shí)候喚醒，可以節(jié)約汽車電池的電量。
3、什么是CAN總線？
這個(gè)CSDN和知乎都有很多的介紹，這里就不贅述了。
4、CAN總線的AUTOSAR網(wǎng)絡(luò)管理報(bào)文（以下簡(jiǎn)稱NM報(bào)文）長(zhǎng)啥樣？
首先要明確一點(diǎn)，NM報(bào)文就是CAN報(bào)文。NM報(bào)文符合CAN報(bào)文的格式，由幀起始、仲裁場(chǎng)、控制場(chǎng)、數(shù)據(jù)場(chǎng)、CRC場(chǎng)、應(yīng)答場(chǎng)、幀結(jié)尾組成。
一般廠家在設(shè)計(jì)的時(shí)候會(huì)規(guī)定好NM報(bào)文的ID范圍。
舉個(gè)例子：規(guī)定標(biāo)識(shí)符在0x500到0x5FF范圍為NM報(bào)文。當(dāng)在CANoe中抓取到此ID范圍內(nèi)的報(bào)文，那就是NM報(bào)文。
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