目前車輛的功能越來(lái)越多，包括駕駛輔助功能：如360度全景環(huán)視、自動(dòng)泊車、車道偏離預(yù)警、車道保持、ACC（自適應(yīng)巡航）、前碰撞預(yù)警、倒車側(cè)向警告、盲點(diǎn)輔助等；舒適性功能：如空氣懸架、座椅后視鏡調(diào)節(jié)記憶等，這些功能的實(shí)現(xiàn)都是依靠增加相應(yīng)的控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)，另外目前的控制器設(shè)計(jì)基本都要考慮功能安全，其控制策略更加完善，同時(shí)也更加復(fù)雜，相應(yīng)控制器之間的信號(hào)交互的數(shù)量也是極具增加，這些數(shù)量巨大的信號(hào)必須借助于數(shù)據(jù)傳輸總線如CAN、CANFD、MOST、FlexRay以及目前逐步開(kāi)始使用的Ethernet，本文就以目前使用最普遍的高速CAN總線，簡(jiǎn)單介紹下CAN2.0協(xié)議及對(duì)線束的要求。

1、什么是CAN？

CAN（Controller Area Network）控制器局域網(wǎng)，是BOSCH為了解決車輛增加的信號(hào)傳輸首先提出，也是ISO國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化的串行通信協(xié)議。

CAN的特點(diǎn)：

①多主控制：及廣播式，在總線空閑時(shí)，所有單元都可以向總線發(fā)送報(bào)文，通過(guò)逐位仲裁來(lái)識(shí)別報(bào)文ID（標(biāo)識(shí)符）的優(yōu)先級(jí)，優(yōu)先級(jí)高的獲得發(fā)送權(quán)。

②系統(tǒng)的柔軟性：與總線相連的單元沒(méi)有類似于“地址”的信息，因此在總線上增加單元時(shí)，連接在總線上的其他單元的軟硬件及應(yīng)用層都不需要改變。

③遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)請(qǐng)求：可通過(guò)發(fā)送“遙控幀”請(qǐng)求其他單元發(fā)送數(shù)據(jù)。

④錯(cuò)誤檢測(cè)功能、錯(cuò)誤通知功能、錯(cuò)誤恢復(fù)功能：所有單元都可以檢測(cè)錯(cuò)誤，檢測(cè)出的錯(cuò)誤會(huì)立即通知其他所有的單元，正在發(fā)送消息的單元一旦檢測(cè)出錯(cuò)誤，會(huì)強(qiáng)制結(jié)束當(dāng)前的發(fā)送，強(qiáng)制結(jié)束發(fā)送的單元會(huì)不斷反復(fù)地重新發(fā)送直到成功發(fā)送為止。

⑤故障封閉：CAN可以判斷出錯(cuò)誤的類型是總線上暫時(shí)的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤還是持續(xù)的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤（如單元內(nèi)部故障、驅(qū)動(dòng)器故障、斷線等），由此功能，當(dāng)總線上發(fā)生持續(xù)數(shù)據(jù)錯(cuò)誤時(shí)，可將引起此故障的單元從總線上隔離出去。

⑥連接：總線上連接的單元數(shù)量受總線上的時(shí)間延遲及電氣負(fù)載的限制。降低通信速度，可連接的單元數(shù)增加，提高通信速度，可連接的單元數(shù)減少。

2、OSI基本參照模型

通信協(xié)議通常會(huì)將相關(guān)的通信任務(wù)按層歸納，這樣能使總線系統(tǒng)的應(yīng)用有更大的靈活性。

CAN的硬件和軟件被分為多層：

①應(yīng)用層：以應(yīng)用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)顯示信息。這些數(shù)據(jù)被傳輸?shù)綄?duì)象層。

②對(duì)象層：作用是管理報(bào)文。對(duì)象層決定什么時(shí)候發(fā)送那些報(bào)文，同時(shí)對(duì)接受到的報(bào)文進(jìn)行接收校驗(yàn)。

③傳輸層：傳輸層向?qū)ο髮觽鬏攬?bào)文，并將從對(duì)象層得到的需要發(fā)送的報(bào)文變成物理層能夠發(fā)送的形式，此外，傳輸層還負(fù)責(zé)仲裁或錯(cuò)誤識(shí)別及錯(cuò)誤標(biāo)記。

④物理層：最底層，由網(wǎng)絡(luò)物理元件組成，如導(dǎo)線、電壓。

3、報(bào)文格式

CAN支持兩種不同的報(bào)文格式，分別在CAN2.0A和CAN2.0B中定義，CAN2.0A的標(biāo)識(shí)符有11位，而CAN2.0B的標(biāo)識(shí)符有29位，兩者數(shù)據(jù)幀格式相同，由幀起始、仲裁域、控制域、數(shù)據(jù)域、CRC、ACK域，以及幀結(jié)束組成。

4、總線傳輸

①總線邏輯狀態(tài)及編碼

CAN總線有兩種邏輯狀態(tài)，即顯性和隱性，顯性代表二進(jìn)制位“0”，隱形代表二進(jìn)制位“1”，收到總線消息后，CAN收發(fā)器將信號(hào)電平轉(zhuǎn)換成邏輯狀態(tài)，即CAN_H電平與CAN_L電平相減，得到一個(gè)差值電平，各種干擾（如電火系統(tǒng)）在兩根導(dǎo)線上的作用相同，相減后得到差值電平可過(guò)濾這種共模干擾。

高速CAN在傳輸隱性狀態(tài)位時(shí)，CAN_H /CAN_L的電平都是2.5V，在傳輸顯性位時(shí)，CAN_H上的電平時(shí)3.5V，CAN_L上的電平是1.5V。

低速CAN在傳輸隱性狀態(tài)位時(shí)，CAN_H上的電平時(shí)0V，CAN_L上的電平時(shí)5V，在傳輸顯性狀態(tài)位時(shí)，CAN_H上的電平時(shí)3.6V，CAN_L上的電平是1.4V。

②終端反射消除

開(kāi)放式的總線在傳輸電子信號(hào)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生終端反射而干擾通信，為了消除終端反射，在總線兩端分別加上一個(gè)120歐姆的終端電阻。

5、CAN對(duì)于線束的要求

①特性阻抗的概念

高速CAN總線的波特率500Kbit/S，在高頻下，信號(hào)以電磁波的形式傳播過(guò)電纜，而描述在高頻情況下，導(dǎo)線對(duì)于電磁波的電阻系統(tǒng)及特性阻抗。

電纜的特性阻抗是電纜中傳送的電場(chǎng)強(qiáng)度和磁場(chǎng)強(qiáng)度之比（V/m）/（A/m）=歐姆，特性阻抗的計(jì)算公式如下：

R=該導(dǎo)體材質(zhì)（在直流情況下）單位長(zhǎng)度的電阻率，歐姆，

G=絕緣層的導(dǎo)電系數(shù)，歐姆

J=虛數(shù)，+90度相位角

Л=3.1416

L=單位長(zhǎng)度電纜的電感量

C=單位長(zhǎng)度電纜的電容量

在高頻下，公式中f的兩項(xiàng)變得很大，這時(shí)R和G可以被忽略，公式簡(jiǎn)化為：

所以在f足夠高的情況下，特性阻抗和頻率沒(méi)有關(guān)系，特性阻抗等于電感量/電容量的平方根，及感抗、容抗乘積的平方根。

②特性阻抗的測(cè)量方法

電纜的特性阻抗描述了電纜在高頻下的工作特性，萬(wàn)用是用直流電流來(lái)測(cè)量電阻，所以不能用萬(wàn)用表來(lái)測(cè)量電纜的阻抗，可通過(guò)專業(yè)設(shè)備測(cè)量一段電纜在遠(yuǎn)端開(kāi)路的情況下的阻抗Zoc，再測(cè)量在遠(yuǎn)端短路情況下的阻抗Zsc，再用兩者乘積的開(kāi)放即為導(dǎo)線的特性阻抗。

③阻抗匹配

如果源輸出阻抗，電纜的特性阻抗以及負(fù)載輸入阻抗之間不匹配，就存在反射，這些反射波碰撞到信號(hào)發(fā)生器（源）的時(shí)候，它們?cè)俅伟l(fā)射和正在發(fā)射的正常信號(hào)混合，很難區(qū)分哪些是原始信號(hào)，那些是再次反射波，所以對(duì)于高速CAN總線，要求線纜的特性阻抗為120歐姆。

④雙絞線之間的電容

為了保證信號(hào)傳輸?shù)耐暾裕珻AN雙絞線必須滿足導(dǎo)線和導(dǎo)線之間的電容的要求，測(cè)試方法如下：

⑤傳播延時(shí)

為了保證信號(hào)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性，信號(hào)在電纜上的傳輸時(shí)間必須滿足要求，信號(hào)延時(shí)的測(cè)量方法依據(jù)EIA-364-103。

下面是某公司對(duì)于高速CAN總線對(duì)線纜的參數(shù)要求。

總結(jié)

除了上述的要求，高速CAN對(duì)于線束的要求還有，導(dǎo)線的絕緣層，雙絞線的絞距，pin在插件中的位置，路由的要求（避開(kāi)天線同軸電纜及容易受影響的信號(hào)線，同時(shí)避開(kāi)大電流線）等，CAN線在設(shè)計(jì)的時(shí)候，更多是從信號(hào)傳輸理論的角度來(lái)考慮，區(qū)別于其他供電線及地線。同軸電纜的設(shè)計(jì)也遵信這樣的設(shè)計(jì)思路，有機(jī)會(huì)就同軸電纜寫(xiě)一下自己的想法。

審核編輯 ：李倩